Un puente atirantado tiene una o más torres (o pilones ), desde los cuales los cables sostienen el tablero del puente. Una característica distintiva son los cables o tirantes , que van directamente de la torre a la plataforma, normalmente formando un patrón en forma de abanico o una serie de líneas paralelas. Esto contrasta con el puente colgante moderno , donde los cables que sostienen la plataforma están suspendidos verticalmente del cable principal, anclados en ambos extremos del puente y corriendo entre las torres. El puente atirantado es óptimo para vanos más largos que los puentes en voladizoy más cortos que los puentes colgantes. Este es el rango dentro del cual los puentes en voladizo se volverían más pesados rápidamente y el cableado de los puentes colgantes sería más costoso.
Antepasado | Puente colgante |
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Relacionados | Puente extradosificado |
Descendiente | Lado viga de puente atirantado , puente colgante de Auto-anclado , en voladizo spar puente atirantado |
Lleva | Peatones , bicicletas , automóviles , camiones , tren ligero |
Rango de alcance | Medio a largo |
Material | Cuerda de acero , vigas cajón de hormigón postensado , pilones de acero u hormigón |
Móvil | No [ cita requerida ] |
Esfuerzo de diseño | medio |
Se requiere trabajo en falso | Normalmente ninguno |
Los puentes atirantados se diseñaron y construyeron a fines del siglo XVI, [1] y la forma encontró un amplio uso a fines del siglo XIX. Los primeros ejemplos, incluido el Puente de Brooklyn , a menudo combinaban características de los diseños de suspensión y atirantado. Los diseños atirantados cayeron en desgracia a principios del siglo XX, ya que los espacios más grandes se cubrieron con diseños de suspensión puros y los más cortos con varios sistemas construidos con hormigón armado . Volvió a cobrar importancia a finales del siglo XX, cuando la combinación de nuevos materiales, maquinaria de construcción más grande y la necesidad de reemplazar puentes antiguos redujeron el precio relativo de estos diseños. [2]
Historia
Los puentes atirantados se remontan a 1595, donde se encontraron diseños en Machinae Novae , un libro del inventor croata - veneciano Fausto Veranzio . Muchos puentes colgantes primeros fueron la construcción atirantado, incluyendo el 1817 pasarela puente Abbey Dryburgh , James rastra patentada 's Victoria Bridge, Bath (1836), y la posterior Puente de Albert (1872) y el puente de Brooklyn (1883). Sus diseñadores descubrieron que la combinación de tecnologías creaba un puente más rígido. John A. Roebling aprovechó especialmente esto para limitar las deformaciones debidas a las cargas ferroviarias en el Puente Colgante de las Cataratas del Niágara .
El ejemplo más antiguo conocido de un verdadero puente atirantado en los Estados Unidos es el puente colgante Bluff Dale de acero o hierro en gran parte intacto de EE Runyon con largueros de madera y tarimas en Bluff Dale, Texas (1890), o sus semanas antes, pero arruinado Barton Creek. Puente entre Huckabay, Texas y Gordon, Texas (1889 o 1890). [3] [4] En el siglo XX, los primeros ejemplos de puentes atirantados incluyeron el inusual puente Cassagnes de A. Gisclard (1899), [5] en el que la parte horizontal de las fuerzas del cable se equilibra mediante un cable de amarre horizontal separado, impidiendo una compresión significativa en el tablero, y el puente de G. Leinekugel le Coq [6] en Lézardrieux en Bretaña (1924). Eduardo Torroja diseñó un acueducto atirantado [7] en Tempul en 1926. [8] El puente atirantado con cubierta de hormigón de 1952 de Albert Caquot [9] sobre el canal Donzère-Mondragon en Pierrelatte es uno de los primeros de los modernos tipo, pero tuvo poca influencia en el desarrollo posterior. [8] Por lo tanto, el puente Strömsund con plataforma de acero diseñado por Franz Dischinger (1955) se cita con más frecuencia como el primer puente atirantado moderno.
