Puentes colgantes (I): una introducción

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«El puente colgante
En lo alto y en todas direcciones
Balancea la lluvia fresca»
Masaoka Shiki (1867 –1902), poeta, crítico literario y periodista japonés

 

Una escena habitual en las películas de aventuras es aquella en la que el intrépido héroe huye —por lo general de una tribu bastante hostil— hasta un barranco, al que finalmente salta entre una lluvia de flechas y lanzas para alcanzar con éxito el exiguo río que circula decenas de metros más abajo. En otras ocasiones, la persecución le dirige hacia otro punto del ineludible precipicio en el que éste es salvado por una pasarela de lianas, siempre a punto de desmoronarse, que milagrosamente soporta el peso del protagonista (no sin algún que otro susto) pero, cuando los villanos intentan seguir sus pasos, se viene abajo en un gran ejemplo de obsolescencia programada.

Indiana Jones y el templo maldito: estar rodeado de enemigos en un puente de lianas y la chica raptada por el malo es lo que Indy llama «una tarde movidita»

Bromas y tropes cinematográficos aparte (aunque salpicaremos el artículo con otras imágenes de películas), realmente estas pasarelas de lianas o cuerdas, el origen de los puentes colgantes que conocemos hoy en día, se han encontrado en distintas civilizaciones primitivas de un extremo a otro del planeta porque es una de las estructuras más eficientes y relativamente sencillas de ejecutar, comparada con las alternativas; para una cultura tecnológicamente atrasada, un accidente natural se podía salvar colocando un objeto apropiado (por ejemplo, un tronco de árbol o una roca), pero esta operación tenía dos claras limitaciones: la longitud del objeto y las operaciones necesarias para colocar el mismo en su posición definitiva. Y la ejecución de estructuras en arco exigía conocimientos técnicos fuera del alcance de la mayoría de estas comunidades.

Genealogía-ficción de los puentes colgantes

Probablemente, el primer proto-puente colgante artificial consistió en atar una cuerda resistente a una piedra o a una flecha para lanzarla al otro lado de un valle estrecho, amarrarla firmemente en cada margen y después animar a la gente a pasar por sus propios medios: a pulso o caminando sobre la cuerda (1).

Aunque esa es la configuración más sencilla porque solo necesitaban pasar una cuerda de un lado a otro del accidente geográfico, la verdad es que cruzar así es una opción bastante incómoda si no eres un agente secreto en misión especial, por lo que en algún momento alguien tuvo la idea de tender dos cuerdas en paralelo, unidas a su vez con otras cuerdas o tablas para conformar una superficie transitable. En cierto modo, esta opción es mejor que la inicial pero exige tener cierto equilibrio para mantener la verticalidad frente a las oscilaciones que se generan al caminar sobre él. Un ejemplo de la inestabilidad de un puente configurado así es la prueba de Humor Amarillo que se llamaba «Los Cañones de Nakasone»… obviando los balonazos, evidentemente.

Así que para evitar el balanceo y protegerse de una eventual caída, alguien decidió colocar tres cuerdas unidas entre sí con otras hasta crear una sección con forma de V, de tal forma que las dos superiores hacían de barandilla y la inferior, de zona de paso. Las oscilaciones se atenuaban al ser ésta una sección más estable (y en principio más resistente, por tener tres cuerdas de sostenimiento), pero surgían otra clase de problemas, como que era muy difícil transportar algún tipo de carga pesada porque se necesitaba al menos una mano para agarrarse a la barandilla o que al cruzarlo se tenía la sensación de ser un funámbulo con ruedines.

La tipología con dos cuerdas ofrecía una superficie transitable relativamente cómoda y la de tres cuerdas dotaba a la estructura de más estabilidad, por lo que la combinación de ambas parecía la solución más adecuada. Dicho y hecho: se pasó a una sección en forma de U, con dos cuerdas a modo de barandilla unidas a otras dos que formaban el rudimentario tablero. Y, por supuesto, cuatro cuerdas dieron más resistencia a la sección. Esta misma sección en U se podía reforzar con más cuerdas intermedias, ya sea para permitir más carga o más distancia entre apoyos.

Lost: en otro de los grandes misterios de La Isla, Hurley (que estaba fuertecito), pasaba sin problemas por una pasarela que tenía una sección en L porque le faltaba una barandilla. Acto seguido, Charlie, que pesaba la mitad, la hundía

Pero las cuerdas se deterioraban con el paso del tiempo tanto por el uso como por fenómenos meteorológicos, obligando a sustituirlas preferentemente antes de que alguien se cayera al vacío. Así surgió la idea de sustituir las cuerdas de fibras vegetales por cadenas formadas de eslabones metálicos, que además de aportar durabilidad a la estructura permitían salvar luces cada vez mayores.

