Puente

Un puente es una estructura construida para salvar un obstáculo físico (como una masa de agua, un valle, una carretera o una vía) sin bloquear el camino por debajo. Se construye con el fin de proporcionar paso sobre el obstáculo, que suele ser algo que de otro modo es difícil o imposible de cruzar. Hay muchos diseños diferentes de puentes, cada uno con un propósito particular y aplicable a diferentes situaciones. Los diseños de los puentes varían según factores como la función del puente, la naturaleza del terreno donde se construye y ancla el puente, el material utilizado para fabricarlo y los fondos disponibles para construirlo.

Los primeros puentes probablemente se hicieron con árboles caídos y escalones. Los habitantes del Neolítico construyeron puentes de paseo marítimo a través de las marismas. El puente Arkadiko (que data del siglo XIII a. C., en el Peloponeso) es uno de los puentes de arco más antiguos que aún existen y se utilizan.

Etimología

El Oxford English Dictionary remonta el origen de la palabra puente a una palabra del inglés antiguo brycg, del mismo significado. La palabra se remonta directamente al protoindoeuropeo *bʰrēw-. La palabra para el juego de cartas del mismo nombre tiene un origen diferente.

Historia

Los tipos de puentes más simples y antiguos eran peldaños. La gente del Neolítico también construyó una forma de paseo marítimo a través de los pantanos; ejemplos de tales puentes incluyen Sweet Track y Post Track en Inglaterra, de aproximadamente 6000 años. Sin duda, los pueblos antiguos también habrían utilizado puentes de troncos; es decir, un puente de madera que cae naturalmente o se tala intencionalmente o se coloca sobre arroyos. Algunos de los primeros puentes hechos por el hombre con tramos significativos probablemente fueron árboles talados intencionalmente.

Entre los puentes de madera más antiguos se encuentra el Holzbrücke Rapperswil-Hurden que cruza la parte superior del lago de Zúrich en Suiza; las pilas de madera prehistóricas descubiertas al oeste de Seedamm datan de 1523 a. El primer puente peatonal de madera cruzó el lago de Zúrich, seguido de varias reconstrucciones al menos hasta finales del siglo II d. C., cuando el Imperio Romano construyó un puente de madera de 6 metros de ancho (20 pies). Entre 1358 y 1360, Rodolfo IV, duque de Austria, construyó un "nuevo" puente de madera sobre el lago que se ha utilizado hasta 1878, que mide aproximadamente 1450 metros (4760 pies) de largo y 4 metros (13 pies) de ancho. El 6 de abril de 2001 se inauguró la pasarela de madera reconstruida, siendo el puente de madera más largo de Suiza.

El puente Arkadiko es uno de los cuatro puentes de arco de ménsula micénicos que forman parte de una antigua red de carreteras, diseñada para albergar carros, entre el fuerte de Tirinto y la ciudad de Epidauro en el Peloponeso, en el sur de Grecia. Data de la Edad del Bronce griega (siglo XIII a. C.), es uno de los puentes de arco más antiguos que aún existen y se utilizan. En el Peloponeso se pueden encontrar varios puentes de piedra arqueados intactos de la época helenística.

Los mayores constructores de puentes de la antigüedad fueron los antiguos romanos. Los romanos construyeron puentes de arco y acueductos que podían soportar condiciones que dañarían o destruirían diseños anteriores. Algunos están de pie hoy. Un ejemplo es el Puente de Alcántara, construido sobre el río Tajo, en España. Los romanos también usaban cemento, lo que reducía la variación de resistencia que se encuentra en la piedra natural. Un tipo de cemento, llamado puzolana, consistía en agua, cal, arena y roca volcánica. Los puentes de ladrillo y mortero se construyeron después de la época romana, ya que la tecnología del cemento se perdió (y luego se redescubrió).

