Fundación de puentes históricos

Introducción

Los puentes se construyen de muchas maneras diferentes y a menudo se identifican por los materiales con los que se construyen y los diseños construidos con estos materiales. Los siguientes diagramas pueden ser utilizados para ayudar a identificar los puentes que puede ver en sus viajes.

Una nota sobre las formas de los puentes

En el nivel más simple de diseño de ingeniería, los puentes vienen en tres formas básicas: viga, arco y suspensión. De estas tres formas básicas de puentes surgen muchos tipos diferentes de puentes, como se describe a continuación. Algunos tipos de puentes se subdividen a su vez en una variedad de configuraciones y disposiciones de la superestructura. A algunos tipos de puentes se les pueden añadir elementos mecánicos que les permitan moverse para dejar paso a las embarcaciones. Los puentes móviles se clasifican según el diseño mecánico que permite su movimiento, y los diversos tipos de puentes móviles también vienen en una variedad de configuraciones.

Conceptos básicos sobre puentes

Partes del puente

Tipos de vanos

Los vanos simples presentan una superestructura estructuralmente independiente que forma cada vano del puente.

Los vanos continuos presentan lo que tiene la apariencia de una superestructura de un solo vano, pero se apoya en pilares en uno o más puntos.

Los vanos en voladizo tienen vanos que se extienden hacia fuera desde un elemento de la subestructura y terminan en un lugar no soportado por un elemento de la subestructura. Estos brazos en voladizo que se extienden hacia fuera están equilibrados por la otra mitad del sistema de vanos, que se extiende en la dirección opuesta al muelle, formando un brazo de anclaje.

Muchos vanos en voladizo tienen brazos en voladizo que, en lugar de extenderse completamente para encontrarse con un brazo en voladizo opuesto, se detienen antes del centro para mantener un vano suspendido en su lugar.

Disposiciones de la superestructura

Las disposiciones del puente se refieren a la posición del tablero (calzada) en relación con la superestructura del puente.
No todos los tipos de puentes utilizan esta nomenclatura. Estos términos se utilizan comúnmente con los puentes de cerchas, y dos de los términos se utilizan comúnmente con los puentes de arco y de vigas también.

Con un puente pasante, la superestructura está al lado de la calzada. En el caso de los puentes de celosía, la superestructura también debe estar presente para que el puente se considere una celosía pasante.

En el caso de un puente pony, la superestructura está por encima y al lado de la calzada, pero no hay ningún refuerzo superior. El término «pony» se utiliza normalmente sólo cuando se describen puentes de cerchas, aunque se encontrará que algunos puentes de vigas y arcos también tienen esta forma, aunque no se describan típicamente como tales. Lo que parecería ser un puente de «vigas en forma de poni» o de «arco en forma de poni» se describe normalmente como «viga pasante» o «arco pasante».

Con un puente de tablero, la superestructura, así como cualquier refuerzo, se encuentran por debajo de la calzada.

Puentes de vigas y viguetas

En comparación con los puentes de vigas múltiples, los puentes de vigas del tablero tienen más grandes y menos vigas, y la calzada se apoya en vigas transversales del piso que se extienden entre las vigas.

Los puentes de vigas pasantes tienen un diseño similar al de las vigas del tablero, excepto que las vigas se elevan por encima de la calzada. Las vigas transversales del piso permanecen bajo el tablero.

Una viga T de hormigón es un tipo común de puente de vigas de hormigón en el que las vigas se funden integralmente con el tablero, formando una «T» repetida en la vista transversal.

En un puente de losa, el puente se apoya en una superestructura que actúa como una única viga sólida sobre el obstáculo. Aunque se asocia más comúnmente con el hormigón armado, también se puede utilizar la madera.

Puentes de cerchas

Los puentes de cerchas son una forma de puente de vigas, donde un marco triangular de miembros y cordones forman una estructura que funciona como una gran viga. Los puentes de cerchas se describen según la disposición de las cerchas: cerchas de cubierta (por debajo de la calzada), cerchas en forma de poni (por encima de la calzada, pero sin arriostramiento superior) y cerchas pasantes (por encima de la calzada, con arriostramiento superior). Los investigadores deben tener en cuenta que, históricamente, los puentes de celosía pasante se llamaban a veces celosías altas, y las celosías en forma de poni se llamaban a veces celosías bajas.

