Puente suspendido en cables

Puente Øresund desde Malmö a Copenhague en Suecia y Dinamarca

Un puente atirantado tiene una o más torres (o pilones), desde las cuales los cables sostienen el tablero del puente. Una característica distintiva son los cables o tirantes, que van directamente desde la torre hasta el tablero, 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 soportan el tablero están suspendidos verticalmente del cable principal, anclados en ambos extremos del puente y corriendo entre las torres. El puente atirantado es óptimo para luces más largas que los puentes en voladizo y más cortas que los puentes colgantes. Este es el rango dentro del cual los puentes en voladizo se volverían rápidamente más pesados y el cableado de los puentes colgantes sería más costoso.

Los puentes atirantados se diseñaron y construyeron a fines del siglo XVI, 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 suspendidos y atirantados. Los diseños atirantados cayeron en desgracia a principios del siglo XX, ya que los espacios más grandes se salvaron utilizando diseños de suspensión puros y los más cortos utilizando varios sistemas construidos con hormigón armado. Volvió a la prominencia a fines del siglo XX cuando la combinación de nuevos materiales, maquinaria de construcción más grande y la necesidad de reemplazar puentes más antiguos redujeron el precio relativo de estos diseños.

Historia

Puente encadenado por el polimatismo renacentista Fausto Veranzio, de 1595/1616. Antes de la fabricación industrial de cuerda de alambre pesado (por cable de acero), puentes suspendidos o mantenidos fueron construidos primero con varillas conectadas (cadena).

Los puentes atirantados se remontan a 1595, cuando se encontraron diseños en Machinae Novae, un libro del inventor croata-veneciano Fausto Veranzio. Muchos de los primeros puentes colgantes eran construcciones atirantadas, incluido el puente peatonal Dryburgh Abbey Bridge de 1817, el puente Victoria patentado por James Dredge, Bath (1836) y el posterior Albert Bridge (1872) y el puente de Brooklyn (1883). Sus diseñadores descubrieron que la combinación de tecnologías creaba un puente más rígido. John A. Roebling aprovechó esto especialmente para limitar las deformaciones debidas a las cargas ferroviarias en el puente colgante de las Cataratas del Niágara.

El ejemplo sobreviviente 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 E.E. Runyon con largueros de madera y plataforma en Bluff Dale, Texas (1890), o sus semanas antes, pero arruinó el puente Barton Creek entre Huckabay, Texas y Gordon, Texas (1889 o 1890). En el siglo XX, los primeros ejemplos de puentes atirantados incluyen el inusual puente Cassagnes de A. Gisclard (1899), en el que la parte horizontal de las fuerzas del cable se equilibra con un cable de amarre horizontal separado, lo que evita una compresión significativa en el cubierta y puente G. Leinekugel le Coq en Lézardrieux en Bretaña (1924). Eduardo Torroja diseñó un acueducto atirantado en Tempul en 1926. El puente atirantado con cubierta de hormigón de 1952 de Albert Caquot sobre el canal Donzère-Mondragon en Pierrelatte es uno de los primeros de tipo moderno, pero tuvo poca influencia en desarrollo posterior. El puente Strömsund con cubierta de acero diseñado por Franz Dischinger (1955) es, por lo tanto, más citado como el primer puente atirantado moderno.

Puente Abdoun, Ammán, Jordania, ejemplo de puente extradoso

Otros pioneros clave fueron Fabrizio de Miranda, Riccardo Morandi y Fritz Leonhardt. Los primeros puentes de este período usaban muy pocos tirantes, como en el Puente Theodor Heuss (1958). Sin embargo, esto implica costos de construcción sustanciales y las estructuras más modernas tienden a usar muchos más cables para garantizar una mayor economía.

Comparación con puente colgante

Puente de Ada al atardecer en Belgrado (Serbia)

Prins Clausbrug en el canal Amsterdam-Rhine en Utrecht

Los puentes atirantados pueden parecer similares a los puentes colgantes, pero son bastante diferentes en principio y construcción. En los puentes colgantes, grandes cables principales (normalmente dos) cuelgan entre las torres y se anclan en cada extremo al suelo. Esto puede ser difícil de implementar cuando las condiciones del suelo son malas. Los cables principales, que pueden moverse libremente sobre los apoyos de 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 levanta en secciones. Mientras se hace esto, la tensión en los cables aumenta, al igual que la carga viva del tráfico que cruza el puente. La tensión en los cables principales se transfiere al suelo en los anclajes y por compresión hacia abajo en las torres.

