El diseño tradicional de un puente incorpora arcos debido a la cantidad de fuerza que ofrece este diseño. Puedes encontrar ejemplos que tienen más de 2.000 años gracias a los ambiciosos esfuerzos del Imperio Romano. Las estructuras de varios niveles, incluidos los acueductos, utilizaron este diseño como una forma de transportar personas, materiales o suministros a una comunidad.
Cuando miras la historia del arco en sí, hay evidencia de que los egipcios descubrieron las ventajas de este diseño hace más de 5,000 años. Su versatilidad ha sido durante mucho tiempo parte de la cultura humana. Solo tiene sentido incluirlo con un puente porque ofrece dos pilares robustos que sirven como puntos de presión base para el tramo. Recibirá una mayor resistencia y flexibilidad en comparación con otras opciones de diseño debido a esta característica.
A medida que las fuerzas en el arco se trasladan al suelo, empujará hacia afuera en la base. Este empuje aumenta a medida que disminuye la altura del arco. Es por eso que la forma de compresión suave es una forma tan efectiva de crear estructuras de soporte.
Lista de las ventajas de los puentes en arco
1. Hay varias opciones de diseño entre las que elegir.
Hay tres configuraciones comunes de arco verdadero que encontrará con los puentes en la actualidad: arcos fijos, arcos de dos bisagras y arcos de 3 bisagras. El primero se utiliza con mayor frecuencia cuando se construye un puente de hormigón armado, pero también es útil para los momentos en que podría ser necesario un túnel. Es más eficaz cuando los tramos son cortos.
El arco de dos bisagras es útil para vanos más largos, ya que ofrece conexiones con pasadores en la base que proporcionan rotación. Este diseño le da a la estructura espacio para moverse durante la contracción y expansión térmica. En cuanto al arco de tres bisagras, proporciona una conexión adicional en la mitad del tramo para que la estructura pueda moverse en direcciones opuestas para tener en cuenta los cambios de temperatura.
2. Puede abarcar una distancia mayor cuando utilice el diseño de arco para un puente.
Cuando hay una distancia significativa para abarcar con un puente, entonces el diseño del arco es el que los ingenieros suelen usar debido a las ventajas de resistencia y flexibilidad que vienen con esta opción. Se desplaza más entre dos puntos de apoyo que una viga recta debido a cómo se gestionan las tensiones hacia abajo con esta opción. Esto no solo significa que puede crear una plataforma más larga, sino que también significa que hay más resistencia horizontal para soportar cargas más pesadas.
El puente Rossgraben que está cerca de Berna, Suiza, es un excelente ejemplo de esta ventaja. Incluso con el diseño de tres bisagras, proporciona una distancia de longitud media que reduce la necesidad de pilares de soporte.
3. Existe un mayor nivel de resistencia disponible con un puente de arco.
La curvatura del diseño del puente en arco le da a la plataforma y a la estructura general más resistencia que la que pueden brindar las opciones alternativas. Si algo pesado viajara a través del puente, entonces el peso modificará el puente con una fuerza de hundimiento hacia abajo. Debido a que las dos columnas de soporte permiten que el peso se transfiera a lo largo de la totalidad de la estructura con consistencia, hay menos tensión sobre la estructura con el tiempo. Eso significa que las comunidades tienen menos problemas con el desgaste que manejar, ya que el desplazamiento igual asegura que el puente maneje los cambios térmicos y de usuario de manera efectiva.
4. Es posible crear un puente en arco con casi cualquier material.
Cuando observamos los puentes de arco típicos que se construyen hoy en día, la mayoría de ellos están hechos de hormigón, acero, aluminio o una combinación de esos materiales. Si observa las antiguas reliquias que dejaron los romanos con esta construcción, verá que incluso la piedra tiene la capacidad de durar mucho tiempo cuando se construye una propiedad. Incluso estamos usando algunas de estas viejas estructuras todavía hoy, como en la construcción del Pula Arena en Croacia.
La arena fue construida en el siglo I y es una de las estructuras supervivientes más grandes de su tipo en el mundo. Ofrece dos pisos de arcos construidos con piedra que continúa albergando conciertos, festivales de cine e incluso dos juegos de hockey profesional a lo largo de los años.
5. Los arcos se adaptan al entorno local mejor que otros diseños.
Los romanos comenzaron a construir arcos después de perfeccionar el diseño porque se dieron cuenta de que la estructura podía resistir el entorno natural mejor que los pilares o estribos tradicionales que se usaban durante esa época. Es una ventaja de los puentes de arco que todavía existe hoy. Incluso cuando observa las ventajas del diseño semicircular, verá esta ventaja, aunque los arcos segmentados son más efectivos.
Esta fuerza significa que el puente puede resistir desastres naturales, como terremotos o inundaciones, con mayor certeza. También puede obtener la ventaja de la distancia con el tramo con esta opción. Es por eso que hay más de 1,000 estructuras antiguas en total en más de 25 países que todavía están en pie hoy a pesar de tener más de 2,000 años.
