Puente levadizo

Antecedentes

Un puente sobre una vía navegable debe permitir que los barcos y los barcos se crucen en su camino, generalmente siendo lo suficientemente alto como para permitirles navegar por debajo. A veces no es práctico construir un puente lo suficientemente alto; por ejemplo, puede subir demasiado o bloquear la vista de un hito importante. En tales casos, el puente puede diseñarse de modo que pueda apartarse fácilmente del camino para embarcaciones que son demasiado grandes para navegar debajo de él.

El tipo de puente móvil que la mayoría de la gente considera un puente levadizo es similar a los que atravesaban los fosos de los castillos medievales. Técnicamente llamados "puentes basculantes" de la palabra francesa para balancín, pueden abrirse en un extremo y levantarse hacia un lado (hoja única) o abrirse por el medio y levantarse hacia ambos lados (hoja doble). Otro tipo común de puente móvil es el tramo de elevación vertical, en el que la sección móvil se apoya en ambos extremos y se eleva verticalmente como un ascensor. Los puentes retráctiles están hechos de modo que el tramo móvil se deslice hacia atrás por debajo de una sección adyacente del puente. Los puentes giratorios se apoyan en pivotes verticales y el tramo móvil gira horizontalmente para abrir el puente.

Los puentes móviles son relativamente raros porque son más caros de operar y mantener que los puentes estacionarios. También impiden el tráfico, en el agua cuando están cerrados y en la calzada o vía férrea cuando están abiertos. De los 770 puentes de los que es responsable el Departamento de Transporte de la Ciudad de Nueva York, 25 son puentes móviles, incluido al menos uno de cada uno de los cuatro tipos definidos anteriormente.

Historial

Se construyeron algunos puentes levadizos antiguos, incluido uno hace 4.000 años en Egipto y otro hace 2.600 años en el reino caldeo de Oriente Medio. Pero no se usaron comúnmente hasta la Edad Media europea. A finales del siglo XV, Leonardo da Vinci no solo estaba diseñando y construyendo puentes basculantes, sino también dibujando planos y construyendo modelos a escala para un puente giratorio y un puente retráctil.

La era moderna de la construcción de puentes móviles comenzó a mediados del siglo XIX tras el desarrollo de procesos para la producción masiva de acero. Las vigas de acero son ligeras y fuertes, los cojinetes de acero son duraderos y los motores de acero son potentes.

Muchos de los puentes móviles que se utilizan actualmente en los Estados Unidos se construyeron a principios del siglo XX. A medida que se renuevan o reemplazan, se pueden realizar dos tipos de mejoras. En primer lugar, las técnicas de diseño más sofisticadas y los materiales más resistentes y ligeros permiten construir nuevos puentes por encima del agua. Esto significa que los barcos más grandes pueden navegar debajo de ellos; en consecuencia, no es necesario abrirlos con tanta frecuencia. Algunos reemplazos modernos deben abrirse solo entre un cuarto y un tercio de la frecuencia con que lo hicieron sus predecesores. En segundo lugar, algunos puentes nuevos se operan hidráulicamente en lugar de impulsarse con mecanismos de engranajes.

Materias primas

Los puentes levadizos están hechos principalmente de hormigón y acero. Se utilizaron 7500 toneladas cortas (6,804 toneladas métricas) de acero estructural y 150,000 toneladas cortas (13,6080 toneladas métricas) de concreto en el Puente Casco Bay. Un puente levadizo típico. en Portland, Maine; tiene una abertura de 360 ​​pies (10 nm) de altura y se completó en 1997.

Diseño

Cada puente levadizo es una estructura única diseñada para su ubicación particular y sus necesidades de tráfico. Hay al menos media docena de conceptos de diseño diferentes, pero el más común es el tipo basculante. En los puentes basculantes de dos hojas o de cuatro hojas (un puente de dos hojas con hojas separadas para cada sentido de circulación de vehículos), cada hoja se puede subir y bajar de forma independiente.

