A medida que los constructores en Turquía construyen el el puente colgante de un tramo más largo del mundo a través del estrecho de Canakkale y el primer ministro del Reino Unido, Boris Johnson, espera construir un Puente y túnel de 22 millas Combinada a través de aguas tumultuosas para conectar Escocia con Irlanda del Norte, este tipo de proyectos ambiciosos plantea una pregunta crucial: ¿cuánto tiempo puede durar realmente un puente?
La respuesta no es tan directa; depende de la topografía del medio ambiente, los materiales utilizados y la tecnología disponible. Pero la longitud básica puede ser … bueno, interminable. Este es el por qué.
Llevarlo al límite
Con puentes ridículamente largos, estás hablando de la longitud total más larga del puente o del tramo individual más largo. Las únicas limitaciones para la longitud del puente provienen de la topografía; el Eyre Highway en Australia, por ejemplo, que contiene una sección de 90 millas considerada la carretera más recta y plana del mundo, podría haberse construido como un puente de 90 millas sin grandes hazañas de ingeniería. Hubiera sido un gran desperdicio de dinero elevar un puente sobre llanuras, por supuesto, pero es posible desde un punto de vista de ingeniería.
Sin embargo, para tramos individuales, tenemos varios límites, a menudo definidos por pesos de carga muerta, resistencias de alambre de acero, alturas de torres de puentes colgantes y cantidades de dinero.
Aquí es donde los ingenieros muestran su experiencia. En terminología de ingeniería, el tramo es la longitud no admitida entre las torres y los muelles, que podría ser de cientos o incluso miles de pies, dice Marwan Nader, T.Y. Lin International GroupVicepresidente senior e ingeniero en algunos de los puentes más difíciles del mundo, como el nuevo Puente del palmo este de la bahía.
El tramo individual más largo del mundo es la sección de suspensión principal de 1.2 millas que es parte de un puente de tres tramos que cruza el estrecho de Akashi en Japón. El puente Akashi-Kaikyo, que se abrió en 1998, requiere 190,000 millas de cableado de alambre, suficiente para dar la vuelta al globo siete veces. Los 6.532 pies del tramo principal del puente japonés no tendrán el récord una vez que Turquía abra su Puente Canakkale 1915 en 2022, con un tramo de 6.637 pies. Pero, ¿qué permite que estos tramos duren más?
“¿Podemos diseñar un puente”, pregunta Nader, “para resistir las cargas? Hay muchas cargas de gobierno con las que lidiamos ”. Los puentes deben ser capaces de manejar cargas sísmicas, cargas de viento (nos vemos, Tacoma Narrows), y cargas de impacto del potencial de una embarcación que golpea una torre en el agua. Pero la gravedad pura se convierte en el roce, la carga muerta del puente real.
Cuanto más largo es el lapso, más grande es la carga
El impacto del buque se trata del diseño de la torre, no de la longitud del tramo, dice Nader. Y lo extraño de las cargas sísmicas es que los puentes colgantes tienden a verse menos impactados sísmicamente cuanto más largos son, ya que naturalmente se aíslan de las fuerzas sísmicas con cuidado concentrado en frecuencias más altas.
Claro, el viento es complicado (las cargas de viento tienen mucho que ver con la rigidez del puente) y ofrecen desafíos, pero todos estos son problemas que se pueden resolver. El difícil, entonces, son las cargas muertas.
“Cuanto más largo es el lapso, más grandes son las cargas que tenemos que atravesar y, por lo tanto, viene el desafío directo”, dice Nader. “Para puentes más cortos, tal vez la carga muerta es el 50 por ciento de la carga real y la carga viva (tráfico en el puente) es otro 30 por ciento de eso. A medida que el puente se alarga, la carga muerta se vuelve 90 por ciento o más “.
Los puentes colgantes tienen la mejor capacidad de sostener tramos largos, utilizando torres súper altas, tan altas como 1,000 pies, para sostener las cubiertas de los puentes con alambre de acero. Y es ese cable, compuesto por miles de cables, el que lleva el puente. A medida que la tecnología ha mejorado en el cableado de acero, también lo han hecho los puentes.
Los primeros días del diseño del puente nos dieron cableado con fuerzas ksi (kilopolares por pulgada cuadrada) en los años 30. Luego, el acero al carbono y el acero estructural lo impulsaron a 50 ksi. La tecnología comenzó a extruir el acero de las varillas y a crear alambres extremadamente pequeños (5 milímetros de diámetro) con una resistencia que ahora ha aumentado a 285 ksi, permitiendo que decenas de miles de estos alambres súper pequeños y súper fuertes sostengan un puente enormemente pesado y largo se extiende Aún así, la resistencia a la tracción y el diámetro del cable siguen siendo los factores limitantes.