Otros pioneros clave fueron Fabrizio de Miranda , Riccardo Morandi y Fritz Leonhardt . Los primeros puentes de este período utilizaban muy pocos tirantes, como en el puente Theodor Heuss (1958). Sin embargo, esto implica costos de montaje sustanciales y las estructuras más modernas tienden a usar muchos más cables para garantizar una mayor economía.
Comparación con el puente colgante
Los puentes atirantados pueden parecer similares a los puentes colgantes , pero de hecho son bastante diferentes en principio y en su construcción.
En los puentes colgantes, los cables principales grandes (normalmente dos) cuelgan entre las torres y están anclados en cada extremo al suelo. Esto puede ser difícil de implementar cuando las condiciones del terreno son malas. Los cables principales, que se mueven libremente sobre cojinetes en las torres, soportan la carga del tablero del puente. Antes de instalar la plataforma, los cables están bajo tensión por su propio peso. A lo largo de los cables principales, cables o varillas más pequeños se conectan a la plataforma del puente, que se eleva en secciones. A medida que se hace esto, la tensión en los cables aumenta, al igual que lo hace con la carga viva del tráfico que cruza el puente. La tensión de los cables principales se transfiere al suelo en los anclajes y por compresión hacia abajo en las torres.
Puente colgante
Puente atirantado, diseño de ventilador
En los puentes atirantados, las torres son las principales estructuras portantes que transmiten las cargas del puente al suelo. A menudo se utiliza un enfoque en voladizo para sostener la plataforma del puente cerca de las torres, pero las longitudes más alejadas de ellas están soportadas por cables que van directamente a las torres. Eso tiene la desventaja, a diferencia del puente colgante, de que los cables tiran hacia los lados en lugar de directamente hacia arriba, lo que requiere que la plataforma del puente sea más fuerte para resistir las cargas de compresión horizontal resultantes , pero tiene la ventaja de no requerir anclajes firmes. para resistir la tracción horizontal de los cables principales del puente colgante. Por diseño, todas las fuerzas horizontales estáticas del puente atirantado están equilibradas de modo que las torres de soporte no tienden a inclinarse o deslizarse y, por lo tanto, solo deben resistir las fuerzas horizontales de las cargas vivas.
Las siguientes son ventajas clave de la forma atirantada:
- mucha mayor rigidez que el puente colgante, por lo que se reducen las deformaciones del tablero bajo cargas vivas
- Se puede construir en voladizo desde la torre: los cables actúan como soportes temporales y permanentes para la plataforma del puente.
- para un puente simétrico (en el que los vanos a ambos lados de la torre son los mismos), el equilibrio de fuerzas horizontales y grandes anclajes al suelo no son necesarios
Diseños
Hay cuatro clases principales de aparejos en puentes atirantados: mono , arpa , abanico y estrella . [10]
- El diseño mono utiliza un solo cable de sus torres y es uno de los ejemplos menos utilizados de la clase.
- En el diseño de arpa o paralelo , los cables son casi paralelos, de modo que la altura de su fijación a la torre es proporcional a la distancia desde la torre hasta su montaje en la cubierta.
- En el diseño del ventilador , todos los cables se conectan o pasan por encima de la parte superior de las torres. El diseño del ventilador es estructuralmente superior con un momento mínimo aplicado a las torres, pero, por razones prácticas, se prefiere el ventilador modificado (también llamado semi-ventilador), especialmente cuando se necesitan muchos cables. En la disposición de ventilador modificada, los cables terminan cerca de la parte superior de la torre, pero están suficientemente separados entre sí para permitir una mejor terminación, una protección ambiental mejorada y un buen acceso a los cables individuales para el mantenimiento. [11]
- En el diseño de estrella , otro diseño relativamente raro, los cables están separados en la torre, como el diseño de arpa, pero se conectan a un punto o varios puntos cercanos en la plataforma. [12]
Diseño mono
Diseño de arpa
Diseño de ventilador
Diseño estrella
También hay cuatro modalidades de columnas de soporte: individuales , dobles , portal y en forma de A . [10]
- La disposición única utiliza una sola columna para el soporte del cable, que normalmente se proyecta a través del centro de la plataforma, pero en algunos casos se ubica en un lado o en el otro.