Llegado cierto momento esta solución dejó de ser funcional, porque un tablero que describiera la caprichosa curva que trazaban estos puentes hacía que las pendientes dificultaran el tránsito de carruajes. De esta forma se llegó a la configuración de puente colgante propiamente dicho, ya que desde las cuerdas o cadenas se colgaba un tablero que permitía el tráfico rodado de forma más cómoda.

Finalmente, cuando la metalurgia avanzó lo suficiente, se sustituyeron las cadenas por cables de acero cada vez más perfeccionados (tanto en composición como en puesta en obra) hasta llegar a ejecutar hoy en día puentes con vanos kilométricos.

Esta hubiera sido una teoría evolutiva bastante plausible de la génesis de los puentes colgantes, pero en realidad no se tiene ninguna certeza de que haya dado en ese orden. Por ejemplo, los puentes de cuerdas que fascinaron a los colonizadores españoles del Nuevo Mundo, como el que salva el río Apurimac en Perú (con un vano de 45 metros), se estima que tuvieron su origen en torno al siglo XIII… y por otro lado, está documentado que ya existía en China un puente colgante de cadenas de 75 metros de luz ¡¡ en el siglo I !! ¿Qué tienen de especial estas estructuras para que aparezca en distintos momentos de la Historia en lugares tan distantes como tribus de Oceanía, en gargantas de Bután, sobre caudalosos ríos africanos o uniendo poblaciones incas?

Los intríngulis estructurales de los puentes colgantes

Como decíamos ayer, si un cable está sometido únicamente a su propio peso y es sostenido de sus extremos, adopta la forma de una catenaria. Ahora bien, si suponemos que un cable no tiene masa y colgamos de él una carga uniformemente repartida, el cable describe una parábola de segundo grado. En un puente colgante se solapan ambas figuras porque los cables han de soportar su peso propio y el tablero o superficie de paso. Es importante destacar que los cables, al carecer de rigidez a flexión, adquieren por sí mismos la figura geométrica que le hace estar en equilibrio, que en este caso es además su funicular de cargas; es decir, el cable está traccionado.

Esquema de un puente colgante moderno donde, para poder apreciarlos, los distintos elementos no están representados a escala real. En rojo, los cables portantes; en negro, las péndolas; en azul marino, las pilas; y en cian, el tablero

Los cables (denominados principales, sustentadores o portantes), son la característica fundamental de los puentes colgantes. El que la estructura sustentante principal (los cables portantes) esté sometida a tracción supone un ahorro de material enorme. Baste dar el típico ejemplo de un bastón de madera: si te apoyas con fuerza sobre la empuñadura, comprimiéndolo, llega un momento en que se comba, se pandea, pudiendo llegar a la rotura si persistimos; en cambio, si de ese mismo bastón colgáramos una masa, traccionándolo, resistiría varias veces nuestro peso sin problemas. Y es que los materiales no se comportan igual si los comprimes que si los traccionas. Otro ejemplo bastante gráfico que conjuga la relación compresión-tracción y la flexibilidad de las cuerdas: no es lo mismo atar una cuerda a un balcón y bajar por ella (traccionándola) hasta el suelo, que atar una cuerda en el suelo y pretender trepar por ella (comprimiéndola) hasta un balcón. Si no me creen, inténtenlo.

Cada uno de los cables principales resiste a tracción su parte correspondiente de las gigantescas cargas del tablero y tráfico; en puentes de unos 1000 m de luz, estos cables tienen un diámetro de entre 70 y 100 cm, y llegan a sostener en torno a 60.000 toneladas. Visualicémoslo: si un automóvil pesa más o menos una tonelada, la tracción que soporta uno de esos cables portantes es la misma que si de él estuvieran colgados 60.000 coches (esta ha sido una cuenta fácil)… o como si de un balcón fabuloso se descolgaran por una cuerda de casi un metro de diámetro esas decenas de miles de vehículos al unísono. Esto último es más difícil de imaginar. No obstante, esta tracción no es constante si no que crece a medida que nos separamos del centro del vano, que es lugar donde los cables están sometidos a su valor mínimo.

Bien, tenemos unos cables que soportan altísimas tracciones… siempre y cuando estén firmemente amarrados: a nadie se le ocurriría bajar por la cuerda del dichoso balcón sin haber asegurado el nudo. En los puentes colgantes “el nudo” se realiza en los extremos de los vanos laterales, que suelen tener una longitud del orden del 20-50% de la luz del tramo principal. Para contrarrestar las tracciones es necesario que los cables estén unidos a un elemento lo suficientemente firme, que por lo general será el propio terreno o un gigantesco mazacote (pido perdón a los puristas del lenguaje técnico, que tantos emails me dedican) que haga de contrapeso (2). Esta es una de las operaciones más delicadas porque la estructura se desmoronaría si no se anclaran correctamente los cables.

