Puentes: El arte invisible de controlar las fuerzas de la naturaleza

La lectura del Manual de Ingeniería de Puentes, editado por Wai-Fah Chen y Lian Duan, me ha llevado a reflexionar sobre una idea que trasciende los cálculos, los materiales y las normas de diseño. Entre sus páginas se aprecia que los grandes puentes no son únicamente el resultado de la excelencia técnica, sino también de una profunda comprensión de cómo las personas perciben las estructuras. Esa reflexión ha dado lugar al siguiente artículo, en el que exploro por qué la buena ingeniería no consiste solo en construir estructuras seguras y eficientes, sino también en crear obras que transmitan equilibrio, estabilidad y belleza.

¿Por qué ciertos puentes nos quitan el aliento y se convierten en el alma de una ciudad, mientras que otros pasan desapercibidos como simples cicatrices de hormigón? A menudo, el espectador solo ve una masa inerte de acero, pero para el ingeniero humanista, un puente es un organismo vivo en el que la fría precisión del cálculo colisiona con el calor de la experiencia humana. La ingeniería de puentes no es una simple rama de la técnica, sino el «puente» definitivo entre la ciencia, el arte y la voluntad política. Es el arte invisible de controlar las fuerzas de la naturaleza para elevar el espíritu de quienes los cruzan.

El plano antes del bit: el diseño como sueño técnico.

Para el ingeniero M. S. Troitsky, el diseño de un puente es «en parte arte y en parte compromiso». Es la manifestación más pura de la imaginación aplicada, en la que el diseño comienza en la mente mucho antes de que el primer bit sea procesado por un ordenador. El ingeniero debe visualizar la estructura no solo como un diagrama de momentos, sino también como una respuesta creativa ante un vacío.

Esta complejidad técnica y humana es la que lleva a figuras como T. Y. Lin, profesor emérito en Berkeley, a definir nuestra disciplina con una advertencia casi sagrada en el prefacio del Bridge Engineering Handbook:

«De todos los temas de ingeniería, la ingeniería de puentes es probablemente el más difícil sobre el que componer un manual, porque abarca diversos campos de las artes y las ciencias. No solo requiere conocimientos y experiencia en diseño y construcción, sino que a menudo también implica actividades sociales, económicas y políticas».

La ciencia del asombro: el equilibrio topológico del cerebro.

Existe un mito persistente según el cual la belleza es puramente subjetiva. Sin embargo, la ciencia de la percepción, liderada por maestros como Fritz Leonhardt, sugiere que la estética es, en realidad, una disciplina científica. El cerebro humano no «elige» lo que le gusta de forma arbitraria, sino que nuestro sistema límbico procesa la armonía estructural mediante campos de carga electroquímica.

Basándose en la psicología de la Gestalt, Leonhardt explica que el cerebro genera campos electroquímicos topológicamente similares a los del objeto observado. Cuando una estructura posee equilibrio y proporción, se genera un equilibrio topológico en estos campos cerebrales, que percibimos como satisfacción estética o bienestar. Por el contrario, una estructura «brutalista» o desproporcionada genera un conflicto en estos campos, lo que provoca una respuesta de rechazo, ansiedad o fatiga mental. La belleza, por tanto, no está en el ojo del observador, sino en la resonancia biológica con el orden.

Música en tensión: el alma matemática de la estructura.

La conexión entre la música, las matemáticas y la ingeniería no es una metáfora, sino una herencia pitagórica. Pitágoras descubrió que los intervalos musicales armónicos (consonancias) corresponden a proporciones de números enteros sencillos (1:2, 2:3, 3:4). Estas relaciones no son arbitrarias, sino que se basan en formas cuyas ondas presentan nodos comunes, lo que evita la disonancia.

Aunque la sección áurea se cita a menudo como la clave universal de la belleza, expertos como Leonhardt mantienen un sano escepticismo profesional. La realidad es que las proporciones basadas en números enteros —las que rigen la música— tienen un impacto fisiológico más profundo en nuestra percepción genética. El éxito estético de un puente depende de este orden:

  • Proporción: la relación armónica entre las masas y los vacíos, para evitar que la estructura parezca «pesada» o «débil» a la vista humana.
  • Orden: la limitación consciente de las direcciones de las líneas para evitar la confusión visual y el ruido formal.
  • Refinamiento de la forma: el uso de la sensibilidad para corregir lo que el cálculo puro ignora.

El refinamiento de la mirada: de la pirámide al dintel.

El ingeniero humanista entiende que la geometría percibida por el ojo humano no siempre coincide con la geometría real. Una columna con caras perfectamente rectas y paralelas puede generar ilusiones ópticas que alteran la percepción de sus proporciones y de su estabilidad.