En India, el tratado Arthashastra de Kautilya menciona la construcción de presas y puentes. James Princep inspeccionó un puente Mauryan cerca de Girnar. El puente fue arrasado durante una inundación y luego reparado por Puspagupta, el principal arquitecto del emperador Chandragupta I. El uso de puentes más fuertes con bambú trenzado y cadenas de hierro fue visible en la India alrededor del siglo IV. La administración de Mughal en India construyó varios puentes, tanto con fines militares como comerciales.

Aunque existían grandes puentes chinos de construcción de madera en la época del período de los Reinos Combatientes, el puente de piedra más antiguo que se conserva en China es el Puente Zhaozhou, construido entre el 595 y el 605 d. C. durante la dinastía Sui. Este puente también tiene importancia histórica, ya que es el puente de arco segmentario de piedra de enjuta abierta más antiguo del mundo. Los puentes de arco rebajado europeos se remontan al menos al Puente de Alconétar (aproximadamente en el siglo II d. C.), mientras que el enorme Puente de Trajano de la época romana (105 d. C.) presentaba arcos rebajados de enjuta abierta en construcción de madera.

Los puentes de cuerda, un tipo simple de puente colgante, fueron utilizados por la civilización inca en las montañas de los Andes de América del Sur, justo antes de la colonización europea en el siglo XVI.

Los Ashanti construyeron puentes sobre arroyos y ríos. Fueron construidos golpeando cuatro grandes troncos bifurcados de árboles en el lecho del arroyo, colocando vigas a lo largo de estos pilares bifurcados y luego colocando vigas transversales que finalmente se cubrieron con cuatro a seis pulgadas de tierra.

Durante el siglo XVIII, hubo muchas innovaciones en el diseño de puentes de madera por parte de Hans Ulrich Grubenmann, Johannes Grubenmann y otros. El primer libro sobre ingeniería de puentes fue escrito por Hubert Gautier en 1716.

Un avance importante en la tecnología de puentes se produjo con la construcción del Puente de Hierro en Shropshire, Inglaterra, en 1779. Por primera vez, se utilizó hierro fundido como arco para cruzar el río Severn. Con la Revolución Industrial en el siglo XIX, se desarrollaron sistemas de armaduras de hierro forjado para puentes más grandes, pero el hierro no tiene la resistencia a la tracción para soportar grandes cargas. Con la llegada del acero, que tiene una gran resistencia a la tracción, se construyeron puentes mucho más grandes, muchos de ellos siguiendo las ideas de Gustave Eiffel.

En Canadá y los Estados Unidos, se construyeron numerosos puentes cubiertos de madera entre fines del siglo XVIII y fines del siglo XIX, que recuerdan diseños anteriores en Alemania y Suiza. También se construyeron algunos puentes cubiertos en Asia. En años posteriores, algunos estaban hechos en parte de piedra o metal, pero las cerchas generalmente todavía estaban hechas de madera; en los Estados Unidos, había tres estilos de cerchas, Queen Post, Burr Arch y Town Lattice. Cientos de estas estructuras siguen en pie en América del Norte. Llamaron la atención del público en general en la década de 1990 por la novela, película y obra de teatro The Bridges of Madison County.

En 1927, el pionero de la soldadura, Stefan Bryła, diseñó el primer puente de carretera soldado del mundo, el puente Maurzyce, que más tarde se construyó sobre el río Słudwia en Maurzyce, cerca de Łowicz, Polonia, en 1929. En 1995, la American Welding Society otorgó el premio Historic Welded Structure Award el puente a Polonia.

Tipos de puentes

Los puentes se pueden categorizar de varias maneras diferentes. Las categorías comunes incluyen el tipo de elementos estructurales utilizados, por lo que llevan, si son fijos o móviles, y por los materiales utilizados.

Tipos de estructuras

Los puentes pueden clasificarse por cómo se distribuyen a través de su estructura las acciones de tensión, compresión, flexión, torsión y cortante. La mayoría de los puentes emplearán todos estos hasta cierto punto, pero solo unos pocos predominarán. La separación de fuerzas y momentos puede ser bastante clara. En un puente colgante o atirantado, los elementos en tensión son distintos en forma y ubicación. En otros casos, las fuerzas pueden distribuirse entre un gran número de miembros, como en una armadura.