Piezas de los puentes de celosía

Configuraciones de puentes de cerchas metálicas

Los puentes de cerchas metálicas vienen en una amplia variedad de arreglos y configuraciones como se muestra a continuación. La mayoría de los siguientes diseños de cerchas son una adaptación de los que aparecieron en el libro de J.A.L. Waddell de 1916 Bridge Engineering y, en su mayor parte, siguen siendo relevantes hoy en día con sólo pequeños cambios de nombre y clasificación como se indica a continuación.

Pratt: La cercha Pratt es una de las configuraciones de cerchas más comunes.

Cercha Pratt de media cadera: Algunos puentes de celosía Pratt carecen de los miembros verticales de la cadera, y se conocen como puentes de celosía Pratt de media cadera.

Whipple (Pratt de doble intersección): Esta variación del Pratt era común para vanos más largos en el siglo XIX.

Howe: Las diagonales siguen la orientación opuesta a la del Pratt. El Pratt era más común en cerchas metálicas, mientras que el Howe era más común en cerchas de madera.

Parker: Una celosía Pratt con un cordón superior poligonal. Se utiliza para vanos más largos.

Camelback: Una celosía Parker con exactamente cinco pendientes en el cordón superior (incluyendo los postes de los extremos).

Baltimore: Una celosía Pratt con paneles subdivididos. Dos formas comunes mostradas arriba.

Cercha Pennsylvania (Petit): Una cercha Parker con paneles subdivididos. Dos formas comunes mostradas arriba. Hoy en día, los puentes de cerchas Pennsylvania con cinco vertientes del cordón superior suelen llamarse simplemente cerchas «Pennsylvania», pero podrían anotarse como «cerchas Camelback Pennsylvania». Las cerchas Pennsylvania se utilizaron para vanos largos, incluyendo algunos de los vanos simples más largos jamás construidos.

Warren: Aunque el libro de Waddell distinguía entre un tipo de cercha «Triangular» y «Warren», hoy en día todas las variedades se conocen como puentes de cercha Warren.

Warren (Con Verticales): La mayoría de los puentes de cerchas Warren presentan miembros verticales, aunque la frecuencia de las verticales puede variar. Las cerchas Warren (con o sin verticales) eran un tipo de cercha común.

Warren de doble intersección: Este diseño puede considerarse como dos cerchas Warren superpuestas y desplazadas una sobre otra.

Columna de celosía: Las cerchas Warren de triple intersección, cuádruple intersección y quíntuple intersección se denominan comúnmente simplemente «cerchas de celosía». A veces la celosía de intersección cuádruple también se denomina celosía cuadrangular.

Celosía K: Inventada durante la construcción del puente de Quebec, la cercha K puede disponerse de varias maneras, con dos orientaciones mostradas arriba. El cordón superior no tiene que ser poligonal.

Bollman: Un diseño inusual de celosía utilizado en algunos de los primeros puentes ferroviarios de hierro.

Fink: Un diseño inusual de cercha utilizado en algunos de los primeros puentes ferroviarios de hierro.

Bowstring (Parabolic): Esta forma de entramado suele tener un cordón superior curvado y a veces también se denomina «entramado de arco». Más comúnmente utilizado en la década de 1870 como una forma de cercha metálica temprana.

Kingpost: Se utiliza para tramos muy cortos.

Queenpost: Se utiliza para tramos muy cortos. Puede o no tener el patrón «X» de diagonales en el centro.

Cercha Waddell «A»: Este armazón, a veces llamado armazón A, se construyó en pequeñas cantidades.

Lenticular: La mayoría de los ejemplos en los Estados Unidos fueron construidos según un diseño patentado por la Berlin Iron Bridge Company de East Berlin, Connecticut.

Kellogg: Una forma de cercha arcaica y rara.

Post: Una forma de cercha arcaica y rara.

Pegram: Una forma de cercha arcaica y rara.

Thacher: Una forma de cercha arcaica y rara. La forma exacta puede variar ligeramente, ningún ejemplo existente sigue exactamente el diseño patentado por Edwin Thacher.

Stearns: Una forma de celosía arcaica y poco frecuente.

Conexiones de celosía metálica

Los puentes de celosía metálica se clasifican además por la forma en que se unen los miembros. Las conexiones pueden ser clavadas, remachadas, atornilladas o soldadas.