Indiana Jones y el templo maldito (arriba): al cortar Indy algún cable portante la pasarela se desmorona completamente…
El regreso del Caballero Oscuro (abajo): …mientras que en Gotham, algunos puentes parecen colgantes pero se rompen como si no lo fueran

La diferencia de altura entre el punto más alto de los cables sustentadores (prácticamente, la coronación de las pilas) y el más bajo (el centro del vano principal) se denomina flecha, y en los puentes colgantes suele medir en torno a un 10% de la luz. Por lo general, el punto más bajo de los cables sustentadores coincide sensiblemente con el propio tablero, por lo que ese es también el orden de magnitud de las pilas: en un puente colgante de 1000 m de vano principal, la coronación de las pilas estarán unos 100 m por encima del tablero, a lo que habría que sumar la distancia hasta la cimentación para obtener la altura total de las mismas. Las pilas se encargan de conducir hasta la cimentación las fuerzas que le transmiten los cables que llegan a su cabeza. Por lo general, los cables portantes se suelen diseñar pasantes; es decir, se apoyan en la coronación de las pilas en unas sillas especiales que permiten su movimiento en sentido longitudinal. En caso contrario (que no sean pasantes, sino que se anclen a la pila), cuando las cargas en los vanos no están compensadas porque coinciden más camiones en un tramo que en otro (por ejemplo), se genera una fuerza horizontal que se traduce en una flexión importante en la pila, encareciendo y complicando la estructura de la misma y de su cimentación.

La conexión entre los cables portantes y el tablero se consigue a través de las péndolas, generalmente barras o cables metálicos colocados verticalmente o inclinados formando triangulaciones para dotar de más rigidez al conjunto. En puentes de gran luz, las péndolas suelen colocarse con una separación en torno a 10 metros, más o menos. Antes hemos comentado que la curva que traza un cable al que se le somete a una carga uniforme es una parábola de segundo grado, pero hay que hacer un matiz: como las péndolas están colocadas cada 10 metros y no infinitesimalmente cercanas, en realidad la figura que se forma es una poligonal, donde cada vértice coincide con la posición de la péndola correspondiente. No obstante, la diferencia entre curva y poligonal es muy pequeña.

El hombre bicentenario: la ciencia ficción (o el Photoshop) consigue suspender un segundo tablero en el Golden Gate así, por las buenas, sin necesidad de una estructura adicional

Aunque a veces nos quieran vender otra cosa a precios astronómicos, la función principal de un tablero de puente es permitir el tráfico de manera segura y confortable. En un puente colgante cobra aún más importancia si cabe el diseño estructural del tablero porque, en principio, la flexibilidad y ligereza de esta tipología juega en contra de la funcionalidad. Las oscilaciones y deformaciones que sufrían las pasarelas de lianas cuando se caminaba sobre ellas también las padecían los primeros puentes colgantes modernos al paso de los carruajes o ferrocarriles, llegando en este último caso a provocar tales modificaciones del perfil longitudinal que algún tren casi ni podía remontar el tablero cuando llegaba al centro del mismo (3). En el número 1 (¿o debería decir en el número e?) de la edición en papel de Jot Down, comentamos que el ingeniero suizo Robert Maillart tuvo la ocurrencia de diseñar un tablero rígido que repartiera las cargas de tráfico a lo largo de un tramo lo suficientemente largo para que no afectara la esbelta bóveda del puente de Salginatobel. Análogamente, debido a la relación especular entre antifunicularidad y funicularidad, en los puentes colgantes los tableros se diseñan con la suficiente rigidez para que la carga de tráfico se reparta a lo largo de las máximas péndolas posibles y que los cables portantes no se resientan ya que, exagerando, una carga de tráfico excepcional concentrada en una sola péndola provocaría una deformación similar a la que sufre una cuerda cuando se lanza alguien con tirolina, creando un pico, un vértice, en el trazado de los cables portantes.

Por lo general, los tableros de los puentes colgantes están realizados con estructura metálica, con una sección más o menos constante, y se apoyan en las pilas cuando pasan bajo ellas. En los primeros tiempos, el tablero consistía en rotundas celosías metálicas, que fueron haciéndose cada vez más delgadas hasta que el accidente del Puente de Tacoma Narrows advirtió que todo tenía un límite y que había que contar con factores aerodinámicos desconocidos hasta aquel momento para el diseño estructural. Aunque, de este caso particular (y otros), hablaremos otro día.

Pero ¿dónde está la belleza en todo esto?