• Diferencia entre tipos de puentes
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  Puente de suspensión

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  Puente de cable, 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 soportar 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 horizontales resultantes, pero tiene la ventaja de no requerir anclajes firmes. para resistir el tirón horizontal de los cables principales del puente colgante. Por diseño, todas las fuerzas horizontales estáticas del puente atirantado están equilibradas para que las torres de soporte no tiendan 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:

• mucho mayor rigidez que el puente de suspensión, por lo que las deformaciones de la cubierta bajo cargas vivas se reducen
• se puede construir por el cantilever fuera de la torre – los cables actúan tanto como soportes temporales y permanentes a la cubierta puente
• para un puente simétrico (en el que los lados de cada lado de la torre son iguales), el equilibrio de fuerzas horizontales y los anclajes de tierra grandes no son necesarios

Diseños

Hay cuatro clases principales de rigging en puentes atirantados: mono, harp, fan, y star.

• El mono El diseño utiliza un solo cable de sus torres y es uno de los ejemplos menos utilizados de la clase.
• En el harp o paralelo diseño, los cables son casi paralelos para que la altura de su apego a la torre sea proporcional a la distancia de la torre a su montaje en la cubierta.
• En el abanico diseño, todos los cables se conectan o pasan sobre 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, el ventilador modificado (también llamado el semi-fan) es preferido, especialmente cuando muchos cables son necesarios. En el arreglo de ventiladores modificados, los cables terminan cerca de la parte superior de la torre pero se separan suficientemente para permitir una mejor terminación, una mejor protección ambiental y un buen acceso a cables individuales para mantenimiento.
• En el estrella diseño, otro diseño relativamente raro, los cables se separan en la torre, como el diseño de arpa, pero se conectan a un punto o un número de puntos cuidadosamente espaciados en la cubierta.

• Diferencia entre tipos de puentes
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  Mono diseño

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  Harp diseño

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  Fan diseño

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  Star diseño

Todos los siete arreglos de columna de un puente con techo de cable.

También hay siete arreglos principales para columnas de soporte: simple, doble, portal, en forma de A, en forma de H, en forma de Y invertida y en forma de M. Los últimos tres son arreglos híbridos que combinan dos arreglos en uno.

• El single la disposición utiliza una sola columna para soporte de cable, proyectando normalmente a través del centro de la cubierta, pero en algunos casos ubicados en un lado o el otro. Ejemplos: Millau Viaducto en Francia y Sunshine Skyway Bridge en Florida.
• El doble arreglos coloca pares de columnas en ambos lados de la cubierta. Ejemplos: Puente Øresund entre Dinamarca y Suecia, y Puente Zolotoy en Rusia.
• El portal es similar al doble arreglo pero tiene un tercer miembro que conecta las cimas de las dos columnas para formar una forma o portal similar a la puerta. Esto ofrece fuerza adicional, especialmente contra las cargas transversales. Ejemplos: Puente Hale Boggs en Louisiana y Puente Kirumi en Tanzania.
• El En forma de A el diseño es similar en el concepto del portal, pero logra el mismo objetivo por medio de las dos columnas hacia el otro para reunirse en la parte superior, eliminando la necesidad del tercer miembro. Ejemplos: Arthur Ravenel Jr. Bridge en Carolina del Sur y Helgeland Bridge en Noruega.
• El En forma de H diseño combina el portal en el fondo con el doble arriba. Ejemplos: Puente Grenland en Noruega y Puente Vasco da Gama en Portugal.
• El invertido Y diseño combina el En forma de A en el fondo con el single arriba. Ejemplos: Pont de Normandie en Francia y Puente Incheon en Corea del Sur.
• El En forma de M diseño combina dos En forma de A, cada torre en el lado del otro, para formar un M. Este tipo de arreglo es raro, y se utiliza principalmente en puentes anchos donde un solitario En forma de A El arreglo sería demasiado débil. Ejemplos: Fred Hartman Bridge en Texas y su proyecto de puente hermana Ship Channel Bridge, también en Texas.

Dependiendo del diseño, las columnas pueden ser verticales o en ángulo o curvas en relación con la plataforma del puente.

Variaciones

Puente atirantado de viga lateral

Puente de la Unidad, que se une a San Pedro Garza García y Monterrey, un puente espaciado Cantilever

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 de mástil en voladizo

Mucho más radical en su estructura, el Puente del Alamillo (1992) utiliza un único larguero en voladizo en un lado del tramo, con cables en un solo lado para soportar 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 están equilibradas por los 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), Sundial Bridge (2004), Chords Bridge (2008) y Assut de l'Or Bridge (2008).

Puente atirantado de varios vanos

El puente Zhivopisny en Moscú es un diseño de varios canales.