Puente de Vigas	Los puentes de vigas son vigas horizontales soportadas en cada extremo por unidades de subestructura y pueden estar simplemente soportadas cuando las vigas solo se conectan en un solo tramo, o continuas cuando las vigas están conectadas en dos o más tramos. Cuando hay varios vanos, los soportes intermedios se conocen como pilares. Los primeros puentes de vigas eran troncos simples que se asentaban sobre arroyos y estructuras simples similares. En los tiempos modernos, los puentes de vigas pueden variar desde pequeñas vigas de madera hasta grandes cajas de acero. La fuerza vertical en el puente se convierte en una carga de corte y flexión en la viga que se transfiere a lo largo de su longitud a las subestructuras a ambos lados.Por lo general, están hechos de acero, hormigón o madera. Los puentes de vigas y los puentes de vigas de placas, generalmente hechos de acero, son tipos de puentes de vigas. Los puentes de vigas cajón, hechos de acero, hormigón o ambos, también son puentes de vigas. Los tramos de puentes de vigas rara vez superan los 250 pies (76 m) de largo, ya que las tensiones de flexión aumentan proporcionalmente al cuadrado de la longitud (y la deflexión aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la longitud). Sin embargo, el tramo principal del puente Río-Niteroi, un puente de vigas en cajón, es de 300 metros (980 pies).El puente de vigas más largo del mundo es Lake Pontchartrain Causeway en el sur de Luisiana en los Estados Unidos, con 23,83 millas (38,35 km), con tramos individuales de 56 pies (17 m). Los puentes de vigas son el tipo de puente más simple y antiguo que se usa en la actualidad, y son un tipo popular.
puente de armadura	Un puente de celosía es un puente cuya superestructura portante está compuesta por una armadura. Esta armadura es una estructura de elementos conectados que forman unidades triangulares. Los elementos conectados (típicamente rectos) pueden someterse a tensión, compresión o, a veces, ambas en respuesta a cargas dinámicas. Los puentes de celosía son uno de los tipos más antiguos de puentes modernos. Los tipos básicos de puentes de celosía que se muestran en este artículo tienen diseños simples que los ingenieros del siglo XIX y principios del siglo XX podrían analizar fácilmente. Un puente de celosía es económico de construir debido al uso eficiente de los materiales.
Puente en voladizo	Los puentes en voladizo se construyen con voladizos: vigas horizontales apoyadas en un solo extremo. La mayoría de los puentes en voladizo utilizan un par de tramos continuos que se extienden desde lados opuestos de los pilares de soporte para encontrarse en el centro del obstáculo que cruza el puente. Los puentes voladizos se construyen utilizando prácticamente los mismos materiales y técnicas que los puentes de vigas. La diferencia viene en la acción de las fuerzas a través del puente.Algunos puentes en voladizo también tienen una viga más pequeña que conecta los dos voladizos, para mayor resistencia.El puente voladizo más grande es el Puente de Quebec de 549 metros (1801 pies) en Quebec, Canadá.
Puente de arco	Los puentes de arco tienen pilares en cada extremo. El peso del puente se empuja hacia los pilares a ambos lados. Los primeros puentes de arco conocidos fueron construidos por los griegos e incluyen el Puente Arkadiko.Con una luz de 220 metros (720 pies), el puente Solkan sobre el río Soča en Solkan en Eslovenia es el segundo puente de piedra más grande del mundo y el puente ferroviario de piedra más largo. Se completó en 1905. Su arco, que se construyó con más de 5000 toneladas (4900 toneladas largas; 5500 toneladas cortas) de bloques de piedra en solo 18 días, es el segundo arco de piedra más grande del mundo, solo superado por Friedensbrücke (Syratalviadukt) en Plauen, y el arco de piedra de ferrocarril más grande. El arco de Friedensbrücke, que fue construido en el mismo año, tiene una luz de 90 m (295 pies) y cruza el valle del río Syrabach. La diferencia entre los dos es que el puente Solkan se construyó con bloques de piedra, mientras que el Friedensbrücke se construyó con una mezcla de piedra triturada y mortero de cemento.El puente de arco más grande del mundo es el Puente Chaotianmen sobre el río Yangtze con una longitud de 1.741 m (5.712 pies) y una luz de 552 m (1.811 pies). El puente se inauguró el 29 de abril de 2009 en Chongqing, China.
Puente de arco atado	Los puentes de arco atirantado tienen una superestructura en forma de arco, pero se diferencian de los puentes de arco convencionales. En lugar de transferir el peso del puente y las cargas del tráfico en fuerzas de empuje en los estribos, los extremos de los arcos están sujetos por tensión en el cordón inferior de la estructura. También se les llama arcos de cuerda.
Puente colgante	Los puentes colgantes están suspendidos de cables. Los primeros puentes colgantes estaban hechos de cuerdas o enredaderas cubiertas con trozos de bambú. En los puentes modernos, los cables cuelgan de torres que están adosadas a cajones o ataguías. Los cajones o ataguías se implantan profundamente en el lecho del lago, río o mar. Los subtipos incluyen el puente colgante simple, el puente de cinta estresado, el puente colgante de tramo inferior, el puente colgante de cubierta suspendida y el puente colgante autoanclado. También existe lo que a veces se llama un puente "semi-suspensión", de los cuales el Ferry Bridge en Burton-upon-Trent es el único de su tipo en Europa.El puente colgante más largo del mundo es el puente Çanakkale de 1915 de 4.608 m (15.118 pies) en Turquía.
Puente suspendido en cables	Los puentes atirantados, como los puentes colgantes, están sostenidos por cables. Sin embargo, en un puente atirantado se requiere menos cable y las torres que sujetan los cables son proporcionalmente más altas. El primer puente atirantado conocido fue diseñado en 1784 por CT (o CJ) Löscher.El puente atirantado más largo desde 2012 es el puente Russky de 1104 m (3622 pies) en Vladivostok, Rusia.