El aspecto estético más interesante de los puentes colgantes es su sensación de ligereza. Con la distancia, las péndolas no se aprecian, por lo que el tablero aparenta flotar hasta encontrarse en el centro del vano con la fina línea curva que trazan los cables portantes, que parecen los adornos navideños de las pilas que a alguien se le olvidó retirar. Son precisamente las pilas los elementos más arquitectónicos —en el buen sentido de la palabra—, los que más juego dan con los materiales y las formas: desde la majestuosidad metálica art déco del Golden Gate al pétreo monolitismo del Puente de Brooklyn, por citar los que tal vez son los dos más famosos y que son auténticos hitos de sus respectivas ciudades.

Pasarela del Puerto de Grimberg, de Schlaich Bergermann und Partner. Combina un esbelto tablero pretensado curvo con unos cables portantes que son sostenidos por tirantes que parten de una pila exterior exenta… porno duro para los amantes de las estructuras singulares

En todo momento hemos estado hablando de puentes colgantes clásicos, pero también se han diseñado estructuras fascinantes partiendo de esta tipología. El estudio Schlaich Bergermann und Partner, fundado por el prestigioso ingeniero civil alemán Jörg Schlaich, ha firmado toda una colección de pasarelas peatonales en las que experimenta con las posibilidades de los puentes colgantes, inclinando o alejando las pilas, diseñando tableros que en planta tienen forma curva… auténticas virguerías, en resumen (4). No obstante, estas pasarelas son excepcionales porque el campo más apropiado para los puentes colgantes es el de las grandes luces, en estructuras que han ido batiendo una y otra vez records del mundo.

Continúa

1- Otra opción sería utilizar una especie de cesta, lo que es, por cierto, el fundamento de los funiculares.

2- También existe la subtipología denominada puentes autoanclados en la que los cables se anclan a su propio tablero. No es una práctica usual, porque además de encarecer la estructura del tablero (ha de ser bastante más resistente), complica la ejecución de las obras.

3- El ferrocarril, como ya dijimos, debido al bajo rozamiento rueda-carril, no es capaz de remontar las mismas pendientes que un vehículo con neumáticos.

4- Unos ejemplos: Pasarela peatonal sobre el canal del Rin-Meno-Danubio, Pasarela peatonal Max-Eyth-See, Pasarela peatonal en Sassnitz

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8 comentarios

  1. Pingback: Puentes colgantes (I): una introducción

  2. Txemanu

    A ver si en el siguiente artículo puedes comentar algo sobre el Puente Colgante de Portugalete: http://www.puente-colgante.com/nueva/index.php/es/

    Gracias

  3. Tristan LL

    di que si Txemanu! el puente colgante por excelencia!

  4. Txomin Goitibera

    Por supuesto el de Portugalete, no hay puente más elegante pero aún a riesgo de que me tachen de mal bilbaino, tengo que ponderar uno del que no se habla mucho, el Verrazano Narrows en NY entre Brooklyn y Staten Island, una auténtica pasada: http://www.winwallpapers.net/w1/2011/03/Verrazano-Narrows-Bridge.jpg

  5. Bueno, el puente de Brooklyn ya no es un puente colgante.

    Según parece, tras el susto de Tacoma Narrows decidieron atirantar el tablero para darle más estabilidad frente al viento. Así que ahora es un extraño tipo de puente mixto colgante-atirantado.

    Por lo demás, didáctico artículo para los no familiarizados con la ingeniería civil.

    En Elche hay un puente colgante interesante, el Pont del Bimil.lenari, colgante con una sola pila:
    http://www.panoramio.com/photo_explorer#user=3365655&with_photo_id=28733902&order=date_desc

    • Hola, David.

      No sé si estamos hablando de lo mismo, pero los atirantamientos que parten de las pilas que se aprecian hoy en día en el Puente de Brooklyn (1883) no se hicieron tras el derrumbe del primer colgante de Tacoma (1940).

      John A. Roebling diseñó intuitivamente (tanto en el de Brooklyn como en el colgante de las cataratas del Niágara -1854- o el de Cincinnati -1866-, por ejemplo) un atirantamiento que rigidizase el tablero en las cercanías de las pilas.

      Entra ya en el terreno de la discusión si se puede considerar una solución mixta (colgante+atirantada) porque la verdadera estructura portante se basa en los cables de suspensión.

      No obstante, de todo esto hablaremos en profundidad en la siguiente entrega (cuando quiera que la acabe).

      Un saludo y gracias por su comentario.

  6. Julián García

    Interesante artículo. Gracias por divulgar temas de ingeniería (no sé por qué hay gente que le cuesta entender que la ingeniería forma parte de la cultura).
    Supongo, ya que se ha mencionado el puente de Tacoma, que en la siguiente entrega se hablará de la resonancia y de las consecuencias que producía sobre algunos puentes el que los soldados de la primera guerra mundial pasasen sobre ellos marcando el paso.

    un cordial saludo.

  7. Pingback: Jot Down Cultural Magazine | Puentes colgantes (II): la fabulosa historia del Puente de Brooklyn

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