Los puentes atirantados con más de tres vanos implican diseños significativamente más desafiantes que las estructuras de dos o tres vanos.

En un puente atirantado de 2 o 3 vanos, las cargas de los vanos principales normalmente se anclan cerca de los estribos de los extremos mediante tirantes en los vanos de los extremos. Para más luces, este no es el caso y la estructura del puente es menos rígida en general. Esto puede crear dificultades tanto en el diseño del tablero como de los pilones. Ejemplos de estructuras de tramos múltiples en las que este es el caso incluyen el puente Ting Kau, donde los 'arriostramientos cruzados&#39 adicionales; se utilizan tirantes para estabilizar los pilones; 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 entramado muy rígido de varias patas. Una situación similar con un puente colgante se encuentra tanto en el Gran Puente Seto como en el Puente de la Bahía de San Francisco-Oakland, donde se requieren pilares de anclaje adicionales después de cada juego de tres tramos colgantes; esta solución también se puede adaptar para puentes atirantados.

Puente extradosado

El Twinkle-Kisogawa es un diseño extradoso, con largas brechas entre las secciones soportadas por cable.

Un puente extradosado es un puente atirantado con un tablero de puente más macizo que, al ser más rígido y resistente, permite omitir los cables cerca de la torre y que las torres sean más bajas en proporción a la luz. Los primeros puentes extradosados fueron el Puente Ganter y el Puente Sunniberg en Suiza. El primer puente extradosado en los Estados Unidos, el Pearl Harbor Memorial Bridge, se construyó para llevar la I-95 a través del río Quinnipiac en New Haven, Connecticut, y se inauguró en junio de 2012.

Puente atirantado tipo cuna

Un sistema de cuna transporta los torones dentro de los tirantes de tablero de puente a tablero de puente, como un elemento continuo, eliminando los anclajes en los pilones. Cada hilo de acero revestido con epoxi se transporta 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 primeros dos puentes de este tipo son el puente Penobscot Narrows, terminado en 2006, y el Veterans' Glass City Skyway, terminado en 2007.

Tipos de puentes relacionados

Puente colgante autoanclado

Un puente colgante autoanclado tiene cierta similitud en principio con el tipo atirantado en que las fuerzas de tensión que evitan que el tablero se caiga se convierten en fuerzas de compresión verticalmente en la torre y horizontalmente a lo largo de la estructura del tablero. También está relacionado con el puente colgante por tener cables principales arqueados con cables de suspensión, aunque el tipo autoanclado carece de los anclajes de cables pesados del puente colgante ordinario. A diferencia de un puente atirantado o un puente colgante, el puente colgante autoanclado debe estar soportado por una cimbra durante la construcción y, por lo tanto, es más costoso de construir.

Puentes atirantados notables

• Periodista Phelippe El puente Daou cruza el Río Negro en el estado Amazonas. Se inauguró el 24 de octubre de 2011 y actualmente es el cuarto puente más largo del Brasil, a 3.595 metros (11.795 pies) con una longitud de 400 metros (1.300 pies).
• Arthur Ravenel Jr. Bridge, cruza el río Cooper en Charleston, Carolina del Sur. Inauguró en 2005 para reemplazar el puente conmemorativo John P. Grace y el puente Silas N. Pearman que se acercaban al final de su vida útil. En el momento de su apertura fue el puente más largo con soporte de cable en el hemisferio occidental.
• Brooklyn Bridge, famoso como puente de suspensión, también tiene estancias de cable.
• Puente Centenario, puente vehicular de seis vías que cruza el Canal de Panamá con una longitud total de 1,05 kilómetros (3.400 pies).

Puente Erasmus, Erasmusbrug, en Rotterdam, Países Bajos

• Puente Erasmus cruza el Nieuwe Maas en Rotterdam, Países Bajos. El tramo sur del puente tiene un puente basculino de 89 metros (292 pies) para barcos que no pueden pasar debajo del puente. El puente bascule es el más grande y más pesado de Europa Occidental y tiene el panel más grande de su tipo en el mundo.

