¿Qué es un puente colgante?
El
puente colgante es la única estructura que puede abarcar más de un kilómetro de
distancia y se utilizan normalmente para unir dos puntos separadas por el agua,
por ejemplo una bahía o un río. Su construcción es compleja, ya que requiere
distribuir adecuadamente las cargas de los cables y los anclajes que los
sustentan.
Los puentes colgantes tienen que resistir
fuerzas diversas: su propio peso, las inclemencias del tiempo y también el peso
del tráfico rodado. En la historia de estas construcciones se han producido
derrumbamientos, pues su diseño no cumplía con los requisitos técnicos
necesarios.
Para diseñar un puente colgante los ingenieros
deben tener en cuenta todos los fenómenos atmosféricos que les pueden afectar
(el viento y los huracanes principalmente), así como la fuerza de la gravedad.
Por otra parte, los puentes colgantes pueden ser un blanco estratégico en
situaciones de guerra o de amenaza terrorista.
Al no haber nada que los sustente en su parte
inferior, la longitud de un puente colgante se calcula por el tramo entre las
dos torres que lo soportan. Se podría decir que las torres son como los postes
de un tendedero de ropa, de tal forma que si las torres fallan el puente entero
se desmorona.
En la actualidad la mayoría de puentes
colgantes se fabrican utilizando el acero, pues es un material dúctil, es
decir, que no se quiebra con facilidad. Por otra parte, se suelen utilizar
sistemas de amortiguación para contrarrestar los posibles movimientos
laterales. Con las nuevas técnicas y materiales se consiguen puentes colgantes
cada vez más largos y más seguros
¿Qué fuerza se consideran cuando se construye un puente colgante?
En la construcción de un puente colgante intervienen 4 tipos de
fuerzas esenciales para su construcción ya que si unas de estas falla el puente
podría derrumbarse:
*Fuerza de traccion
La fuerza de tracción es el
esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la
aplicación de dos fuerzas que actúan en
sentido opuesto, y tienden a estirarlo.
En un puente colgante la fuerza de tracción se localiza en los cables
principales.
Un cuerpo sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones
positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción.
La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto (tira de sus
extremos fuerza que soportan cables de acero en puentes
colgantes, etc.)
El hecho de trabajar a tracción todos los componentes principales del
puente colgante ha sido causa del escaso desarrollo que ha tenido este tipo de
puente hasta el pasado siglo; así, ha permanecido en el estado primitivo
que aun se encuentra en las zonas montañosas de Asia y América del Sur
(simples pasarelas formadas por trenzados de fibras vegetales) hasta que se
dispuso de materiales de suficiente resistencia y fiabilidad para sustituirlas.
Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la
tracción. Algunas de ellas son:
- · elasticidad
- · plasticidad
- · ductilidad
- · fragilidad
Ejemplo de fuerza de tracción:
Cuando te columpias, los tirantes de los que cuelga el asiento del
columpio se encuentran bajo tensión. Por un lado reciben la fuerza de tu peso
hacia abajo y por el otro, la fuerza hacia arriba de los goznes de los que
cuelga el columpio. Pero a diferencia del caso de la silla, las dos fuerzas
tienden a estirar los tirantes; a este tipo de fuerzas se les llama de tensión
(también llamados de tracción.)
La fuerza de compresión es la
resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido
deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento
en determinada dirección.
La fuerza de compresión es la contraria a la de tracción, intenta
comprimir un objeto en el sentido de la fuerza.
La fuerza de compresión es un estado de tensión en el cual
las partículas se aprietan entre sí. Una
columna sobre la cual se apoya una carga, se halla sometida a una solicitación a la
compresión.
Compresión es el estado de tensión en el cual las partículas se
"aprietan" entre sí. Una columna sobre la cual se apoya un peso se
halla sometido a compresión, por ese motivo su altura disminuye por efecto de
la carga.
Las deformaciones provocadas por la compresión son de sentido contrario
a las producidas por tracción, hay un acortamiento en la dirección de la
aplicación de la carga y un ensanchamiento perpendicular a esta dirección, esto
debido a que la cantidad de masa del cuerpo no varía. Las solicitaciones
normales son aquellas fuerzas que actúan de forma perpendicular a la sección;
por lo tanto, la compresión es una solicitación normal a la sección ya que en
las estructuras de compresión dominante la forma de la estructura coincide con
el camino de las cargas hacia los apoyos, de esta forma, las solicitaciones
actúan de forma perpendicular provocando que las secciones tienden a acercarse
y "apretarse".
Un ejemplo de fuerza de compresión es cuando te sientas en una silla,
sus patas se encuentran bajo compresión. Por un lado reciben la fuerza de tu
peso hacia abajo y por el otro, la fuerza hacia arriba. Estas dos fuerzas
tienden a comprimir la pata de la silla. Normalmente las sillas se construyen
con materiales que son muy resistentes a la compresión.
La gravitación es la fuerza de atracción mutua que experimentan los
cuerpos por el hecho de tener una masa determinada. La existencia de dicha
fuerza fue establecida por el matemático y físico inglés Isaac
Newton en el siglo
XVII, quien, además, desarrolló para su formulación el llamado cálculo de
fluxiones (lo que en la actualidad se conoce como cálculo integral).
Bien aplicando la Tercera Ley de Newton: (por cada
fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido
opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma: Las fuerzas
siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están
situadas sobre la misma recta.)