- La disposición doble coloca pares de columnas a ambos lados de la plataforma.
- El portal es similar a la disposición doble pero tiene un tercer miembro que conecta la parte superior de las dos columnas para formar una forma de puerta o portal. Esto ofrece resistencia adicional, especialmente contra cargas transversales.
- El diseño en forma de A es similar en concepto al portal, pero logra el mismo objetivo al inclinar las dos columnas una hacia la otra para que se encuentren en la parte superior, eliminando la necesidad del tercer miembro. El diseño de Y invertida combina la forma de A en la parte inferior con el sencillo en la parte superior.
Dependiendo del diseño, las columnas pueden ser verticales o en ángulo o curvadas con respecto al tablero del puente.
Variaciones
Puente atirantado de larguero lateral
Un puente atirantado de larguero lateral utiliza una torre central apoyada solo en un lado. Este diseño permite la construcción de un puente curvo.
Puente atirantado con larguero en voladizo
Mucho más radical en su estructura, el Puente del Alamillo (1992) utiliza un solo larguero en voladizo en un lado del tramo, con cables en un lado solo para sostener el tablero del puente. A diferencia de otros tipos atirantados, este puente ejerce una fuerza de vuelco considerable sobre su base y el larguero debe resistir la flexión causada por los cables, ya que las fuerzas de los cables no se equilibran con cables opuestos. El larguero de este puente en particular forma el gnomon de un gran reloj de sol de jardín . Los puentes relacionados del arquitecto Santiago Calatrava incluyen el Puente de la Mujer (2001), el Puente del Reloj de Sol (2004), el Puente de los Acordes (2008) y el Puente Assut de l'Or (2008).
Puente atirantado de varios tramos
Los puentes atirantados con más de tres tramos implican diseños significativamente más desafiantes que las estructuras de 2 o 3 tramos.
En un puente atirantado de 2 o 3 tramos, las cargas de los tramos principales normalmente se anclan hacia atrás cerca de los estribos de los extremos mediante tirantes en los tramos de los extremos. Para más vanos, este no es el caso y la estructura del puente es menos rígida en general. Esto puede crear dificultades tanto en el diseño de la plataforma como en los pilones. Ejemplos de estructuras de varios tramos en las que este es el caso incluyen el Puente Ting Kau , donde se utilizan soportes adicionales de "refuerzo transversal" para estabilizar las torres; Viaducto de Millau y Puente de Mezcala , donde se utilizan torres de dos patas; y el Puente General Rafael Urdaneta , donde se adoptaron torres de armazón de múltiples patas muy rígidas. Una situación similar con un puente colgante se encuentra tanto en el gran puente de Seto y Oakland Francisco-Puente de la Bahía de San donde se requieren muelles de anclaje adicionales después de cada conjunto de tres vanos de suspensión - esta solución también se puede adaptar para puentes atirantados. [13]
Puente extradosificado
Un puente extradosado es un puente atirantado con un tablero de puente más sustancial que, al ser más rígido y resistente, permite omitir los cables cerca de la torre y que las torres sean más bajas en proporción al tramo. Los primeros puentes extradosificados fueron el Puente Ganter y el Puente Sunniberg en Suiza. El primer puente extradosado en los Estados Unidos, el Pearl Harbor Memorial Bridge fue construido para llevar la I-95 a través del río Quinnipiac en New Haven, Connecticut, y se inauguró en junio de 2012.