La energía necesaria para subir y bajar las hojas basculantes se reduce considerablemente al contrarrestar cada hoja con un peso compacto en el lado opuesto del eje de pivote (muñón). En varios diseños de basculante, este contrapeso puede ubicarse por encima de la calzada y permitir que pivote debajo de la calzada a medida que se eleva el puente, o puede ubicarse debajo de la calzada y permitir que descienda a un nivel del sótano (a menudo muy por debajo de la línea de flotación) como el puente se abre. El contrapeso es una caja de hormigón maciza que contiene cámaras en las que se pueden insertar varillas metálicas pesadas para cambiar el peso y su distribución. Puede estar ubicado junto al muñón o, para un mayor apalancamiento, retroceder unos pocos metros (metros). Por ejemplo, cada par de hojas de 500 toneladas (450 toneladas métricas) en el puente Casco Bay se equilibra con un contrapeso de 800 toneladas (720 toneladas métricas).

Además de las hojas y los contrapesos, los otros elementos principales de un puente basculante son el muñón y el mecanismo de elevación. Se puede utilizar un solo muñón de acero de hasta 10 pies (3 m) de diámetro y 65 pies (20 m) de longitud o más para una hoja del tramo móvil; o se puede usar un muñón corto separado para cada lado de cada hoja. El mecanismo de elevación suele ser una disposición de engranajes de piñón y cremallera accionada por motores eléctricos.

El proceso de fabricación

Aunque cada instalación es diferente, la siguiente es una descripción genérica de la construcción de un puente basculante.

Muelles

• 1 Si los pilares de soporte basculantes se ubicarán en el agua, se construirá una ataguía alrededor del sitio para cada muelle. Los paneles de acero se bajan al agua y se introducen en el lecho del río para formar una caja. Una excavadora de conchas A. Pozo basculante. B. Sistema de guardabarros. C. Puente muelle. elimina la tierra dentro de la ataguía. Los pilotes se insertan profundamente en el lecho del río para soportar el gran peso del muelle y las hojas basculantes. Se pueden hincar pilotes de acero o se pueden verter pilotes de hormigón armado en los orificios perforados. El fondo de la ataguía está sellado con una capa de hormigón. El agua se bombea fuera de la ataguía para proporcionar un área seca para la construcción del muelle.
• Se construyen 2 encofrados para dar forma a los pilares de hormigón. Las barras de acero (barras de refuerzo) se unen para hacer una jaula de refuerzo cuidadosamente diseñada para el interior del muelle. La jaula de barras de refuerzo se baja a su posición dentro de los encofrados. Las formas están rellenas de hormigón. Cuando el hormigón se ha endurecido, se eliminan las formas. Alrededor de la línea de flotación, se puede unir al muelle una capa protectora de un material resistente a la erosión, como el granito. Se quita la ataguía.
• 3 Se puede construir una defensa alrededor del muelle para protegerlo de ser golpeado por barcos errantes. Por ejemplo, en el Puente Casco, se erigieron grandes cilindros de hormigón corriente arriba y corriente abajo de cada muelle para soportar los extremos de una defensa de acero. El guardabarros estaba revestido con plástico resbaladizo para desviar impactos menores. Bajo impactos más fuertes, el guardabarros puede desviarse contra los parachoques de goma y, si es necesario, contra cajas de hormigón huecas y triturables que evitarían que el impacto dañe el muelle en sí.

Hojas basculantes

• 4 Uno o más muñones están montados sobre soportes dentro del pilar.
• 5 Se construye un contrapeso y se coloca dentro del muelle.
• 6 En el muelle se instalan transmisiones de engranajes y / o mecanismos de elevación hidráulica.
• 7 Se construyen dos vigas laterales para la sección del talón de cada hoja del puente. Un cojinete de muñón está montado en una abertura en cada viga. La viga puede estar equipada con engranajes que se acoplarán al mecanismo de elevación, o puede estar equipada con paletas contra las que pueden empujar los cilindros hidráulicos.
• 8 Las dos vigas laterales se levantan en el muelle y se deslizan sobre los extremos del muñón. La sección del talón se completa con un travesaño que conecta las dos vigas laterales. El contrapeso está unido a la sección del talón.
• 9 Se pueden izar vigas longitudinales adicionales a su posición entre las vigas laterales y unirlas a la sección del talón. Se colocan tirantes de acero entre las vigas laterales y cualquier otra viga longitudinal. A medida que se agregan piezas a la hoja, también se debe agregar una cantidad adecuada de peso al contrapeso para mantener la estabilidad. Esto es particularmente importante si el puente se está construyendo en la posición cerrada y debe abrirse durante la construcción para permitir el paso del tráfico marítimo.
• 10 La hoja se completa colocando una sección de punta que conecta las vigas laterales (y las vigas longitudinales) en el extremo opuesto al talón. Los dispositivos llamados cerraduras de tramo están montados en las puntas de las hojas para conectar las hojas opuestas cuando el puente está abajo, de modo que los vehículos que circulan por el puente no hagan que las hojas reboten. Cerraduras adicionales pueden asegurar las hojas en su posición abierta para que el viento no las fuerce a bajar.