Algunos ingenieros subdividen los puentes de "vigas" en losa, viga y losa y viga cajón en función de su sección transversal. Una losa puede ser maciza o alveolada (aunque esto ya no se favorece por razones de inspección), mientras que la viga y la losa consisten en vigas de hormigón o acero conectadas por una losa de hormigón. Una sección transversal de viga cajón consta de una caja unicelular o multicelular. En los últimos años también se ha popularizado la construcción integral de puentes.

Puentes fijos o móviles

La mayoría de los puentes son puentes fijos, lo que significa que no tienen partes móviles y permanecen en un lugar hasta que fallan o son demolidos. Los puentes temporales, como los puentes Bailey, están diseñados para ser ensamblados, desarmados, transportados a un sitio diferente y reutilizados. Son importantes en la ingeniería militar y también se utilizan para transportar tráfico mientras se reconstruye un viejo puente. Los puentes móviles están diseñados para apartarse de los barcos u otros tipos de tráfico, que de otro modo serían demasiado altos para caber. Estos son generalmente alimentados eléctricamente.

El Tank Bridge Transporter (TBT) tiene el mismo rendimiento a campo traviesa que un tanque, incluso cuando está completamente cargado. Puede desplegar, dejar y cargar puentes de forma independiente, pero no puede recuperarlos.

Puentes largos

Los puentes de dos pisos (o de dos pisos) tienen dos niveles, como el puente George Washington, que conecta la ciudad de Nueva York con el condado de Bergen, Nueva Jersey, EE. UU., como el puente más transitado del mundo, con 102 millones de vehículos al año;El trabajo de armazón entre los niveles de la calzada proporcionó rigidez a las calzadas y redujo el movimiento del nivel superior cuando el nivel inferior se instaló tres décadas después del nivel superior. El puente Tsing Ma y el puente Kap Shui Mun en Hong Kong tienen seis carriles en sus cubiertas superiores, y en sus cubiertas inferiores hay dos carriles y un par de vías para trenes de metro MTR. Algunos puentes de dos pisos solo usan un nivel para el tráfico de la calle; el Puente de la Avenida Washington en Minneapolis reserva su nivel inferior para el tráfico de automóviles y trenes ligeros y su nivel superior para el tráfico de peatones y bicicletas (predominantemente estudiantes de la Universidad de Minnesota). Asimismo, en Toronto, el viaducto Prince Edward tiene cinco carriles de tráfico motorizado, carriles para bicicletas y aceras en su cubierta superior; y un par de vías para la línea de metro Bloor-Danforth en su piso inferior.