Las conexiones con pasadores, comunes desde aproximadamente 1870 hasta 1910, eran fáciles de montar en el campo, y consistían en un gran pasador roscado que atravesaba todos los miembros y se fijaba en los extremos con tuercas.

Las conexiones clavadas quedaron obsoletas por el auge de las conexiones remachadas, que ofrecían una conexión más rígida. Con las conexiones remachadas, los miembros de la celosía se remachaban a una placa de refuerzo para conectar los miembros. Más tarde, los remaches sustituyeron a los pernos o a las soldaduras para fijar los elementos a las placas de refuerzo. Los detalles de las conexiones atornilladas y soldadas son similares a la conexión remachada mostrada anteriormente.

Configuraciones de cerchas de puentes cubiertos

Los puentes cubiertos de madera son puentes de cerchas construidos con madera y cubiertos con un sistema de techo y pared no estructural. Bajo el techo y la pared se encuentran los miembros de las cerchas. Al igual que los puentes de cerchas metálicas, los puentes cubiertos tienen una configuración diferente. Aunque hay cierto solapamiento entre las configuraciones de cerchas metálicas y cubiertas, los detalles de las configuraciones de cerchas del mismo nombre pueden diferir entre las cubiertas y las metálicas, y hay muchas configuraciones de cerchas cubiertas que no se utilizaron en la construcción de cerchas metálicas. También hay que tener en cuenta que, aunque el material predominante en los puentes cubiertos es la madera, a veces se utilizaba el hierro en zonas limitadas, (el hierro funcionaba mejor que la madera para los elementos de tensión) y a veces se utilizaba el hierro para conectar los elementos de madera.

Puentes de arco

Los puentes de arco se subdividen en una variedad de configuraciones, dependiendo del tipo de material utilizado en la construcción. La piedra, el hormigón o el metal son los tres materiales más comunes, aunque también puede utilizarse la madera.

Los puentes de arco se describen en dos disposiciones: Arcos de cubierta, con el arco por debajo de la calzada, y arcos pasantes, con el arco que se eleva por encima de la calzada durante al menos una parte del vano.

Tipos de puentes de arco

La mayoría de los puentes de arco funcionan empujando las fuerzas en un ángulo en el lado de los estribos o pilas en cada extremo de los vanos. Como tal, a menudo tienen cojinetes en ángulo llamados skewbacks.

Los puentes de arco de acero y los puentes de arco pasante de hormigón se diseñan a veces como puentes de arco «atados», en los que una gran viga conecta cada extremo del arco. En estos casos, el puente puede descansar sobre sus pilas o estribos como un puente de vigas, con un cojinete horizontal que envía las fuerzas verticalmente a la subestructura.

Configuraciones de los puentes de arco de hormigón

Arco de tímpano abierto: Un tipo de puente de arco de tablero, como el mostrado arriba, utiliza columnas verticales para conectar el tablero con el arco.

Arco tímpano cerrado: Un tipo de puente de arco con tablero que utiliza muros sólidos de hormigón para conectar el tablero con el arco. Los puentes de arco tímpano cerrado suelen contener un relleno de tierra oculto dentro de la «caja» de hormigón formada por el tablero y la superestructura, que consiste en un arco tan ancho como el propio puente. Alternativamente, si el puente tiene la apariencia de repetir vigas en forma de arco bajo el tablero, se conoce como puente de arco «acanalado».

Arco «Arco Iris»: Para los puentes de arco de hormigón, cuando el arco está por encima de la calzada, a menudo se conoce como un arco de arco iris.

Configuraciones de los puentes de arco de piedra

Los puentes de arco de piedra son casi siempre arcos de cubierta, y de configuración cerrada. Los ingenieros pueden clasificar los puentes de arco de piedra basándose en la forma del arco (semicircular, segmentado o elíptico).

Un arco semicircular consiste en un arco que tiene forma de medio círculo.

Un arco segmentario consiste en un arco que tiene la forma de menos de la mitad de un círculo.

Un arco elíptico consiste en un arco que tiene la forma de medio óvalo.

Configuraciones de los puentes de arco de acero

Los puentes de arco de acero, al igual que los puentes de arco de hormigón, pueden disponerse como puentes de arco de cubierta o puentes de arco pasante. Los puentes de arco de acero se clasifican además en función del diseño del nervio del arco, la presencia de bisagras y cualquier refuerzo.