Puente con sistema de cuna atirantado
Un sistema de cuna transporta los cordones dentro de los tirantes desde el tablero del puente al tablero del puente, como un elemento continuo, eliminando anclajes en las torres. Cada hebra de acero recubierta de epoxi se lleva dentro de la cuna en un tubo de acero de una pulgada (2,54 cm). Cada hebra actúa de forma independiente, lo que permite la extracción, inspección y sustitución de hebras individuales. Los dos primeros puentes de este tipo son el Penobscot Narrows Bridge , terminado en 2006, y el Veterans 'Glass City Skyway , terminado en 2007. [14]
Tipos de puentes relacionados
Puente colgante autofinanciado
Un puente colgante autoanclado tiene cierta similitud en principio con el tipo atirantado en que las fuerzas de tensión que evitan que la plataforma se caiga se convierten en fuerzas de compresión verticalmente en la torre y horizontalmente a lo largo de la estructura de la plataforma. También se relaciona con el puente colgante por tener cables principales arqueados con cables de suspensión, aunque el tipo de autoanclaje carece de los anclajes de cables pesados del puente colgante ordinario. A diferencia de un puente atirantado o un puente colgante, el puente colgante autofinanciado debe estar soportado por una cimbra durante la construcción y, por lo tanto, es más costoso de construir.
Puentes atirantados notables
- Puentes gemelos construidos en 2005-2006 que cruzan carreteras que conectan con la autopista Autostrada A1 en Reggio Emilia, Italia . [15] En 2009, la Convención Europea para la Construcción de Acero otorgó a los dos puentes un Premio Europeo de Diseño de Acero, declarando que los efectos visuales originales de las estructuras en diferentes ángulos dan a los puentes "el aspecto de enormes instrumentos musicales". [dieciséis]
- El puente periodista Phelippe Daou cruza el río Negro en el estado de Amazonas . Fue inaugurado el 24 de octubre de 2011 y actualmente es el puente atirantado más largo de Brasil , con 3.595 metros (11.795 pies). [17]
- El puente Arthur Ravenel Jr. , cruza el río Cooper en Charleston, Carolina del Sur . Se inauguró en 2005 para reemplazar el Puente Conmemorativo John P. Grace y el Puente Silas N. Pearman, que estaban llegando al final de su vida útil. En el momento de su apertura, era el tramo de puente de cables atirantados más largo del hemisferio occidental. [18]
- El Puente de Brooklyn , famoso por ser un puente colgante, también tiene pasacables.
- Puente Centenario , un puente vehicular de seis carriles que cruza el Canal de Panamá con una longitud total de 1.05 kilómetros (3.400 pies).
- El puente Erasmus cruza el Nieuwe Maas en Rotterdam , Países Bajos . El tramo sur del puente tiene un puente basculante de 89 metros (292 pies) para barcos que no pueden pasar por debajo del puente. El puente basculante es el más grande y pesado de Europa Occidental y tiene el panel más grande de su tipo en el mundo.
- Golden Horn Metro Bridge , conecta la antigua península de Estambul con el distrito de Gálata y es el primer puente atirantado de Turquía .
- Puente marítimo de Jiaxing-Shaoxing , provincia de Zhejiang , China. El puente es una estructura de ocho carriles que se extiende por 10.100 metros (6,3 millas) a través de la bahía de Hangzhou , conectando Jiaxing y Shaoxing , dos ciudades de la provincia de Zhejiang. Fue inaugurado el 23 de julio de 2013 y actualmente es el puente atirantado más largo del mundo.
- Puente John James Audubon (río Mississippi) : el puente atirantado más largo del hemisferio occidental, que cruza el río Mississippi entre New Roads, Louisiana y St. Francisville, Louisiana .
- Puente Kosciuszko : conecta los distritos de Brooklyn y Queens en la ciudad de Nueva York, reemplazando un puente de celosía del mismo nombre. El primer tramo atirantado (que transmite temporalmente tres carriles en cada dirección) se abrió al tráfico en abril de 2017. Un segundo tramo casi idéntico se abrió el 29 de agosto de 2019 [19].
- El puente ferroviario del lago Dongting es un puente de cuatro tramos (tres torres) de 1.290 metros (4.230 pies) de largo que es uno de los pocos puentes atirantados de gran tamaño para el uso exclusivo del ferrocarril principal. [20]
Puente Korabelny, un puente atirantado sobre la calle Korabelny en San Petersburgo , Rusia. El puente Korabelny mide 622 metros, 320 metros, entre dos muelles. Es el único puente del mundo con pilones inclinados, que se asemejan a uno de los símbolos más conocidos de San Petersburgo: los puentes levadizos.