Vista del Puente de Metro de Cuerno de Oro, con la Torre de Galata en el extremo izquierdo del marco, Estambul, Turquía

• Golden Horn Metro Bridge, conecta la antigua península de Estambul con el distrito de Galata y es el primer puente con cable en Turquía.
• Gordie Howe International El puente actualmente en construcción, que conecta Detroit, Michigan con Windsor, Ontario, tendrá dos torres "A" formadas construidas a orillas del río Detroit, seis líneas para el tráfico automotriz, y un ciclo y camino de caminata. Será de 2,5 kilómetros (1.6 millas) de largo. Una vez terminado en 2024, tendrá el mayor lapso de cualquier puente de cable en América del Norte a 853 metros (2.799 pies).
• Jiaxing-Shaoxing Sea Bridge, Zhejiang Province, China. El puente es una estructura de ocho capas que abarca 10,100 metros (6,3 mi) a través de la bahía de Hangzhou, que conecta Jiaxing y Shaoxing, dos ciudades de la provincia de Zhejiang. Se inauguró el 23 de julio de 2013 y es actualmente el puente más largo del mundo.
• Puente John James Audubon (Río Mississippi): El puente más largo en el Hemisferio Occidental, cruzando el río Mississippi entre New Roads, Louisiana y St. Francisville, Louisiana.
• Kap Shui Mun Bridge: puente con techo de cable con mayor longitud cuando se abrió
• Kosciuszko Puente: Esto conecta los barrios de Brooklyn y Queens en la ciudad de Nueva York, reemplazando un puente de tress del mismo nombre. En abril de 2017 se abrió al tráfico el primer tramo (temporalmente con tres carriles en cada dirección). Un segundo tramo casi idéntico abrió el 29 de agosto de 2019.

Margaret Hunt Hill Bridge sobre el río Trinity en Dallas, Texas, EE.UU. (2012)

• Margaret Hunt Hill Bridge en Dallas, Texas, EE.UU., que abrió en 2012 y abarca el río Trinidad. En 2012, el puente recibió un premio de excelencia en ingeniería civil de la sección de Texas de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. El puente también recibió un Premio al Convenio Europeo de Construcción de Acero para Puentes de Acero.
• Millau Viaducto, el puente con los muelles más altos del mundo: 341 metros (1,119 pies) de altura y carretera 266 metros (873 pies) de altura, que abarca el río Tarn en Francia. Con una longitud total de 2,460 metros (8,070 pies) y siete torres, también tiene la cubierta suspendida más larga del mundo.

Most SNP (Bridge of the Slovak National Uprising) – the world's longest cable-stayed bridge to have one pylon and one cable-stayed plano (Bratislava, Slovakia, 1967–1972).

• Most SNP (Nový la mayoría), el puente de cable más largo del mundo en la categoría con un pylon y con un avión con soporte por cable, que abarca el Danubio en Bratislava, Eslovaquia. El tramo principal es de 303 metros (994 pies), longitud total de 430,8 metros (1.413 pies). El único miembro de la Federación Mundial de Grandes Torres que se utiliza principalmente como puente. Cuenta con un restaurante volador en la parte superior del pylon de 85 metros (279 pies) de altura.
• El puente de Octavio Frias de Oliveira cruza el río Pinheiros en São Paulo, 2008. Tiene un pylón de 138 metros (453 pies)-alto bajo el cual dos carreteras se cruzan entre sí girando 90° a la orilla opuesta del río.
• Puente de Oresund, un puente de carretera combinado de dos vías y cuatro vías con una extensión principal de 490 metros (1.610 pies) y una longitud total de 7.85 kilómetros (4.88 millas), cruzando el Öresund entre Malmö, Suecia y la Región de la Capital de Dinamarca.

El puente Pelješac conecta el novato croata sureste con el resto del país.

• Puente Pelješac, Condado Dubrovnik-Neretva, Croacia. Es un puente de carretera alto de 2,404 metros (7.887 pies) de largo y 98 metros (322 pies) que conecta el semi-exclave sureste con el resto del país, que abarca el canal del mar entre Komarna y Pelješac.
• Puente y Observatorio de las Torres de Penobscot, un puente de carretera con un observatorio en la parte superior de una de las torres, y un lapso de 2.120 pies (646 m).
• Ponte Morandi, parte de la cual se derrumbó durante una tormenta de lluvia el 14 de agosto de 2018
• Pont de Normandie, cruza el Sena en Normandía, Francia (1988 - 1995) – brevemente el puente de cable más largo del mundo.
• Queensferry Crossing (anteriormente el cruce de la Forth Replacement) es un puente de carretera en Escocia. Se construye junto con la suspensión existente, el puente Forth Road a través de la Firth of Forth y una vez terminado en 2017 se convirtió en el puente de triple torre más largo del mundo a 2700m.
• Pont de Brotonne, primer moderno puente de cable de ese tipo, abierto al tráfico en 1977.
• Puente de Rande en España cerca de Vigo es el puente con cable de carretera con la mayor y más larga extensión del mundo en el momento de la construcción (1973-1977). Tres largos lapsos de 148 metros (486 pies) + 400 metros (1.300 pies) + 148 metros (486 pies). Pylons en hormigón, girder en acero.
• Puente Río Antirio cruza el Golfo de Corinto cerca de Patras, Grecia. A una longitud total de 2,880 metros (9.450 pies) y cuatro torres, cuenta con la segunda cubierta suspendida con soporte de cable más larga (2.258 metros (7.408 pies) de largo) en el mundo, con sólo la cubierta del viaducto de Millau en el sur de Francia siendo más larga a 2.460 metros (8.070 pies). Sin embargo, como este último también está apoyado por rodamientos en los pylons aparte de las estancias de cable, la cubierta de puente Río Antirrio podría considerarse la cubierta de cable totalmente suspendida más larga del mundo.
  