Si el nervio del arco es una viga maciza o de cajón, se trata de un puente de arco de «nervio macizo».

Si el arco nervado se diseña a partir de muchos miembros y cordones diferentes, similar a un puente de cerchas, el puente es un puente de arco «nervado arriostrado».

Los puentes de arco con tablero a veces incluyen arriostramientos diagonales además de los pilares verticales. En estos casos, el puente se conoce como puente de arco arriostrado en espaldera.

Los puentes de arco de acero pueden tener pasadores gigantes llamados «bisagras» en el diseño. Un puente puede tener bisagras sólo en los apoyos (cojinetes) (un puente de arco de dos bisagras).

Un puente de arco de acero también puede tener una tercera bisagra en la corona (mitad del vano), lo que lo convierte en un puente de arco de tres bisagras.

Si no hay bisagras, un puente de arco de acero se conoce como un puente de arco sin bisagras.

Puentes colgantes

Un puente colgante consiste en un tablero que se mantiene por debajo de los cables principales que se extienden sobre el tramo desde altas torres que se elevan por encima del tablero. El tablero está conectado al cable principal mediante cables de suspensión que «cuelgan» el tablero de los cables principales. Los extremos del cable principal (conocidos como tirantes) se mantienen en su lugar mediante anclajes. Los puentes colgantes suelen constar de tres vanos sujetos por el sistema de suspensión, que consiste en un vano central, flanqueado por vanos «de anclaje» o «laterales». El propio tablero se mantiene rígido ante el viento y las cargas que pasan por el puente mediante un sistema de refuerzo. El sistema de refuerzo puede adoptar la forma de varios tipos de puentes simples. En el caso de los puentes históricos, el sistema de refuerzo suele adoptar la forma de una celosía (de tipo poni, pasante o de cubierta) o de una viga (pasante o de cubierta).

Configuraciones de puentes colgantes

Un puente colgante de tres vanos, con cada uno de los tres vanos suspendidos de un cable principal es la configuración más común de un puente colgante.

Un diseño poco frecuente de puente colgante elimina el uso de grandes anclajes conectando el puente a sí mismo: los cables principales se sujetan directamente a la superestructura del puente en los extremos del mismo, formando un puente colgante autoanclado.

Algunos puentes colgantes sólo tienen un tramo de suspensión. En este caso, el cable principal se convierte en un cable de backstay sin carga que procede directamente de la parte superior de la torre hasta el anclaje. En los puentes colgantes de un solo vano, se pueden encontrar vanos de aproximación simples que soportan el tablero donde estarían los vanos laterales/de anclaje en un puente colgante de tres vanos. Esta disposición se muestra arriba.

Tipos de cables principales

El cable principal puede adoptar la forma de un cable de acero, o de una cadena de argolla. Los puentes de cadena de argolla son raros; la mayoría de los puentes colgantes utilizan alguna forma de cable de acero para el cable.

Puentes atirantados

Uno de los tipos más comunes del puente colgante básico es el puente atirantado. En un puente atirantado, los cables de suspensión individuales se conectan directamente desde la torre al tablero, sin que intervenga el cable principal de la catenaria. Los puentes atirantados suelen ser más estables que los puentes colgantes tradicionales, por lo que no suelen tener grandes cerchas y vigas de refuerzo. Los puentes atirantados pueden tener cables configurados de diversas maneras.

Configuraciones de cables

Configuraciones de torre

Doble plano vertical (paralelo): Si los cables se extienden a ambos lados del tablero desde postes dobles (un poste para cada lado del tablero), se trata de un puente atirantado de doble plano vertical.

Doble plano vertical (inclinado): En un plano vertical doble, los postes pueden estar inclinados también.

Plano vertical simple: Si los cables se extienden a ambos lados del tablero desde postes individuales en el centro del tablero, se trata de un puente atirantado de un solo plano vertical.

Puentes móviles

Muchos de los tipos de puentes descritos anteriormente pueden diseñarse junto con características mecánicas que permitan al puente despejar una vía de agua y dar paso a embarcaciones que de otro modo no cabrían debajo del puente cuando está cerrado. Estos puentes móviles se clasifican en función del diseño de las características mecánicas que permiten el movimiento del puente.

