¿Cómo se construyen los puentes sobre el agua?

No soy diseñador de puentes, aunque a veces desearía serlo. He usado y visto muchos puentes, así que arrojaré los dos centavos de mi aficionado por lo que valen.

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Los medios y métodos de construcción de un puente dependen del tipo de puente.

Si el puente no puede atravesar el agua (generalmente no lo hace), necesitará soportes intermedios, a menudo llamados pilares . Cuando escuchas la palabra ‘muelle’ probablemente piensas en esto
pero los ingenieros cuando hablan de muelles en realidad se refieren a los soportes que sobresalen del agua. Esta es una fila de muelles.

Cabe señalar que una cubierta de puente simplemente puede flotar sobre el agua sin ningún tipo de pilares. Este es el tipo de puente más eficiente: simplemente permite que la fuerza de flotación del agua resista el peso de la cubierta del puente. Este tipo de puente se llama puente de pontones … y podría ser simplemente una línea de canoas encadenadas de extremo a extremo.

El gran problema con estos es que los pontones, las secciones flotantes, tienden a descomponerse con la exposición constante al agua y pierden su flotabilidad, el puente no tiene soporte horizontal para mantenerlo recto (se desliza sobre la superficie del agua), fuertes corrientes / Las mareas / olas son difíciles de manejar, evitan el desplazamiento de la embarcación y la superficie del puente sube y baja con el nivel del agua. Por lo tanto, los pontones no se consideran permanentes y se usan casi exclusivamente en pequeños puentes temporales (como los puentes militares de combate).
Aquí hay un tanque cruzando un puente de pontones en Irak. Este tipo de puente se construye simplemente uniendo segmentos de puentes flotantes que pueden ser traídos por camión o tanque y tirados al agua.

Para los puentes permanentes, el enfoque más común es hundir un muelle en la tierra debajo del agua, lo que permite un tramo de puente más corto. Si el agua es relativamente poco profunda, y las cargas no son demasiado grandes, las pilas individuales o un grupo de pilotes de hormigón prefabricado se pueden conducir a través del agua hacia el lecho del río. Las pilas tradicionalmente eran de madera empapada en conservantes (la creosota es común), básicamente como postes telefónicos clavados directamente en la tierra. Si bien las pilas de madera siguen siendo populares (y pueden ser bastante duraderas en condiciones anaeróbicas, algunas pilas enterradas en el lodo de Venecia en la Edad Media se conservaron casi perfectamente en el barro), las pilas redondas de hormigón se consideran más fuertes y duraderas para grandes aplicaciones como el puente muelles
Hay barcazas equipadas con pilotos de pilotes que pueden echar el ancla y clavar (martillar) un montón o un grupo de pilotes en el lodo bajo el agua. Arriba hay una imagen de un grupo de pilotes maltratados conducidos a través del lodo y hacia abajo hasta tierra firme o roca madre. Maltratado significa que las pilas se extienden ligeramente hacia afuera para garantizar mejor la estabilidad de vuelco de las pilas. Esto es especialmente importante cuando las fuertes corrientes o las posibles colisiones con embarcaciones grandes pueden comprometer un muelle.
Aquí hay algunos muelles típicos que sostienen un pequeño puente de carretera sobre un río.

En los casos de puentes grandes que requieren soportes sustanciales, se necesitan bases mucho más extensas que unas pocas pilas simples. Estos son inevitablemente cimientos de hormigón moldeados en el lugar. Hasta cierta profundidad (no estoy exactamente seguro de cuándo no son prácticos para la costa), lo que se llama ataúd puede construirse alrededor del sitio de cimentación del muelle planeado. Un cofferdam es básicamente una caja de tres o cuatro lados construida en el agua que se hace casi hermética al agua (completamente hermético es casi imposible). El agua se bombea continuamente fuera de la caja bajando el nivel del agua dentro de la caja hasta que finalmente se alcanza la tierra. Esto permite a los hombres trabajar en terreno sólido (bueno, generalmente es un desastre de barro).

Aquí hay un ataúd con un muelle parcialmente fundido que sobresale. Tenga en cuenta el nivel del agua alrededor del cofferdam.