El puente de alto nivel de Robert Stephenson sobre el río Tyne en Newcastle upon Tyne, terminado en 1849, es un ejemplo temprano de un puente de dos pisos. El nivel superior lleva un ferrocarril, y el nivel inferior se utiliza para el tráfico rodado. Otros ejemplos incluyen el puente Britannia sobre el estrecho de Menai y el puente Craigavon ​​en Derry, Irlanda del Norte. El puente Oresund entre Copenhague y Malmö consta de una autopista de cuatro carriles en el nivel superior y un par de vías férreas en el nivel inferior. Tower Bridge en Londres es un ejemplo diferente de un puente de dos pisos, con la sección central que consta de un tramo basculante de bajo nivel y una pasarela de alto nivel.

Viaductos

Un viaducto se compone de múltiples puentes conectados en una estructura más larga. Los puentes más largos y algunos de los más altos son viaductos, como la calzada del lago Pontchartrain y el viaducto de Millau.

Puente multidireccional

Un puente de múltiples vías tiene tres o más tramos separados que se encuentran cerca del centro del puente. Los puentes de múltiples vías con solo tres tramos aparecen como una "T" o "Y" cuando se ven desde arriba. Los puentes de múltiples vías son extremadamente raros. Tridge, Margaret Bridge y Zanesville Y-Bridge son ejemplos.

Tipos de puentes por uso

Un puente se puede clasificar por lo que está diseñado para transportar, como trenes, tráfico de peatones o carreteras (puente de carretera), una tubería o vía fluvial para el transporte de agua o tráfico de barcazas. Un acueducto es un puente que lleva agua, a semejanza de un viaducto, que es un puente que une puntos de igual altura. Un puente carretera-ferrocarril transporta tanto tráfico rodado como ferroviario. Overway es un término para un puente que separa el tráfico que se cruza incompatible, especialmente la carretera y el ferrocarril. Un puente puede transportar líneas eléctricas aéreas como lo hace el puente Storstrøm.

Algunos puentes se adaptan a otros propósitos, como la torre del puente Nový Most en Bratislava, que cuenta con un restaurante, o un puente-restaurante que es un puente construido para servir como restaurante. Otras torres de puentes colgantes llevan antenas de transmisión.

Los conservacionistas utilizan los pasos elevados para la vida silvestre para reducir la fragmentación del hábitat y las colisiones entre animales y vehículos. Los primeros puentes para animales surgieron en Francia en la década de 1950, y este tipo de puentes ahora se utilizan en todo el mundo para proteger la vida silvestre tanto grande como pequeña.

Los puentes también están sujetos a usos no planificados. Las áreas debajo de algunos puentes se han convertido en refugios improvisados ​​y hogares para personas sin hogar, y la parte inferior de los puentes de todo el mundo es un lugar donde predominan los grafitis. Algunos puentes atraen a personas que intentan suicidarse y se conocen como puentes suicidas.

Tipos de puentes por material

Los materiales utilizados para construir la estructura también se utilizan para clasificar los puentes. Hasta finales del siglo XVIII, los puentes se construyeron con madera, piedra y mampostería. Los puentes modernos se construyen actualmente en hormigón, acero, polímeros reforzados con fibra (FRP), acero inoxidable o combinaciones de esos materiales. Se han construido puentes vivos con plantas vivas, como las raíces de los árboles Ficus elastica en la India y las vides de glicinia en Japón.