  Puente Rio-Antirrio que cruza el Golfo de Corinto cerca de Patras, uniendo la ciudad de Río en la península Peloponesa a Antirrio en Grecia continental por carretera.
• Puente Russky, el puente con techo de cable con el más largo espacio del mundo, a 1.104 metros (3.622 pies). Vladivostok, Rusia.

El puente Río Negro, a 3.595 metros (11.795 pies), es el puente más largo de Brasil.

• El segundo cruce de Severn entre Inglaterra y Gales tiene una longitud de 5.127 km, que consiste en un único espacio de navegación central sobre el canal "Shoots" y viaductos de aproximación a ambos lados.
• Sunshine Skyway Bridge, en el estado de Florida de EE.UU. situado cerca de Tampa abrió en 1987. El puente reemplazó los puentes cantilever originales que eran el lugar de un incidente marítimo.
• Puente Surgut, el puente más largo de un solo pilón con techo en el mundo, cruzando el río Ob en Siberia, Rusia.
• El puente del río Sutong Yangtze en el este de China tiene el segundo puente más largo con techo de cable a 1.088 metros (3.570 pies). Completado en 2008, el Puente Sutong es uno de los más de 40 puentes con techo de cable construidos sobre el Yangtze desde 1995.
• El gobernador Mario M. Cuomo Bridge, el reemplazo del puente Tappan Zee, es un puente con cable de dos pisos abierto en 2017 y 2018, y es tanto el puente de cruce del río Hudson más meridional totalmente dentro del estado de Nueva York, y el primer puente con techos de cable en América del Norte para coincidir con el puente Zakim de Boston (ver abajo) la anchura de carretera en general de 183 pies (56 metros), que abarcan ocho metros.
• Tilikum Crossing en Portland, Oregon, es el primer puente principal en Estados Unidos que fue diseñado para permitir el acceso a vehículos de tránsito, ciclistas y peatones pero no coches. Completado en 2015, el puente es de 1,720 pies (520 m) y se extiende por el río Willamette para conectar los distritos South Waterfront y Central Eastside.
• Ting Kau Bridge, el primer gran puente de cuatro canales (tres torres) de altura por cable del mundo, formando parte de la red de carreteras que conecta el Aeropuerto Internacional de Hong Kong con otras partes de Hong Kong.
• Puente Varina-Enon, lleva I-295 a través del río James entre los condados Henrico y Chesterfield en Virginia. El puente de Varina-Enon cuenta con el primer uso del mundo de marcos de delta de hormigón prefabricados para la construcción de sus 630 pies (190 m) soporte de cable. Es una parte instrumental del programa Peregrine Falcon supervisado por el Departamento de Transporte de Virginia.
• Vasco da Puente de Gama en Lisboa, Portugal es el puente más largo de Europa, con una longitud total de 17,2 kilómetros (10,7 mi), incluyendo 0,829 kilómetros (0,515 mi) para el puente principal, 11,5 kilómetros (7,1 mi) en viaductos y 4,8 kilómetros (3,0 mi) en carreteras de extensión.
• El Leonard P. Zakim Bunker Hill Memorial Bridge en el centro de Boston, Massachusetts que atraviesa el río Charles es el puente con techos de carretera más anchos del mundo para tal puente, a unos 183 pies (56 m), que abarca diez carriles de tráfico. También es el primer puente con soporte de cable con un diseño asimétrico de cubierta, con dos de los 10 carriles acantilados desde el lado sur de la cubierta principal del puente.
• El puente de Kazungula es un puente de carretera y ferrocarril sobre el río Zambezi entre los países de Zambia y Botswana (3.028 pies).
• Los puentes de Zárate-Brazo Largo sobre los ríos Paraná Guazú y Paraná de las Palmas en Argentina (1972-1976) son los primeros dos puentes de acero para cables de larga data en el mundo. Espinas: 110 metros (360 pies) + 330 metros (1,080 pies) + 110 metros (360 pies).