Puente colgante

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Puente 25 de Abril en Lisboa.
Golden Gate Bridge, uno de los más famosos, y récord de longitud del vano central durante muchos años. San Francisco (California)
Puente Marcial Candioti en Santa Fé, Argentina

Un puente colgante es un puente cuyo tablero, en vez de estar apoyado sobre pilas o arcos se sujeta mediante cables o piezas atirantadas desde una estructura a la que van sujetas. Una de sus variantes más conocidas es el que tiene una catenaria formada por numerosos cables de acero, de la que se suspende el tablero del puente mediante tirantes verticales. La catenaria cuelga de dos torres de suficiente altura, encargadas de llevar las cargas al suelo.

Desde la antigüedad este tipo de puentes han sido utilizados por la humanidad para salvar obstáculos. Con el paso de los siglos y la introducción y mejora de distintos materiales de construcción, este tipo de puentes son capaces en la actualidad de soportar el tráfico rodado o líneas de ferrocarril.

Historia del puente colgante[editar]

Al fondo, puente colgante de Menai (Thomas Telford, 1826). En primer plano, puente tubular Britannia (Robert Stephenson, 1850). Vista ca. 1850.

En las civilizaciones chinas, incas o africanas, el puente colgante fue un temprano medio tradicional de franqueamiento de obstáculos, principalmente en las regiones montañosas donde se presentaba la dificultad de atravesar profundas gargantas. Así, se estima que en el siglo XVI, a la llegada de los españoles, había más de 200 puentes colgantes incas, piezas angulares de la vasta red de caminos del imperio amerindio.[1] Alcanzaban habitualmente los 50 metros de longitud, probablemente más, bastante más que el arco de fábrica europeo de la época. Sólo la aparición de la estructura metálica permitirá superar esa distancia sin pilares intermedios. Si los incas fueron la única civilización amerindia que desarrolló este tipo de puentes colgantes, ya existian en otras culturas de las regiones montañosas del mundo, en el Himalaya y en la antigua China. En China se construían puentes colgantes con cadenas de acero en el siglo III a. C.. Pero lo habitual es que esos antiguos puentes estuvieran compuestos en su mayoría de lianas y con un tablero de madera, lo que permitía el paso de cargas modestas con una estructura de puente ligero.

Desde 1595, hay una representación de un puente colgante sobre cadenas aparecen en la obra de Fausto Veranzio Machinae Novae (Venecia, 1595).[2]

Pero la historia recuerda que fue en América donde nació el moderno puente colgante. Un juez, James Finley, tuvo la idea de un puente suspendido con cadenas de hierro forjado. El puente del arroyo Jacob se completó en 1802, al oeste de Pennsylvania.[3] Finley, dado el éxito de esta fórmula que permite un puente poco costoso y fácil de construir, presentó una patente.[4] Una primera generación de puentes vio la luz a partir de 1810. La luz que franqueaba era de entre 15 y 50 metros como máximo. Pero el uso de esos puentes manifestó pronto el problema de la oscilación: el puente entraba fácilmente en resonancia, y la presión que se ejercía sobre las cadenas les hacía ceder. En realidad, la experiencia de Estados Unidos en la ingeniería y en la calidad del hierro forjado era poco fiable. El desarrollo de los puentes quedó limitado en tamaño y en carga y muchos accidentes interrumpieron el éxito naciente del puente colgante.

Puente de Villeneuve-la-Garenne (1844), pintado en 1872 por Alfred Sisley.

La técnica enseguida cruzó el Atlántico para encontrar nuevos seguidores entre los británicos, que tenían un importante desarrollo en la metalurgia. Las cadenas se mejoraron considerablemente. En consecuencia, los puentes colgantes se vuelven muy ambiciosos. Los primeros puentes británicos fueron construidos alrededor de 1815 y sus dimensiones no cesaron de crecer. En 1826, el famoso ingeniero Thomas Telford construyó el puente colgante de Menai (Menai Bridge), de 125 metros de luz, que permitía el paso bajo él de barcos de vela. Era en ese momento el puente más grande en el mundo, ya que la mayoría de los puentes de la época tenían entre 70 y 100 metros de vano. Otros destacados puentes fueron el de Conwy (1826), en el norte del País de Gales, y el primer puente de Hammersmith (1827) en la zona oeste de Londres. El puente colgante era la única manera de llegar a tales luces, y se convirtió en un monumento a la gloria del progreso en plena revolución industrial europea.

