Un puente de arco articulado es aquel que tiene bisagras incorporadas en su estructura para permitir el movimiento. En ingeniería estructural, una bisagra es esencialmente un "corte en la estructura" que puede soportar fuerzas de compresión. En un arco de acero , la bisagra permite la rotación libre, [2] de manera similar a una bisagra común . Las variedades de puentes de arco articulado más comunes son el puente de dos bisagras con bisagras en los puntos de arranque y el puente de tres bisagras con una bisagra adicional en la corona del arco; aunque existen versiones de una sola bisagra con una bisagra solo en la corona del arco. Las bisagras en el punto de arranque evitan que los momentos de flexión se transfieran a los estribos del puente. Un puente de triple bisagra está determinado estáticamente , mientras que las otras versiones no lo están.
Un puente de arco fijo, es decir, sin rótulas, ejerce un momento de flexión en los estribos y las tensiones causadas por el cambio de temperatura o la contracción del hormigón deben ser absorbidas por el arco. Un arco de dos rótulas tiene una rótula en la base de cada arco (el punto de arranque), mientras que un arco de tres rótulas tiene una tercera rótula en la corona del arco . [3] La ventaja de los arcos fijos es que tienen menores costes de construcción y mantenimiento. [2]
En un puente de arco de dos bisagras, no se transfieren momentos de flexión a los estribos, debido a la presencia de la bisagra. Un cambio en la posición relativa de los estribos puede provocar un cambio en la carga de empuje ejercida por el arco sobre los estribos. La adición de una tercera bisagra en la corona, que permite la rotación de los elementos del arco, significa que las fuerzas de empuje y de corte ejercidas sobre los estribos no se ven afectadas por pequeños movimientos en ninguno de los estribos. Por lo tanto, los puentes de arco de tres bisagras se utilizan cuando existe la posibilidad de un asentamiento desigual de los estribos. [3] Los puentes de arco de una sola bisagra, con una bisagra solo en la corona, también se construyeron, aunque en cantidades relativamente pequeñas en comparación con los otros tipos. [4]
Un puente de tres bisagras es isostático, es decir, está determinado estáticamente ; un puente de dos bisagras es estáticamente indeterminado en un grado de libertad , mientras que un puente de arco fijo es indeterminado en tres grados de libertad. [5] [6] Los arcos de tres bisagras estáticamente determinados fueron populares hasta la Segunda Guerra Mundial . Después de la guerra, los avances en los métodos de cálculo permitieron un amplio uso de esquemas estáticamente indeterminados. A finales del siglo XX, los arcos de tres bisagras volvieron a ponerse de moda asociados con el uso de madera artificial (" glulam ") en la construcción de puentes: [7] la construcción de glulam tiene que ser prefabricada, y el uso del diseño de tres bisagras divide naturalmente el arco en dos mitades que son más fáciles de transportar. [8]
Mientras que en los arcos de acero las bisagras suelen permitir la rotación libre de las partes conectadas, en los puentes de hormigón armado la implementación típica de una bisagra implica adelgazar la estructura de hormigón mientras se agrega más refuerzo localmente. [2]
Los primeros puentes de arco eran arcos fijos. El puente de dos bisagras fue desarrollado por los ingenieros Couche y Salle en 1858 para un puente de hierro forjado que transportaba la línea ferroviaria París-Creil a través del Canal Saint-Denis . Habían intentado introducir una tercera bisagra en la corona, pero no tuvieron éxito porque el grosor del arco era insuficiente. [9] El primer puente de tres bisagras fue el puente Unterspree en Berlín ( Johann Wilhelm Schwedler , 1863), construido dos años después del trabajo teórico pionero de Claus Koepcke . [2] El puente Hradecky (1866) es probablemente el puente de tres bisagras más antiguo que todavía se utiliza. [10]
Los puentes articulados eran populares entre las compañías ferroviarias, que a menudo tenían la necesidad de construir puentes de gran tamaño. El puente de arco de Bellows Falls en Nueva Inglaterra, construido en 1905, es un ejemplo particularmente grande de un puente de arco de tres bisagras. Con 540 pies (160 m) de longitud, fue el más largo de Estados Unidos cuando se construyó. [4] El puente de la avenida Hennepin de 1888 en Minneapolis era inusual porque era un puente de dos y tres bisagras. El puente estaba dividido longitudinalmente y las dos mitades fueron construidas por diferentes empresas. Las costillas del arco norte tienen tres bisagras, mientras que las costillas del arco sur tienen dos bisagras. [11] Los puentes de arco de tres bisagras siguen siendo populares en la ingeniería civil moderna. [12]