Esas piezas de acero corrugado que ves reteniendo el agua alrededor de la ataúd se llaman tablestacas .
Aquí hay algunos tablespiles. Cada uno es conducido como una pila hacia la tierra debajo del agua. Se entrelazan para crear una pared en voladizo o una lámina de acero que sirve como presa. Para mantenerlos bien enclavados, tienen una junta deslizante.
Cuanto más profundo sea el cofferdam, más apuntalamiento se requiere para evitar que los lados colapsen hacia adentro bajo la presión hidrostática ejercida en todos los lados. El apuntalamiento describe muy ampliamente los arriostramientos, verticales u horizontales. Trabajar dentro de un ataúd es un trabajo peligroso con millones de toneladas de agua separadas del trabajador por estas delgadas pilas de chapa de acero.

En los casos en que se necesitan bases submarinas muy profundas, a veces se usa lo que se llama un cajón . Un cajón es una caja que usa presión de aire para mantener el agua afuera. Este es un trabajo extremadamente peligroso y los primeros trabajadores en cajones solo podían trabajar bajo la alta presión atmosférica por unos minutos a la vez. Si dejaran el cajón presurizado e inmediatamente retrocedieran en condiciones atmosféricas normales, desarrollarían una condición insoportable llamada ‘enfermedad de cajón’ … más tarde llamada ‘las curvas’ por los buzos que emergieron demasiado rápido.
Los cajones son raros hoy en día, pero se usaron más ampliamente hace un siglo. Los cajones se utilizaron para construir los cimientos de los muelles del puente de Brooklyn.
Este no es un trabajo que la mayoría de la gente pueda manejar hoy.

Entonces, en este punto, probablemente sienta curiosidad por la parte del puente … bueno, esa es la guinda del pastel después de todo el trabajo duro y peligroso de construir muelles adecuadamente anclados.

La construcción de la cubierta del puente depende en gran medida de los materiales y el tipo de puente.

Los dos tipos básicos de puentes son puentes de tramo autosuficientes que están hechos de elementos con suficiente rigidez y resistencia para atravesar de un muelle al siguiente y puentes de suspensión, donde la cubierta está suspendida por un cable continuo.

Los puentes tipo viga incluyen vigas de caja pretensados ​​o compuestos para puentes de tramo intermedio comúnmente vistos en pasos elevados y calzadas de carreteras, o puentes de celosía grandes donde los tramos son más largos porque un muelle no se puede hacer lo suficientemente profundo en el medio de un canal o impediría el bote navegación. Todos los puentes tienen en común el hecho de que resisten las cargas de gravedad por momentos internos de flexión o por fuerzas axiales internas en los casos de armaduras. Aquí hay un simple puente tipo viga. La viga en este caso, un tronco, tiene la resistencia adecuada para atravesar el arroyo sin la necesidad de muelles.

La segunda categoría, que es capaz de los tramos más largos, son los puentes colgantes. Puentes icónicos como el Golden Gate, el Brooklyn y el Verrazano-Narrows son todos puentes colgantes. Estos puentes se extienden a través de grandes distancias donde no sería práctico colocar muelles intermedios. La idea de usar un cable para tomar cargas de gravedad verticales y resistirlas mediante cargas laterales en cada extremo (tensión en el cable) tampoco es una idea nueva.

En un puente colgante, los pilares se completan y luego los cables se colocan sobre los pilares, se asientan y se tensan.
Deben estirarse hasta algo para mantenerse apretados, y por eso están anclados a la tierra. Finalmente, todas las cargas terminan siendo devueltas a la tierra.
La cubierta del puente se cuelga de los cables principales con cables más pequeños en segmentos manejables. Finalmente, la cubierta se vierte sobre los segmentos individuales.
Tenga en cuenta el acto de equilibrio extremadamente delicado de voladizo de la cubierta del puente de los pilares. Demasiado lejos en cualquier dirección no solo quiere hacer que el muelle se vuelque, sino que también pone tensión en el cable que intentará desestabilizar el otro muelle. No verá este tipo de puente construido de un extremo al otro. Mantener el centro de gravedad cerca de los muelles es un asunto muy precario …

En el caso de un puente de armadura, un puente de losa postesado o un puente de viga de caja, las secciones a menudo flotan hacia el puente y luego se levantan en su lugar mediante grúas en barcazas o grúas que se asientan sobre pilares.