Finalizando

• 11 Los paneles de la plataforma de rejilla de acero se instalan encima de la hoja. A veces se agrega una fina superficie de concreto.
• 12 El equilibrio final se logra colocando varillas pesadas de hierro, acero o plomo en los compartimentos correctos del contrapeso. Cuando está debidamente equilibrada, la hoja es un poco más pesada que el contrapeso, por lo que la gravedad baja (cierra) suavemente el puente.

Ajustes en curso

Durante la vida útil del puente, se deben realizar ajustes de contrapeso. Los ajustes a corto plazo compensan la acumulación de hielo o nieve, por ejemplo. Los ajustes a largo plazo equilibran los cambios en el peso de las hojas debido a actividades como repavimentación o pintura. Cuando el puente High Street de 250 pies (75 m) de largo en el condado de Alameda, California, fue remodelado en 1996, se quitaron 25,000 libras (11,000 kg) de pintura e imprimador de sus dos hojas basculantes. Los contrapesos tuvieron que ajustarse antes y después de repintar el vano.

Un ejemplo dramático de la necesidad de mantener un contrapeso adecuado lo demostró un accidente en el puente Michigan Avenue Bridge de Chicago el 20 de septiembre de 1992. El puente basculante de dos niveles y dos hojas estaba siendo reparado y el pavimento de concreto había sido quitado. tanto la cubierta superior como la inferior. Una gran grúa estaba estacionada detrás del muñón de una hoja, justo encima de un contrapeso que no se había aligerado para compensar la remoción del pavimento. Es posible que las cerraduras de seguridad también se hayan enganchado incorrectamente o estén defectuosas. El lado opuesto del puente se abrió para permitir que pasara un bote. Cuando se cerró y se acopló con el lado que había quedado hacia abajo, la mitad estática se sacudió lo suficiente como para liberar su energía desequilibrada. La hoja "brotó sin previo aviso, como una catapulta gigantesca, arrojando equipos y escombros a cientos de pies a través de Wacker Drive hacia autobuses, automóviles y tráfico de peatones", según un análisis en el Journal of the American Society of Mechanical Engineers. . El artículo continuaba, "La rápida rotación del puente lo arrancó de sus cojinetes de muñón y todo el tramo se estrelló contra el fondo del pozo de contrapeso". Seis personas resultaron heridas cuando salían de un autobús golpeado por escombros voladores, y la ventana trasera de un automóvil ocupado fue aplastada por la bola de demolición unida a la grúa al caer del puente.

El futuro

Hay dos categorías de innovaciones en puentes móviles. Los refinamientos de los diseños tradicionales incluyen minimizar la construcción de grandes pozos sumergidos para recibir contrapesos cuando el puente está abierto. Por ejemplo, el puente 17th Street Causeway Bridge en Fort Lauderdale, Florida, iniciado en 1998, permite que los contrapesos compactos se balanceen dentro de los pilares de soporte en forma de V en lugar de bajar a los sótanos debajo de pilares voluminosos. El puente South Eighth Street Bridge en Sheboygan, Wisconsin, terminado en 1995, funciona sin ningún contrapeso a pesar de su plataforma de hormigón armado comparativamente pesada. En lugar de ser impulsada por engranajes, la basculante de una sola hoja de 82 pies (25 ni) de largo se mueve mediante un potente sistema hidráulico.

Otras innovaciones de puentes móviles introducen conceptos completamente nuevos. Por ejemplo, el Puente del Milenio Báltico en Gateshead, Inglaterra (que se abrirá al público en 2001), consta de dos arcos parabólicos conectados por una serie de cables paralelos. Cuando el puente está cerrado, un arco es horizontal y el otro es vertical. El puente se abre girando verticalmente como una unidad completa, levantando el arco horizontal y bajando el vertical hasta que ambos descansen aproximadamente 45 ° y 164 pies (50 m) sobre la superficie del agua. La estructura de acero y aluminio está diseñada para transportar el tráfico de peatones y bicicletas a través del río Tyne de 410 pies (125 m) de ancho.