Análisis y diseño

A diferencia de los edificios cuyo diseño está a cargo de arquitectos, los puentes suelen ser diseñados por ingenieros. Esto se deriva de la importancia de los requisitos de ingeniería; es decir, superar el obstáculo y tener la durabilidad para sobrevivir, con un mantenimiento mínimo, en un entorno exterior agresivo. Primero se analizan los puentes; las distribuciones de momento de flexión y fuerza cortante se calculan debido a las cargas aplicadas. Para esto, el método de elementos finitos es el más popular. El análisis puede ser de una, dos o tres dimensiones. Para la mayoría de los puentes, es suficiente un modelo de placa bidimensional (a menudo con vigas de refuerzo) o un modelo de elementos finitos verticales.Al finalizar el análisis, el puente se diseña para resistir los momentos flectores y las fuerzas cortantes aplicadas, se seleccionan tamaños de sección con capacidad suficiente para resistir los esfuerzos. Muchos puentes están hechos de hormigón pretensado que tiene buenas propiedades de durabilidad, ya sea pretensando las vigas antes de la instalación o postensando en el sitio.

En la mayoría de los países, los puentes, al igual que otras estructuras, se diseñan de acuerdo con los principios de diseño de factor de carga y resistencia (LRFD). En términos simples, esto significa que la carga se factoriza por un factor mayor que la unidad, mientras que la resistencia o capacidad de la estructura se factoriza por un factor menor que la unidad. El efecto de la carga mayorada (esfuerzo, momento de flexión) debe ser menor que la resistencia mayorada para ese efecto. Ambos factores permiten la incertidumbre y son mayores cuando la incertidumbre es mayor.

Estética

La mayoría de los puentes tienen una apariencia utilitaria, pero en algunos casos, la apariencia del puente puede tener una gran importancia. A menudo, este es el caso de un gran puente que sirve como entrada a una ciudad, o cruza la entrada principal del puerto. Estos a veces se conocen como puentes de firma. Los diseñadores de puentes en parques y a lo largo de avenidas a menudo también dan más importancia a la estética. Los ejemplos incluyen los puentes de piedra a lo largo de Taconic State Parkway en Nueva York.

En general, los puentes son más agradables estéticamente si tienen una forma simple, el tablero es más delgado (en proporción a su luz), las líneas de la estructura son continuas y las formas de los elementos estructurales reflejan las fuerzas que actúan sobre ellos.Para crear una imagen hermosa, algunos puentes se construyen mucho más altos de lo necesario. Este tipo, que a menudo se encuentra en los jardines de estilo asiático oriental, se llama puente lunar y evoca una luna llena que se eleva. Otros puentes de jardín pueden cruzar solo un lecho seco de guijarros lavados por la corriente, con la única intención de transmitir la impresión de una corriente. A menudo, en los palacios, se construirá un puente sobre un canal artificial como símbolo de un pasaje a un lugar importante o estado de ánimo. Un conjunto de cinco puentes cruzan un canal sinuoso en un importante patio de la Ciudad Prohibida en Beijing, China. El puente central estaba reservado exclusivamente para el uso del Emperador y la Emperatriz, con sus asistentes.

Mantenimiento de puentes

La vida estimada de los puentes varía entre 25 y 80 años según la ubicación y el material. Sin embargo, los puentes pueden envejecer cien años con el mantenimiento y la rehabilitación adecuados. Mantenimiento de puentes que consiste en una combinación de monitoreo y pruebas de salud estructural. Esto está regulado en los estándares de ingeniería específicos de cada país e incluye un control continuo cada tres a seis meses, una prueba o inspección simple cada dos o tres años y una inspección mayor cada seis a diez años. En Europa, el costo del mantenimiento es considerable y es más alto en algunos países que el gasto en nuevos puentes. La vida útil de los puentes de acero soldado puede extenderse significativamente mediante el tratamiento posterior de las transiciones de soldadura. Esto da como resultado un gran beneficio potencial, utilizando puentes existentes mucho más allá de la vida útil planificada.

