Los puentes generalmente se consideran estructuras estáticas. La verdad es que en realidad actúan más como seres vivos dinámicos. Cambian constantemente, respondiendo a diferentes cargas, patrones climáticos y otros tipos de estrés para funcionar. En algunos casos, al igual que una persona que sufre un trauma, los puentes deben «reaccionar» a eventos extremadamente estresantes como accidentes, explosiones, incendios, terremotos y huracanes para sobrevivir.

En este artículo, veremos cómo los diferentes tipos de puentes están diseñados para manejar el estrés. También examinaremos algunas de las fuerzas más comunes que ejercen presión sobre los puentes. Estos factores estresantes pueden tener un gran impacto en la forma en que los puentes envejecen, caen en declive y potencialmente fallan.

Entenderlos puede ayudar a los ingenieros a desarrollar estructuras duraderas, y los inspectores y el personal de mantenimiento hacen que las estructuras existentes duren más tiempo.

El dilema de la gravedad

La fuerza más profunda que afecta a los puentes es la gravedad, que está constantemente tirando de ellos, tratando de arrastrarlos a la tierra. La gravedad no es tan importante cuando se trata de edificios, incluidos los grandes como los rascacielos, porque el suelo debajo de ellos siempre está retrocediendo.

Ese no es el caso cuando se trata de puentes. Su cubierta se extiende por el espacio abierto. El «espacio» no proporciona soporte contra la gravedad. Los puentes más grandes que abarcan espacios más largos son más vulnerables a la gravedad que los más cortos. Del mismo modo, las estructuras más pesadas tienen más probabilidades de ser víctimas de la gravedad que las más ligeras.

Las fallas de puente son una ocurrencia relativamente rara. Entonces, ¿qué es lo que evita que caigan debido a la fuerza de la gravedad?

La respuesta es prácticamente la misma, sin importar el tipo de estructura:

• La compresión (una fuerza que empuja o aprieta hacia adentro) se equilibra cuidadosamente con la tensión (una fuerza que se estira y tira hacia afuera).
• Este equilibrio se realiza canalizando la carga (el peso total de la estructura del puente) sobre los pilares (los soportes en cada extremo del puente) y los pilares (los soportes que corren por debajo del puente a lo largo de su longitud).

Estas fuerzas se distribuyen de varias maneras en diferentes tipos de puentes:

Puente de viga

Un puente de viga tiene su cubierta (viga) en tensión y compresión. (La viga se puede apretar y estirar dependiendo de las condiciones.) Los pilares están en compresión, lo que significa que siempre se están apretando.

Puente de arco

Un puente de arco soporta cargas distribuyendo compresión a través y por el arco. La estructura siempre se está empujando sobre sí misma.

Puente colgante

Las torres (muelles) de un puente colgante en la compresión y la cubierta se cuelga de los cables que están en tensión. La tabla en sí está en tensión y compresión.

atirantado de puente

Un cable de puente suspendida es similar a un puente colgante. Sin embargo, la plataforma cuelga directamente de los muelles de los cables. Los muelles están en compresión y los cables en tensión. La cubierta experimenta ambas fuerzas.

Puente de armadura

Un puente de armadura es una variación de una estructura de viga con refuerzos mejorados. La cubierta está en tensión. Las vigas manejan tanto la tensión como la comprensión, con las diagonales en tensión y las verticales en compresión.

Un puente de arco soporta cargas distribuyendo la compresión a través y hacia abajo del arco. La estructura siempre se está empujando sobre sí misma.

puente Voladizo

Un puente voladizo es una de las formas más simples de entender. Básicamente, aborda las fuerzas de tensión (tracción) por encima de la cubierta del puente y las de compresión (empuje) por debajo.

Echa un vistazo a estos puentes que gestionan las fuerzas de formas únicas:

The Rolling Bridge, London

Esta estructura escultórica es un tipo de puente comúnmente conocido como puente ondulado. Se compone de ocho secciones triangulares con bisagras juntos. El puente es capaz de» desenrollarse «para permitir que los peatones lo crucen y» acurrucarse » para dejar pasar a los barcos.

Cuando la estructura está en su estado» sin curvar», se ve y funciona como un puente de armadura. Se utiliza un sistema de pistones hidráulicos para enrollarlo en su forma octogonal cerrada.