Ocasionalmente, se utilizará un ‘apuntalamiento’ temporal para soportar un segmento de cubierta en voladizo.
Esta es la nueva cubierta del puente Bay, una viga de caja, que se ensambla en segmentos levantados del agua por una grúa y luego se apuntala temporalmente hasta que los cables de suspensión se aprietan y pueden soportar la cubierta desde arriba (en ese momento se eliminará el apuntalamiento). Lo que ves aquí en las dos imágenes de arriba es un híbrido de dos tipos diferentes de construcción de puentes. Este diseño de puente tiene un diseño de cable de suspensión exótico que no permitiría que la plataforma sea autosuficiente hasta que los cables principales estén en su lugar, lo que da como resultado la necesidad de todo este apuntalamiento. La mayoría de los puentes de vigas de caja tienen tramos relativamente cortos entre los pilares, lo que permite que los segmentos de la viga sean autosuficientes. Este nuevo diseño del puente Bay fue controvertido por su dependencia del apuntalamiento extremadamente costoso durante la construcción. Básicamente, un puente temporal tuvo que ser construido debajo del permanente durante la construcción.

Aquí hay un clip de lapso de tiempo de una sección de puente de celosía muy grande que se coloca en su lugar en un muelle que se ha ensanchado para acomodar más carriles de tráfico. Este puente, el Huey P Long en Nueva Orleans, atraviesa el río Mississippi y era notoriamente estrecho.

Incluyo algunos enlaces que encontré con una búsqueda rápida en YouTube que muestra tanto lapsos de tiempo como animaciones por computadora de la construcción de puentes. El primer enlace en particular ofrece una excelente visión general.

En general, los puentes con pilares en el agua se construyen utilizando bolsas de arena para desviar el agua de un área. Esto hace que el área se seque después de unos días. Luego, la base se coloca en la superficie y este proceso continúa para dar el número requerido de pilares de base en el lecho de agua.

Las superficies del puente se hacen en algún otro terreno plano y luego se transportan a la ubicación del puente y luego se colocan en los pilares con grúas.
Grúas puente en obra

El Boston Globe una vez imprimió algunas preguntas del examen de graduación de la escuela secundaria de Massachusetts (MCAS). Una pregunta era “¿cuál es el mejor tipo de puente para cruzar un río?” Las posibles respuestas incluyeron viga, arco, suspensión, etc. La clave de respuesta decía “suspensión”, que obviamente es incorrecta porque cada ingeniero sabe que usted elige la respuesta satisfactoria más barata, no la más elegante. La pregunta no incluía condiciones especiales como río profundo, etc. Tanto para el sentido común.

El artículo de Wikipedia sobre puentes cubre varios tipos comunes: Puente

Una viga necesita soporte solo en sus extremos, por lo que está la respuesta a la pregunta de inmediato. Otra solución es el puente colgante, es decir, un cable asegurado en sus extremos y envuelto sobre dos torres: la cubierta del puente está suspendida del cable por otros cables verticales. Una tercera solución es un arco, también desde el cual la plataforma del puente puede ser soportada por cables. Si hablamos de un tramo de agua muy amplio, entonces las torres intermedias, los soportes de los extremos de las vigas y los pies del arco deberán hundirse a mitad de la corriente.

Comprender cómo se construyen los puentes puede ser difícil y puede simplificarse. Yo tampoco soy ingeniero ni diseñador. Por lo que entiendo al mirar paalupiste.com, he llegado a comprender algunas formas de construirlo. El agua se aspira antes de que las pilas se inserten en el lecho de agua. De lo contrario, las pilas de acero se insertan en el lecho de agua, estas pilas tienen agujeros para que el agua pueda pasar. Tan pronto como alcance la profundidad deseada, se puede usar la base.