“Podemos reconocer que cuanto más largo sea el tramo, mayor será la tensión en el cable”, dice Nader. “Las limitaciones se encuentran dentro del material real disponible del que está hecho un puente colgante”.
Materiales corpulentos e ideas audaces
Si la tecnología puede cambiar la fuerza de la barra de 36 ksi a 285 ksi, ¿qué pasa si esa fuerza nos da otro 10 por ciento o más?
Los saltos más grandes en la historia en términos de tramos del puente, ya sea el Puente de Brooklyn o el Puente Golden Gate, dice Nader, vienen con aumentos en la resistencia del cable.
“El peso propio del puente comienza a conducir lo que estamos haciendo”, dice Thomas Cooper, un experto en puentes complejos con WSP. “En algún momento, estamos obteniendo materiales que no son lo suficientemente fuertes como para soportar su propio peso”.
Por supuesto, estos tramos súper largos requieren propietarios e ingenieros audaces dispuestos a arriesgarse, y fondos que aumentan exponencialmente a medida que pasan.
“En Japón, buscaron el récord mundial y lo hicieron”, dice Nader sobre el Akashi-Kaikyo. “Querían atravesar la bahía allí y era necesario, pero el desafío parecía encajar dentro de la tecnología disponible que teníamos. Potencialmente, podría desafiarse un poco más. ¿Será un 5K? [3 miles] ¿puente colgante? ¿Va a ser más que eso? En última instancia, está limitado por la fuerza de los cables “.
Los puentes colgantes usan anclajes para soportar la carga de los cables, que son soportados por torres, mientras que los puentes de cable usan las torres para soportar las cargas. Entonces, si bien un puente de cable puede ser la opción más económica para tramos más pequeños porque requieren menos infraestructura y acero, a menudo no pueden soportar la carga de los tramos súper largos, lo que hace que un puente colgante sea el tramo de elección debido a La fuerza de los puntos de anclaje en tierra. Un diseño híbrido puede combinar ambos estilos en un solo puente, aportando múltiples puntos de beneficio.
Los súper puentes del futuro
Para ir más lejos, Cooper dice que la idea híbrida permite la mejor solución, especialmente a medida que la tecnología avanza en materiales y aceros. Y puede haber más tecnología en camino a medida que el terreno juega un papel importante. Cooper cita puentes en los cañones nórdicos que tienen agua que fluye a través de áreas donde los cimientos de las torres pueden necesitar caer 3 millas en el fondo del cañón, lo que requiere el uso de tecnología de la industria petrolera en alta mar para hacerlo posible. “Esos son tramos realmente largos en condiciones bastante extremas que intentan incorporar tecnología desarrollada en otras industrias”, dice Cooper.
“No sé si diríamos que algo no es posible, solo porque ciertamente algo como 100 millas parecería bastante ridículo”, continúa, “pero en los últimos doscientos años hemos pasado de varios cientos de pies a miles de pies de luz. La idea de que puedes tener un tramo de 3 millas de largo parece ridícula, pero está ahí afuera. Se necesita esta extraña combinación de alguien que tiene visión y alguien que tiene capacidad técnica “.
Junto con las 3 millas Estrecho de cruce de Gibraltar que T.Y. Lin planteó la hipótesis en la década de 1980, Nader cree que un puente de suspensión híbrido con nuevos materiales en una longitud de hasta 6 millas “se podrá lograr en un futuro no muy lejano”.
El puente más largo del mundo cubre 34 millas en Tailandia. los Bang Na Expressway, que abrió en 2000, se cierne sobre una carretera y está destinado a reducir el tráfico. Mientras tanto, el Puente de la bahía de Jiaozhou Se inauguró en China en 2011 como el puente de ultramar más largo, que abarca 26 millas. Estos puentes súper largos son posible, incluso a través de la ingeniería básica, cuando las condiciones ambientales lo permitan.
Pero se hace mucho más difícil construir puentes como el que Boris Johnson imagina a través del Mar de Moyle cuando la profundidad del suelo cae tan profundo que el puente ahora requiere múltiples estilos de construcción, ya no solo la facilidad de un estilo de viga de caja, sino que se mezcla con El puente colgante se extiende por alturas de torre sin precedentes debido a la profundidad del fondo del océano.
Y luego está la preocupación psicológica de ir por mucho tiempo. Si bien puede ser un lapso tras otro desde una perspectiva de ingeniería, Cooper se pregunta si la gente realmente usaría un puente de longitud extrema.
“Si vas a estar en un puente por 50 millas”, dice, “¿te sentirás cómodo con eso? ¿Es económicamente factible? Tiene un aspecto completamente diferente “.
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