6. El diseño del arco de un puente puede hacerse más fuerte a medida que envejece.
El diseño del arco para un puente ya es naturalmente fuerte, por lo que es una opción tan popular para tramos altos y largos. A medida que la estructura comienza a pasar por el proceso de envejecimiento, este diseño de puente comienza a fortalecerse. Esto se debe a que la compresión que se coloca a cada lado comenzará a aplanar un poco el arco, creando una forma de U con menos redondeo. Este proceso ayuda a distribuir mejor el peso del tablero a los estribos mientras proporciona más estabilidad en la superficie de cruce.
La única forma en que un puente moderno no experimenta esta ventaja es si la estructura está hecha de materiales inferiores. El concreto no envejece tan bien como el puente, por lo que puede ser necesario un mantenimiento continuo para garantizar que la integridad estructural permanezca intacta.
7. Hay menos distorsiones de las que preocuparse con un puente de arco.
Uno de los problemas que enfrentan otros diseños de puentes es una distorsión de los pilares de soporte con el tiempo debido a cómo la carga atraviesa la plataforma. Cuando se aplica fuerza hacia abajo a un arco, se obtiene una mejor igualdad en el proceso debido al efecto de transferencia que existe. Esta ventaja puede reducir los costos de mantenimiento continuo que enfrenta una comunidad al decidir sobre este diseño.
8. Es posible una variedad de formas con el diseño del arco.
Debido a que la forma del arco es tan efectiva para soportar cargas y distancias de extensión, hay una variedad de formas que son posibles para la construcción del puente. Eso significa que los ingenieros tienen más flexibilidad disponible cuando piensan en la estética general de la estructura. Puede optar por un diseño más ligero y delgado con un arco de celosía si lo desea. Los romanos solían utilizar arcos de mampostería porque podían apilarse para proporcionar más altura para manejar vanos difíciles.
Los diseños de puentes también pueden usar puntos equiláteros, herraduras, tréboles, elementos de diseño parabólicos, triangulares, elípticos y Tudor para crear un resultado final que sea útil y estéticamente hermoso al mismo tiempo.
9. Varios arcos pueden trabajar juntos para crear estabilidad.
El puente Juscelino Kubitschek sobre el lago Paranoa en Brasil es un excelente ejemplo de esta ventaja. Cuenta con un diseño de tres arcos con cables de soporte que transportan a los conductores de manera segura sobre el agua. Cada uno está ligado al otro para crear más estabilidad al mismo tiempo que fomenta una plataforma sólida que pueda manejar niveles significativos de tráfico vehicular. Siempre que tenga un tramo despejado, una elevación constante y una dovela que funcione con los otros segmentos curvos de la estructura, tendrá un diseño de puente inmediatamente fuerte que puede manejar la mayoría de las condiciones ambientales.
Lista de las desventajas de los puentes en arco
1. Los puentes de arco proporcionan un tramo finito con cada juego de pilares.
Puede cubrir un tramo indefinido con un puente de arco si lo desea, pero hay una trampa en ese proceso. Deberá utilizar varios arcos dentro del diseño para que eso suceda. Es por eso que verá el diseño de apilamiento utilizado en las antiguas estructuras romanas que todavía están en pie hoy en día, generalmente de 2 a 3 pisos de apoyo. Si aumenta la longitud del puente, debe agregar más arcos.
Si los extremos de un arco están demasiado separados entre sí, los beneficios de la transferencia de peso desaparecen con este diseño. Siempre que se agrega tensión y radio a este elemento de diseño, la estructura se debilita.
2. Es una opción de diseño que requiere una mano experimentada.
Si se le da suficiente tiempo y recursos, cualquiera puede construir un puente que pueda cruzar de manera efectiva casi cualquier tramo. Puede ser un simple tronco o una tabla que atraviesa un arroyo, o podría ser el puente más largo del mundo. Al utilizar este diseño, debe haber una comprensión de las presiones interiores y exteriores que deben soportar los pilares. También debe poner suficiente fuerza en los materiales y procesos de soporte para que ocurra suficiente transferencia.
Los constructores y diseñadores deben tener habilidades sólidas en lectura de planos, comprensión geológica de la región, matemáticas y arquitectura para un proceso exitoso de construcción de puentes. Si falta alguno de estos componentes vitales, puede provocar una falla prematura de la estructura, una desventaja que podría tener consecuencias potencialmente mortales.
3. El arco debe ser perfecto para que el diseño del puente sea el adecuado.
Si las estructuras de soporte del puente no están en perfecta alineación con el diseño del arco, entonces es imposible colocar la piedra angular con precisión. Cuando ocurre este problema, la distribución del peso hacia los pilares ya no está equilibrada. Incluso cuando se tiene en cuenta la resistencia de los materiales de construcción modernos en este proceso, solo se necesita una fracción de centímetro para estar fuera para aumentar el riesgo de falla del puente. Las discrepancias son casi demasiado difíciles de superar cuando hay un error en el proceso de construcción.