Fue precisamente el desarrollo europeo de ésta lo que exportó el puente colgante a la parte continental. En Francia, la tecnología se conoció gracias a la apología expresada en los periódicos británicos. Se llevó a cabo en 1821, sin éxito, una misión de estudio de Ponts et Chaussées. El área tenía uno de los ríos más difíciles de cruzar en el momento: el Ródano. Los puentes eran muy pocos: tres, incluyendo uno roto (el puente de Avignon) entre Lyon y el estuario. De hecho, el río era, y es, ancho, muy caudaloso y sin disminución notable ya que se alimentaba del deshielo. Sin temporada "seca", era imposible construir las pilonas de acuerdo con el método probado. La compañía Seguin Frères (Annonay, Ardèche), dirigida par Marc Seguin, propusó un proyecto innovador en 1822: el puente colgante de Tournon. La empresa entendió rápidamente que un puente colgante convencional no era posible en Francia debido a la mala calidad de las cadenas. Intentó entonces reemplazarlos con manojos de cables de hierro. Ese fue el nacimiento del cable. Después de varias pruebas y una negativa de Ponts et Chaussées, el proyecto fue finalmente aceptado. A la innovación de los cables se añadió el uso del hormigón hidráulico para los cimientos, del hormigón armado (25 años antes de la primera patente) para las superestructuras y de estructuras de refuerzo rigidizante del tablero de madera. El puente colgante tomó su forma moderna.

Gray: el puente colgante (104 metros de largo)

En 1823 se construyó en Ginebra la pasarela de Saint-Antoine[5] y desde 1832, en Friburgo el grand pont suspendu[6] cuyos cables de alambre trefilado de 87 kilos de rotura, y utilizados a 27 kilos (hilos paralelos) permitió que alcanzaran una luz de 273 metros. Muchos puentes ligeros se construyeron así: Bercy y Constantine, en París (101 metros), Gray, Châteaulin, La Roche-Bernard… pero estas obras eran altamente móviles y las cargas de tráfico debían ser limitadas. Sufrieron un eclipse en Francia hasta el momento en que la creación de la viga rigidez permitió realizar obras comparables a la de los puentes en carpintería.[7]

En 1832, Henri Navier estableció las primeras reglas para el cálculo de los puentes colgantes.

De acuerdo con un primer recuento, unos 400 puentes fueron construidos durante el siglo XIX, una gran mayoría entre 1825 y 1850. Muchos de ellos aún permanecen en uso.[8]

Desde entonces se han construido puentes colgantes en todo el mundo. Esta tipología de puente es prácticamente la única solución posible para salvar grandes luces (superiores a un kilómetro), por ejemplo, cuando sea peligroso para el tráfico marítimo añadir apoyos centrales temporales o permanentes, o no sea viable añadir apoyos centrales.

En la actualidad, el puente de mayor vano es el de Gran Puente de Akashi Kaikyō, en Japón, y mide 1991 m. Hay un proyecto que estuvo a punto de iniciarse pero se pospuso, el Puente del estrecho de Mesina, que permitiría unir esa zona con un vano de más de tres kilómetros.

Ventajas[editar]

Puente Verrazano Narrows en NY, conocido por ser imagen de una compañía de seguros; además, sucedió al Golden Gate como puente con el mayor vano (mas largo) de EEUU.
  • La cantidad de material empleado en la construcción es mucho menor que la necesaria para un puente apoyado porque, para la misma carga, los materiales resisten mucho mejor a tracción que a compresión (a compresión requieren mayor sección para evitar el pandeo).
  • El vano central puede ser muy largo en relación a la cantidad de material empleado, permitiendo atravesar cañones o vías de agua muy anchos.
  • Pueden tener la plataforma a gran altura permitiendo el paso de barcos muy altos.
  • No necesitan apoyos centrales durante su construcción, permitiendo construir sobre profundos cañones o cursos de agua muy ocupados por el tráfico marítimo o de aguas muy turbulentas.
  • Siendo relativamente flexibles, pueden flexionar bajo vientos violentos y terremotos, donde un puente más rígido tendría que ser más grande y fuerte.

Inconvenientes[editar]

  • Al faltar rigidez el puente se puede volver intransitable en condiciones de fuertes vientos o turbulencias, y requeriría cerrarlo temporalmente al tráfico. Esta falta de rigidez dificulta mucho el mantenimiento de vías ferroviarias.
  • Bajo grandes cargas de viento, las torres ejercen un gran momento (fuerza en sentido curvo) en el suelo, y requieren una gran cimentación cuando se trabaja en suelos débiles, lo que resulta muy caro.