Puentes basculantes

Los puentes basculantes giran hacia arriba para abrirse a los barcos. Incluyen un contrapeso para equilibrar el vano y permitir que motores relativamente pequeños eleven la hoja grande.

Si el vano consta de dos hojas basculantes que se elevan, el puente es un basculante de doble hoja. La mayoría de los puentes basculantes de carretera son de doble hoja.

Si el vano consta de dos hojas basculantes que se elevan, el puente es basculante de doble hoja. La mayoría de los puentes basculantes de carretera son de doble hoja.

Configuraciones de puentes basculantes

Entre los tipos de puentes móviles, los puentes basculantes son los que presentan mayor variedad en su funcionamiento mecánico. Los siguientes diseños de puentes basculantes son una adaptación de los que aparecieron en el libro de J.A.L. Waddell de 1916 Bridge Engineering y, en su mayor parte, siguen siendo relevantes hoy en día, con sólo pequeños cambios de nombre y clasificación, como se indica a continuación.

Trunnion fijo (tipo Chicago): El contrapeso está fijado a la hoja y ésta gira alrededor de un muñón fijo. Utilizado por primera vez en el Tower Bridge de Londres, el diseño fue modernizado y popularizado por la ciudad de Chicago.

Scherzer Rolling Lift: Este tipo de basculante gira sobre una vía, y tiene un contrapeso fijado a la hoja. Inventado en 1893 por Albert Scherzer y popularizado por su hermano William Scherzer.

Báscula Strauss: Joseph Strauss inventó su variedad de puente basculante con muñón que destaca por tener un muñón separado para el contrapeso. Como tal, el contrapeso no está fijado a la hoja. Este diseño de contrapeso aéreo también era adaptable a un diseño en el que el contrapeso quedaba oculto bajo la calzada.

Heel-Trunnion: Esta variante del basculante Strauss destaca por su forma de paralelogramo y suele adoptar la forma vista anteriormente. El contrapeso está siempre por encima de la calzada.

Page: Un diseño basculante poco común.

Rall: Un diseño basculante poco común.

Puentes giratorios

Un tipo de puente móvil, los puentes giratorios se clasifican típicamente en dos categorías principales basadas en cómo se apoyan en el muelle giratorio como se indica a continuación. La mayoría de los puentes giratorios son simétricos (muelle central) pero si el muelle no está en el centro, entonces el puente es un puente giratorio de cola de caballo y un contrapeso de equilibrio puede estar presente en el extremo más corto.

Configuraciones de puentes giratorios

Soporte de borde: El vano se apoya en la vía circular alrededor del borde. Normalmente tiene una serie densa de numerosos rodillos alrededor de la llanta.

Soporte central: El vano se apoya en un único punto en el centro del muelle giratorio. Como tal, puede haber menos rodillos alrededor del borde, ya que sólo sirven para guiar la cercha cuando se mueve, y no son portadores de carga.

Algunos puentes giratorios están diseñados de tal manera que el muelle giratorio no está en el centro del puente, con un brazo que ofrece un tramo giratorio sobre la vía fluvial, y otro brazo más corto que tiene un contrapeso para mantener el puente equilibrado. Estos puentes se conocen como puentes giratorios de cola de caballo.

Puentes elevadores verticales

Los puentes elevadores verticales son un tipo de puente móvil que se eleva directamente para dejar espacio libre a las embarcaciones. Las dos formas más comunes utilizan torres altas que albergan contrapesos que se mueven para mantener el vano en equilibrio mientras es levantado por motores. Estos tipos de puentes levadizos verticales se clasifican en función de la ubicación de los motores.

Piezas de los puentes levadizos verticales

El diagrama anterior, creado por el famoso ingeniero de puentes levadizos verticales J. A. L. Waddell, muestra las numerosas partes de un puente levadizo vertical.

Configuraciones de los puentes elevadores verticales

Muchos puentes elevadores verticales alojan los motores en el propio vano de elevación, con una serie de cables que salen del vano y llegan a la torre para mover el contrapeso y los cables de elevación. Se denominan puentes elevadores verticales de vano y suelen ser puentes elevadores verticales más antiguos.

Otros puentes elevadores verticales alojan los motores en las torres, normalmente en la parte superior junto a las poleas. Se conocen como puentes elevadores verticales con motor de torre, y suelen ser puentes elevadores verticales más nuevos.