- Puente Margaret Hunt Hill en Dallas , Texas , EE. UU., Que se inauguró en 2012 y atraviesa el río Trinity . En 2012, el puente recibió un Premio al Logro de Ingeniería Civil Sobresaliente de la sección de Texas de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles . [21] [22] El puente también recibió el premio 2012 de la Convención Europea para la Construcción de Acero para Puentes de Acero. [23]
- Viaducto de Millau , el puente con los muelles más altos del mundo: 341 metros (1119 pies) de altura y calzada 266 metros (873 pies) de altura, que atraviesa el río Tarn en Francia. Con una longitud total de 2.460 metros (8.070 pies) y siete torres, también tiene la plataforma suspendida atirantada más larga del mundo.
- Most SNP (Nový most), el puente atirantado más largo del mundo en su categoría con un pilón y un avión atirantado, que atraviesa el Danubio en Bratislava , Eslovaquia . El tramo principal es de 303 metros (994 pies), la longitud total de 430,8 metros (1413 pies). El único miembro de la Federación Mundial de Grandes Torres que se utiliza principalmente como puente. Alberga un restaurante de platillo volante en la parte superior de un pilón de 85 metros (279 pies) de altura.
- El puente Octavio Frías de Oliveira cruza el río Pinheiros en São Paulo , 2008. Tiene un pilón de 138 metros de altura bajo el cual se cruzan dos caminos atirantados que giran 90 ° hacia la orilla opuesta del río.
- Puente de Oresund , un puente de carretera combinado de dos vías y cuatro carriles con un tramo principal de 490 metros (1.610 pies) y una longitud total de 7,85 kilómetros (4,88 millas), que cruza el Öresund entre Malmö , Suecia y la capital danesa. Región .
- Puente y observatorio de Penobscot Narrows , un puente de carretera con un observatorio en la parte superior de una de las torres y un tramo de 646 m (2,120 pies).
- Ponte Morandi , parte del cual se derrumbó durante una tormenta el 14 de agosto de 2018
- Pont de Normandie , cruza el Sena en Normandía , Francia (1988 - 1995) - brevemente el puente atirantado más largo del mundo.
- Queensferry Crossing (anteriormente Forth Replacement Crossing) es un puente de carretera en Escocia. Está construido junto al puente colgante existente de Forth Road a través del Firth of Forth y, una vez finalizado en 2017, se convirtió en el puente atirantado de tres torres más largo del mundo con 2700 m. [24]
- Pont de Brotonne , primer puente atirantado moderno de ese tipo, se abrió al tráfico en 1977. [ cita requerida ]
- El Puente de Rande en España, cerca de Vigo, es el puente atirantado de autopista con el tramo más largo y delgado del mundo en el momento de su construcción (1973-1977). Tres vanos largos de 148 metros (486 pies) + 400 metros (1300 pies) + 148 metros (486 pies). Pilones de hormigón, viga de acero.
- El puente Rio-Antirio cruza el golfo de Corinto cerca de Patras , Grecia. Con una longitud total de 2.880 metros (9.450 pies) y cuatro torres, tiene la segunda plataforma suspendida atirantada más larga (2.258 metros (7.408 pies) de largo) del mundo, con solo la plataforma del viaducto de Millau en el sur de Francia. más largo a 2.460 metros (8.070 pies). Sin embargo, como este último también está soportado por apoyos en los pilones además de tirantes de cable, el tablero del puente Rio-Antirrio podría considerarse el tablero atirantado completamente suspendido más largo del mundo.
- Russky Bridge , el puente atirantado con el tramo más largo del mundo, con 1.104 metros (3.622 pies) metros. Vladivostok , Rusia .