Carga de tráfico del puente

Si bien se comprende bien la respuesta de un puente a la carga aplicada, la carga de tráfico aplicada en sí sigue siendo objeto de investigación. Este es un problema estadístico ya que la carga es muy variable, particularmente en los puentes de carretera. Los efectos de carga en los puentes (esfuerzos, momentos de flexión) están diseñados para utilizar los principios de diseño de factor de carga y resistencia. Antes de factorizar para permitir la incertidumbre, generalmente se considera que el efecto de carga es el valor característico máximo en un período de retorno específico. Cabe destacar que en Europa es el valor máximo esperado en 1000 años.

Los estándares de puentes generalmente incluyen un modelo de carga, que se considera que representa la carga máxima característica que se espera en el período de retorno. En el pasado, estos modelos de carga fueron acordados por comités de redacción de estándares de expertos, pero hoy en día, esta situación está cambiando. Ahora es posible medir los componentes de la carga de tráfico del puente, para pesar camiones, utilizando tecnologías de pesaje en movimiento (WIM). Con amplias bases de datos WIM, es posible calcular el efecto de carga máximo esperado en el período de retorno especificado. Esta es un área activa de investigación, que aborda problemas de carriles de dirección opuesta, carriles de lado a lado (en la misma dirección), crecimiento del tráfico, vehículos con/sin permisoy puentes de tramo largo (ver más abajo). En lugar de repetir este complejo proceso cada vez que se va a diseñar un puente, las autoridades normativas especifican modelos de carga teórica simplificados, en particular HL-93, destinados a dar los mismos efectos de carga que los valores máximos característicos. El Eurocódigo es un ejemplo de un estándar para la carga del tráfico en puentes que se desarrolló de esta manera.

Carga de tráfico en puentes de tramo largo

La mayoría de los estándares de puentes solo se aplican a tramos cortos y medianos- por ejemplo, el Eurocódigo solo es aplicable para longitudes cargadas de hasta 200 m. Los tramos más largos se tratan caso por caso. En general, se acepta que la intensidad de la carga se reduce a medida que aumenta la distancia porque la probabilidad de que muchos camiones estén muy juntos y sean extremadamente pesados ​​se reduce a medida que aumenta el número de camiones involucrados. También se supone generalmente que los tramos cortos están regidos por un pequeño número de camiones que viajan a alta velocidad, con un margen para la dinámica. Los tramos más largos, por otro lado, se rigen por el tráfico congestionado y no se necesita tener en cuenta la dinámica. Calcular la carga debido al tráfico congestionado sigue siendo un desafío, ya que hay escasez de datos sobre los espacios entre vehículos, tanto dentro del carril como entre carriles, en condiciones de congestión. Los sistemas de pesaje en movimiento (WIM) proporcionan datos sobre los espacios entre vehículos, pero solo funcionan bien en condiciones de tráfico fluido. Algunos autores han utilizado cámaras para medir espacios y longitudes de vehículos en situaciones de atasco y han inferido pesos a partir de longitudes utilizando datos WIM.Otros han utilizado la microsimulación para generar grupos típicos de vehículos en el puente.

Vibración del puente

Los puentes vibran bajo carga y esto contribuye, en mayor o menor medida, a las tensiones.La vibración y la dinámica son generalmente más significativas para las estructuras esbeltas, como los puentes peatonales y los puentes ferroviarios o de carreteras de gran envergadura. Uno de los ejemplos más famosos es el puente Tacoma Narrows que se derrumbó poco después de su construcción debido a la vibración excesiva. Más recientemente, el Puente del Milenio en Londres vibró excesivamente bajo la carga de peatones y fue cerrado y modernizado con un sistema de amortiguadores. Para puentes más pequeños, la dinámica no es catastrófica pero puede contribuir a una amplificación adicional de las tensiones debidas a los efectos estáticos. Por ejemplo, el Eurocódigo para cargas en puentes especifica amplificaciones de entre el 10% y el 70%, dependiendo de la luz, el número de carriles de circulación y el tipo de tensión (momento flector o fuerza cortante).