En un puente colgante deberá soportar el peso, a través de los cables, y
habrá una tensión y deberá ser mayor del otro extremo, al del peso del puente
en los anclajes (contraria sino el puente se va para abajo). El viento también
se toma en cuenta.Si ya has visto fuerzas vectoriales, es ahí donde se aplican
los principios básicos. Un
ejemplo si no te hundes en el piso, es porque existe una fuerza de igual
dirección y magnitud, pero de sentido contrario.
Las principales fuerzas son la carga que tiene que soportar el puente y
el peso propio del puente (por supuesto ahí es donde interviene la gravedad).Después
tienes la acción de los
vientos, del agua si está construido sobre ella,
etc.Digamos que el aspecto principal a tener en cuenta es que el puente debe soportar
su propio peso y la carga transmitiéndolo a los cimientos a través de las
columnas.
Se utilizan cables para soportar los tramos horizontales y de esta
manera el peso es transmitido a la columna.La ley formulada por Newton y que
recibe el nombre de ley de la gravitación universal, afirma que la fuerza de
atracción que experimentan dos cuerpos dotados de masa es directamente
proporcional al producto de sus masas
e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa (ley de
la inversa del cuadrado de la distancia). La ley incluye una constante de
proporcionalidad (G) que recibe el nombre de constante de la gravitación
universal y cuyo valor,
determinado mediante experimentos muy
precisos, es de:
Para determinar la intensidad del campo gravitatorio asociado a un
cuerpo con un radio y una masa
determinados, se establece la aceleración con la que
cae un cuerpo de prueba (de radio y masa unidad) en el seno de dicho campo.
Mediante la aplicación de la segunda ley de Newton tomando los
valores de la fuerza
de la gravedad y una masa conocida, se puede obtener la aceleración de la
gravedad.
Dicha aceleración tiene valores diferentes
dependiendo del cuerpo sobre el que se mida; así, para la Tierra se considera
un valor de 9,8 m/s² (que equivalen a 9,8 N/kg),
mientras que el valor que se obtiene para la superficie de la Luna es de tan sólo 1,6 m/s², es decir,
unas seis veces menor que el correspondiente a nuestro planeta, y en uno de los planetas gigantes del sistema
solar, Júpiter, este valor sería de unos
24,9 m/s².En un sistema aislado formado por dos cuerpos, uno de los cuales gira
alrededor del otro, teniendo el primero una masa mucho menor que el segundo y
describiendo una órbita estable y circular en torno al cuerpo
que ocupa el centro, la fuerza centrífuga tiene
un valor igual al de la centrípeta debido
a la existencia de la gravitación
universal.A partir de consideraciones como ésta es
posible deducir una de las leyes de Kepler
(la tercera), que relaciona el radio de la órbita que
describe un cuerpo alrededor de otro central, con el tiempo que tarda en
barrer el área que dicha órbita
encierra, y que afirma que el tiempo es proporcional a 3/2 del radio. Este
resultado es de aplicación universal y se cumple asimismo para las órbitas
elípticas, de las cuales la órbita circular es un caso particular en el que los
semiejes mayor y menor son iguales.
Fuerza de cortante
La tensión
cortante o tensión de
corte es aquella
que, fijado un plano, actúa tangente al mismo. Se suele representar con la
letra griega tau
En piezas prismáticas, las tensiones
cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un
momento torsor
En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele
ser un paralelo a la sección transversal (i. e., uno perpendicular al eje
longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en
las vigas ya que su efecto es menos evidente.
Ejemplo de fuerzas cortantes:
Pensemos en el puente hecho con un tronco de árbol. Cuando te paras a la
mitad de este puente, el tronco no se estira ni se comprime pero la fuerza de
tu peso tiende a fracturarlo en su centro. La fuerza de tu peso y las que se
generan en los dos puntos de apoyo del árbol sobre el suelo no están
alineadas. A este tipo de fuerzas que actúan en los extremos del tronco y a la
fuerza que se imprime en su parte central, se les llama cortantes, y la mayoría
de los materiales son poco resistentes a ellas.
¿Por que puede habeer
limitación de carga para los vehículos que cruzan
el puente?
Para que el vehículo atraviese ese puente debe traccionar
sobre él, es decir, debe aplicar una fuerza motriz sobre el puente que
dependerá de la masa del vehículo. Si esa masa es muy grande, la tracción sobre
el puente puede provocar el movimiento de éste, haciendo que la tracción
tuviese que ser mayor para poder alcanzar la misma aceleración, haciendo que el
puente se moviese más...
Al ser una estructura móvil, una masa muy grande
provocaría que el puente se moviese y eso no es nada seguro para el tránsito de
vehículos.
¿Qué otros factores se considera al construir un puente?
Es un proyecto de un puente el problema fundamental que se plantea es saber como va ser es decir
que tipo de estructura va a tener que
material se va utilizar cuales van a ser sus luces y como va afuncionar, si la
ciencia y la tecnología falla el puente terminara derumbado.
Un puente colgante es un puente cuyo tablero,en vez de estar apoyado
sobre pilas o arcos se sujeta mediante cables o piezas antiratadas desde una
estructura a la que van sujetas unas de sus variantes más conocidas es el que
tiene una cateriana formada por numerosas cables de acero,de la que suspende el
tablero del puente mediante tirantes verticales la cateriana cuelga de dos
torres de suficiente altura encargados de llevar las cargas al suelo, se
necesita ciencia y tecnología para elaborar un puente y también 4 fuerzas ya
que sin estas se puede derrumbar el puente, este es el segundo tema y elaboramos y dedicamos a entregar un gran proyecto, veamos el esquema.
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