- El segundo cruce de Severn entre Inglaterra y Gales tiene 3.186 millas (5.127 km) de largo y consta de un único tramo de navegación central sobre el canal "Shoots" y viaductos de aproximación a cada lado. [25]
- Surgut Bridge , el puente atirantado de un solo pilón más largo del mundo, cruza el río Ob en Siberia , Rusia .
- El puente del río Sutong Yangtze en el este de China tiene el segundo tramo de puente atirantado más largo con 1.088 metros (3.570 pies). Terminado en 2008, el Puente Sutong es uno de los más de 40 puentes atirantados construidos sobre el Yangtze desde 1995.
- El puente Governor Mario M. Cuomo , el reemplazo del puente Tappan Zee , es un puente atirantado de dos pisos inaugurado en 2017 y 2018, y es el puente que cruza el río Hudson más al sur completamente dentro del estado de Nueva York, y el primero puente atirantado en América del Norte para que coincida con el puente Zakim de Boston (ver más abajo), la cifra de ancho total de la plataforma de la carretera de 183 pies (56 metros), que abarca ocho carriles.
- Tilikum Crossing en Portland, Oregon , es el primer puente importante en los EE. UU. Que fue diseñado para permitir el acceso a vehículos de tránsito, ciclistas y peatones, pero no a automóviles. Completado en 2015, el puente mide 520 m (1,720 pies) y se extiende a través del río Willamette para conectar los distritos South Waterfront y Central Eastside .
- El puente Ting Kau , el primer puente atirantado de cuatro tramos (tres torres) importante del mundo, forma parte de la red de carreteras que conecta el aeropuerto internacional de Hong Kong con otras partes de Hong Kong .
- Puente Varina-Enon , lleva la I-295 a través del río James entre los condados de Henrico y Chesterfield en Virginia. El puente Varina-Enon presenta el primer uso en el mundo de marcos delta de hormigón prefabricado para la construcción de su tramo principal atirantado de 630 pies (190 m). Es una parte fundamental del programa Peregrine Falcon supervisado por el Departamento de Transporte de Virginia .
- El puente Vasco da Gama en Lisboa , Portugal, es el puente más largo de Europa, con una longitud total de 17,2 kilómetros (10,7 millas), incluidos 0,829 kilómetros (0,515 millas) para el puente principal, 11,5 kilómetros (7,1 millas) en viaductos y 4,8 kilómetros (3,0 millas) en carreteras de extensión.
- El puente Leonard P. Zakim Bunker Hill Memorial en el centro de Boston, Massachusetts, que atraviesa el río Charles, es el puente atirantado con la calzada más ancha del mundo para tal puente, a unos 183 pies (56 m), que abarca diez carriles de tráfico. También es el primer puente atirantado con un diseño de tablero asimétrico, con dos de los 10 carriles en voladizo desde el lado sur del tablero del puente principal.
- Los puentes Zárate-Brazo Largo sobre los ríos Paraná Guazú y Paraná de las Palmas en Argentina (1972-1976) son los dos primeros puentes de acero atirantados de tramos largos de carreteras y vías férreas del mundo. Luces: 110 metros (360 pies) + 330 metros (1.080 pies) + 110 metros (360 pies).
- El Puente Internacional Gordie Howe actualmente en construcción, que conecta Detroit, Michigan con Windsor, Ontario, tendrá dos torres en forma de "A" construidas a orillas del río Detroit, seis carriles para el tráfico automotor y un sendero para bicicletas y peatones. Tendrá 2,5 kilómetros (1,6 millas) de largo. Una vez completado en 2024, tendrá el tramo principal más largo de cualquier puente atirantado en América del Norte con 853 metros (2.799 pies).
Referencias
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- ^ Nordrum, Amy. "Puentes de tirantes de cable populares se elevan en Estados Unidos para reemplazar tramos desmoronados" . Scientific American . Consultado el 30 de abril de 2017 .
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Otras lecturas
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enlaces externos
- Registro de puentes atirantados de América del Norte
- Structurae: puentes atirantados
- Puente suspendido en cables