Interacción dinámica vehículo-puente

Ha habido muchos estudios de la interacción dinámica entre vehículos y puentes durante los eventos de cruce de vehículos. Fryba realizó un trabajo pionero sobre la interacción de una carga en movimiento y una viga de Euler-Bernoulli. Con una mayor potencia informática, los modelos de interacción vehículo-puente (VBI) se han vuelto cada vez más sofisticados. La preocupación es que una de las muchas frecuencias naturales asociadas con el vehículo resuene con la primera frecuencia natural del puente. Las frecuencias relacionadas con el vehículo incluyen el rebote de la carrocería y el salto del eje, pero también hay pseudofrecuencias asociadas con la velocidad de cruce del vehículo y hay muchas frecuencias asociadas con el perfil de la superficie.Dada la amplia variedad de vehículos pesados ​​en puentes de carretera, se ha sugerido un enfoque estadístico, con análisis VBI realizados para muchos eventos de carga extrema estática.

Fallas de puentes

La falla de los puentes es una preocupación especial para los ingenieros estructurales que intentan aprender lecciones vitales para el diseño, la construcción y el mantenimiento de puentes.

La falla de los puentes asumió por primera vez el interés nacional en Gran Bretaña durante la era victoriana cuando se estaban construyendo muchos diseños nuevos, a menudo utilizando nuevos materiales, y algunos de ellos fallaron catastróficamente.

En los Estados Unidos, el Inventario Nacional de Puentes rastrea las evaluaciones estructurales de todos los puentes, incluidas designaciones como "estructuralmente deficiente" y "funcionalmente obsoleto".

Supervisión del estado del puente

Hay varios métodos que se utilizan para controlar el estado de grandes estructuras como los puentes. Muchos puentes de gran envergadura ahora se monitorean de forma rutinaria con una variedad de sensores. Se utilizan muchos tipos de sensores, incluidos transductores de tensión, acelerómetros, inclinómetros y GPS. Los acelerómetros tienen la ventaja de que son inerciales, es decir, no requieren un punto de referencia para medir. Esto suele ser un problema para la medición de la distancia o la desviación, especialmente si el puente está sobre el agua.

Una opción para el monitoreo de la integridad estructural es el "monitoreo sin contacto", que utiliza el efecto Doppler (desplazamiento Doppler). Un rayo láser de un vibrómetro láser Doppler se dirige al punto de interés y la amplitud y la frecuencia de la vibración se extraen del desplazamiento Doppler de la frecuencia del rayo láser debido al movimiento de la superficie. La ventaja de este método es que el tiempo de configuración del equipo es más rápido y, a diferencia de un acelerómetro, esto permite realizar mediciones en múltiples estructuras en el menor tiempo posible. Además, este método puede medir puntos específicos en un puente que pueden ser de difícil acceso. Sin embargo, los vibrómetros son relativamente caros y tienen la desventaja de que se necesita un punto de referencia para medir.

Se pueden registrar instantáneas en el tiempo de la condición externa de un puente utilizando Lidar para ayudar a la inspección del puente. Esto puede proporcionar la medición de la geometría del puente (para facilitar la construcción de un modelo de computadora), pero la precisión generalmente es insuficiente para medir las deflexiones del puente bajo carga.

Mientras que los puentes modernos más grandes se monitorean electrónicamente de manera rutinaria, los puentes más pequeños generalmente son inspeccionados visualmente por inspectores capacitados. Existe un considerable interés de investigación en el desafío de los puentes más pequeños, ya que a menudo son remotos y no tienen energía eléctrica en el sitio. Las posibles soluciones son la instalación de sensores en un vehículo de inspección especializado y el uso de sus mediciones mientras conduce sobre el puente para inferir información sobre la condición del puente. Estos vehículos pueden estar equipados con acelerómetros, girómetros, vibrómetros láser Doppler y algunos incluso tienen la capacidad de aplicar una fuerza resonante a la superficie de la carretera para excitar dinámicamente el puente a su frecuencia resonante.