4. Los puentes en arco a veces pueden tener demasiada flexibilidad.
Cuando observa el diseño de dos o tres bisagras para un puente de arco, la ventaja del movimiento puede ser un gran beneficio para las comunidades que viven en áreas donde el cambio térmico es frecuente y significativo. También hay ocasiones en las que el movimiento o la flexibilidad del arco pueden ser demasiado para que la plataforma los maneje. Cuando se permite demasiado movimiento, especialmente en diferentes direcciones simultáneas, esta desventaja puede llevar a la falla total de un puente en arco.
5. Algunos puentes pueden requerir soportes laterales adicionales para administrar la plataforma.
El puente de arco promedio requiere más soportes laterales que otros diseños debido a la naturaleza de asentamiento y movimiento que ocurre con esta estructura. No es inusual que se necesiten soportes artificiales si los soportes de los extremos naturales no son lo suficientemente fuertes para ayudar al diseño. Esta desventaja es la razón por la que algunas ubicaciones utilizan pilares o alguna otra forma de soporte. El soporte artificial solo puede proporcionar una cantidad finita de resistencia, que puede no ser suficiente para alcanzar las tolerancias de peso necesarias para el próximo diseño del puente.
6. Los puentes en arco no son adecuados para algunos lugares.
Debe haber soportes sólidos y estables a ambos lados de un puente en arco para que pueda soportar una plataforma de cualquier tipo. Si esta opción no está disponible para una comunidad, no hay forma de replicar el resultado. Debe tener dos puntos de ubicación que tengan éxito en su soporte, incluso para un tramo pequeño, para que este elemento de diseño tenga éxito. Los materiales modernos como el acero pueden soportar más tensión y estrés, por lo que hay más opciones de ubicación a considerar, pero no puede tener un puente de un solo lado.
Si necesita un intervalo más largo, debe tener varios puntos de distribución. Es por eso que el puente de arco más largo del mundo hoy en día es el puente Chaotianmen sobre el río Yangtze, a solo 1,814 pies. Los diseños modernos pueden extenderse por más de 30 millas sobre el agua.
7. Los puentes en arco normalmente necesitan niveles más altos de mantenimiento continuo.
El puente de arco promedio debe recibir un mantenimiento continuo para garantizar que los soportes distribuyan el peso a los pilares como deberían. Eso significa que debe haber inspecciones frecuentes del tramo a medida que la estructura envejece para garantizar que no se debilite con el tiempo. Los puntos de desgaste son comunes, incluso con materiales fuertes como el acero, por lo que una intervención temprana a menudo puede conducir a reparaciones y al uso continuo de la estructura.
Si una comunidad no realiza controles regulares de su puente, podría provocar una falla catastrófica. Uno de los ejemplos más famosos de este problema fue el Puente de la Luna de Miel que conecta los lados estadounidense y canadiense de las Cataratas del Niágara. Se derrumbó en 1938 porque una tormenta de viento repentina envió 100 pies de hielo para empujar contra el puente, cambiando el desplazamiento del peso para que eventualmente cediera.
8. La construcción de un puente en arco puede llevar más tiempo en comparación con otros diseños.
Debido al nivel de especificidad que es necesario para completar un puente en arco, puede llevar más tiempo terminar un proyecto como este en comparación con otros diseños. La construcción de esta estructura puede llevar hasta el triple del tiempo, que puede no estar disponible para algunas comunidades si se necesita un tramo de inmediato. Esta desventaja también es la razón por la que el costo de construcción es mucho más alto con un diseño basado en arcos, ya que el proyecto implica más mano de obra.
Incluso si el gobierno federal subsidiara algunos de estos costos para los estados de los EE. UU., El riesgo de sobrecostos en el tiempo y los costos es significativo cuando se mira el diseño del arco en comparación con las otras opciones que podrían estar disponibles.
Veredicto sobre las ventajas y desventajas de los puentes en arco
Los puentes en arco son uno de los diseños más efectivos que los humanos han inventado en la historia. Seguimos utilizando esta opción todavía hoy, incluso con materiales modernos como el acero y el hormigón, debido a la tremenda resistencia y flexibilidad que proporciona sin un aumento en el riesgo de falla.
Cada arco tiene una longitud máxima y un límite que puede soportar. Los ingenieros deben reconocer estos conceptos en la fase de diseño para garantizar que la estructura pueda ofrecer las ventajas de la longevidad. Luego, los contratistas que son responsables de la finalización del puente deben seguir esos planes con precisión para garantizar un resultado positivo.
Las ventajas y desventajas de los puentes en arco son esenciales a tener en cuenta al construir un tramo para viajar. Esta información se puede aplicar a otras áreas de la vida, como la construcción de un techo o la instalación de una ventana, porque las fuerzas descendentes son esenciales, las mismas en cada escenario.