Por Loz Pycock, a través de Wikimedia Commons

The Gateshead Millennium Bridge, Newcastle

Esta innovadora estructura se conoce a menudo como un puente» basculante». Utiliza un sistema hidráulico avanzado para levantarlo del camino cuando pasan los barcos.

Aunque esto parece bastante simple, este puente debe lidiar con problemas únicos de tensión y compresión. Aprovecha características de suspensión y diseños atirantados que se empujan (y estiran) hasta límites extremos cuando el puente está en movimiento. Esta estructura añade una nueva dimensión a la ingeniería de puentes estándar.

el Puente de diseño es sencillo y complejo al mismo tiempo. Un puente está equilibrando constantemente las fuerzas de compresión en ciertos lugares con las de tracción en otros, por lo que ninguna fuerza abrumadora, especialmente la gravedad, supera la estructura en ningún momento, lo que lleva a daños o colapsos.

Factores de estrés más allá de la gravedad

El factor de complicación es que la compresión y la tensión en un puente cambian constantemente debido a factores de estrés como:

Cargas cambiantes

Sería fácil construir puentes si las cargas en ellos permanecieran estáticas. Las fuerzas sobre ellos nunca cambiarían. La realidad es que las cargas pueden variar de forma espectacular y dinámica a lo largo del día y con el tiempo.

Los puentes transportan de todo, desde trenes, automóviles, camiones y peatones hasta líneas de agua y otras infraestructuras de servicios públicos. La cantidad de tráfico y el volumen de los servicios públicos cambian a lo largo del día, lo que causa variaciones significativas en la carga activa, lo que puede aumentar y disminuir las fuerzas de tracción y compresión en toda la estructura.

Ejemplo: Cuando un ferrocarril atraviesa un puente, la estructura se dobla y flexiona, y luego vuelve a su estado relajado original una vez que el tren pasa.

Las fuerzas ambientales

Los puentes reaccionan constantemente a la Madre Naturaleza. Las fuentes ambientales de estrés incluyen:

• Mareas, olas y respaldo de agua. El agua es una de las fuerzas más poderosas de la tierra. Los ingenieros a menudo insertan aberturas en los pilares de los puentes para permitir que el agua fluya a través de ellos en lugar de empujarlos contra ellos.
• Vientos. Grandes ráfagas de viento pueden hacer que los puentes se balanceen y se tuerzan. Los modernos son más ligeros y aerodinámicos, lo que permite que el viento pase a través de ellos, lo que impide que se muevan.
• Terremotos. Las fuerzas sísmicas hacen que las secciones del puente se sacudan y chocen entre sí, lo que puede hacer que se desmoronen. Los diseñadores incluyen amortiguadores para absorber las vibraciones y parachoques para evitar que las secciones se golpeen entre sí en puentes en zonas sísmicas activas.
• Los huracanes y otras tormentas importantes pueden tener efectos devastadores en las áreas expuestas de los puentes. Los equipos de construcción a menudo instalan equipos de protección alrededor de secciones vulnerables, como la infraestructura de servicios públicos.
• Hielo, frío y ventiscas. El clima frío y las condiciones de congelación causan contracción en ciertos elementos del puente. La descongelación puede tener el efecto contrario. Los impactos de la expansión y contracción se han exacerbado en las condiciones climáticas más extremas de hoy en día. Los ingenieros explican esto incorporando componentes más flexibles y de mayor capacidad de respuesta en puentes construidos en lugares fríos.

Los accidentes y otros eventos inesperados

Los accidentes de tráfico y de construcción, los barcos que golpean pilares y las explosiones pueden provocar un estrés significativo en el puente y, a veces, fallas. Los constructores pueden aprovechar materiales resistentes e ignífugos y elementos aislantes para limitar el impacto que los eventos extremos tienen en el equilibrio de fuerzas que afectan a un puente.

Conclusión

Algunas de las fuerzas descritas anteriormente pueden causar daños catastróficos inmediatos a los puentes o una falla final. Estos factores de estrés también se desgastan en los puentes con el tiempo, lo que provoca daños a largo plazo.

Al igual que los seres vivos, los puentes tienen formas de comunicar que están sobrecargados. Los inspectores, gerentes e ingenieros deben buscar estas señales. Puede ayudarlos a mantener seguras las estructuras existentes y proporcionarles la información que necesitan para diseñar estructuras aún más duraderas y receptivas en el futuro.