Estructura y funcionamiento[editar]

Ejemplo de puente atirantado

En el tipo más conocido de puente colgante, los cables que constituyen el arco invertido están anclados en cada extremo del puente a un elemento de soporte, comúnmente una torre, ya que son los encargados de transmitir una parte importante de la carga que tiene que soportar la estructura. El tablero suele estar suspendido mediante tirantes verticales sujetos a dichos cables. Las torres llevan las cargas al terreno firme.

Las fuerzas principales en un puente colgante son de tracción en los cables principales y de compresión en los pilares. Todas las fuerzas en los pilares o torres deben ser casi verticales y hacia abajo, y son estabilizadas por los cables principales, estos pueden ser muy delgados, como son, por ejemplo, en el Puente de Severn, Inglaterra.

Puente Juscelino Kubitschek, Brasilia, Brasil. Los arcos no se encuentran en el mismo plano y los cables de suspensión forman una superficie parabólica

Asumiendo como casi despreciable el peso del cable principal comparado con el peso de la pista y de los vehículos soportados, unos cables de un puente colgante formarán una parábola (muy similar a una catenaria, la forma de los cables principales sin cargar antes de que sea instalada la pista). Esto puede ser visto por un gradiente constante que crece con el aumento lineal de la distancia; este incremento en el gradiente a cada conexión con el tablero crea un aumento neto de la fuerza. Combinado con las cargas relativamente sencillas que da el tablero, esto hace que los puentes colgantes sean más simples de diseñar, calcular y analizar que los puentes atirantados, en los que el tablero trabaja a compresión.


También se hace puentes colgantes con un arco de sujeción al que van anclados los tirantes, como los casos del puente Juscelino Kubitschek de Brasilia o el tablero inferior del puente Don Luis I en Oporto.

Tipos de suspensión[editar]

La suspensión en los puentes más antiguos se hizo con cadenas o barras enlazadas (ver: Puente de las Cadenas de Budapest), pero los puentes modernos tienen múltiples cables de acero. Esto es para mayor redundancia; unos pocos cables con defectos o fallos entre los cientos que forman el cable principal son una pequeña amenaza, mientras que un solo eslabón o barra malo o con defectos puede anular el margen de seguridad o echar abajo la estructura.

Puente Luis I en Oporto.

Un caso curioso es el Puente Don Luis I de Oporto (Portugal), que tiene dos tableros, soportados por un arco único, de estructura metálica: el tablero superior está apoyado en el arco y el inferior colgado del mismo, aunque no con cables, sino con estructura de piezas metálicas.

Tipos de tableros en los puentes colgantes[editar]

Obsérvese la delgadez del tablero de este puente sobre el Yangtze en China.

La mayoría de los puentes colgantes usan estructuras de acero reticuladas para soportar la carretera (en consideración a los efectos desfavorables que muestran los puentes con placas laterales verticales, como se vio en el desastre del puente de Tacoma Narrows). Recientes desarrollos en aerodinámica de puentes han permitido la reintroducción de estructuras laterales en la plataforma. En la ilustración de la derecha nótese la forma muy aguzada en el borde y la pendiente en la parte inferior del tablero. Esto posibilita la construcción de este tipo sin el peligro de que se generen remolinos de aire (cuando sopla el viento) que hagan retorcerse a la estructura como ocurrió con el ya citado puente de Tacoma Narrows.

Puente colgante en Chiquitos, Bolivia

Otras aplicaciones del tipo de estructura[editar]

Los principios de suspensión usados en grandes puentes pueden también aparecer en contextos menores que dichos puentes de carretera o ferrocarril. La suspensión con cables ligeros puede servir como una solución menos cara y más elegante para puentes peatonales que soportarlas mediante un gran enrejado. Donde un puente une dos edificios próximos no es necesario construir torres y los mismos edificios pueden sostener los cables. La suspensión con cables puede ser también aumentada con la inherente rigidez de una estructura teniendo mucho en común a un puente tubular.


El puente ante un sismo[editar]

La estructura de un puente colgante esta formada por pilotes de cemento o acero que están anclados en el suelo, en profundidad o en roca. En un sismo tiembla la tierra y esto provoca que los pilotes suban y bajen junto con el movimiento del terreno, provocando que los tirantes o cables de soporte tiemblen y de esta manera se aflojen poco a poco hasta quedar cortados, causando la inestabilidad en el equilibrio del puente. En efecto, al cortarse un cable, los demás cables sufren un tirón brusco y esto puede provocar el corte en cadena de otros cables; por esta razón los puentes se cierran al tránsito después de un sismo.

Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]