Los antiguos egipcios y, especialmente, los griegos conocían bien este fenómeno. Por ello, introducían pequeñas correcciones geométricas en sus columnas, como el ahusamiento, que reduce ligeramente la sección en la parte superior, o la éntasis, un imperceptible abombamiento del fuste. Aunque estas modificaciones se apartan de la geometría estrictamente recta, hacen que la columna se perciba visualmente más proporcionada, estable y armoniosa.

Este es un ejemplo de cómo el buen diseño no responde únicamente a criterios estructurales, sino también a la forma en que las personas perciben las estructuras.

Éntasis: primer templo dórico de Hera, conocido como la Basílica, en Paestum (h. 540 a. C.). https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%89ntasis

En la ingeniería de puentes, aplicamos estas curvaturas sutiles no solo para optimizar el uso del material —ya que las fuerzas disminuyen con la altura—, sino también para satisfacer la necesidad del ojo humano de percibir una proporción natural. Un pilar con un ligero estrechamiento parabólico no solo es más eficiente, sino que también resulta más «verdadero» para la percepción humana. Es el triunfo de la forma orgánica sobre la rigidez del diagrama.

Puente de Salginatobel, de Robert Maillart  https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4794735

El arte estructural: controlar la fuerza, no el espacio.

Según Billington y Gottemoeller, existe una frontera clara entre el arquitecto y el ingeniero. Mientras el arquitecto controla el espacio para el uso humano (a escala íntima y compleja), el ingeniero controla las fuerzas de la naturaleza a escala monumental.

De aquí nace el «Arte Estructural», una disciplina que rechaza la tradición de las «Beaux Arts» del siglo XIX, que intentaba ocultar las estructuras metálicas bajo pesadas pieles de mampostería. El arte estructural, ejemplificado en obras maestras como el puente de Salginatobel, de Robert Maillart, o el Sunshine Skyway, en Florida, se sostiene sobre tres pilares:

  • Eficiencia: uso mínimo de materiales en busca de la elegancia de la esbeltez.
  • Economía: un diseño sostenible en su construcción y mantenimiento.
  • Elegancia: expresión visual consciente de la manera en que se gestionan las fuerzas.

Le Corbusier describía a los ingenieros como seres «viriles, activos y útiles», pero advertía de que solo el arquitecto realizaba la «creación pura del espíritu». El ingeniero humanista desafía esta visión: la eficiencia es, en sí misma, una forma de elegancia espiritual.

Estética como ética: nuestra responsabilidad con el paisaje.

Diseñar una estructura fea no solo es un error de cálculo, sino también un fracaso ético. Dado que los puentes han dominado el paisaje durante siglos, su fealdad actúa como un contaminante mental. Leonhardt y el biólogo Konrad Lorenz coinciden en que el entorno construido afecta directamente a la salud psíquica de la sociedad.

Lorenz lo expresó con una crudeza necesaria:

«La belleza de la naturaleza y la del entorno cultural creado por el ser humano son aparentemente necesarias para mantener la salud mental y psíquica del ser humano. La ceguera total del alma ante todo lo bello es una enfermedad mental que se propaga rápidamente en la actualidad y que debemos tomar en serio, porque nos vuelve insensibles ante lo éticamente odioso».

Conclusión: monumentos al espíritu humano.

Al proyectar puentes para el siglo XXI, debemos trascender la mera utilidad funcional. No somos solo calculistas de acero y hormigón, sino también guardianes de la armonía en el paisaje civilizado. El desafío de las ciudades modernas es decidir qué legado queremos dejar en el horizonte de la historia.

Al observar la infraestructura que nos rodea, la pregunta es ineludible: ¿estamos construyendo simples conductos para el tráfico o erigiendo monumentos al espíritu humano? De la respuesta dependerá si nuestras ciudades serán refugios para el alma o simples laboratorios de eficiencia fría.

En este audio podéis escuchar las ideas más interesantes que se abordan.

Aquí tenéis un buen resumen del artículo.

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Aplicabilidad de la construcción de puentes empujados

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Construcción del viaducto de Millau (Francia) mediante empuje de su tablero

El procedimiento de empuje consiste en fabricar o montar el tablero detrás del estribo en un parque fijo y, después, trasladarlo longitudinalmente sobre las pilas, por fases sucesivas, hasta alcanzar su posición definitiva al llegar al otro estribo, sin necesidad de cimbras. El tablero se desliza con gatos sobre estribo y pilas, con ayuda de un pico de lanzamiento. Para que el procedimiento sea efectivo, el puente necesita un tablero de canto constante y un trazado en planta recto y pendiente nula o ascendente; sin embargo, con los actuales sistemas de retenida, se permiten pendientes descendentes y alineaciones circulares. Otro trazado imposibilita que cualquier parte del puente pase por los mismos puntos durante la traslación, lo que complica la ejecución. Al principio el procedimiento se utilizó con tableros metálicos, pero hoy se aplica también a cajones de hormigón.

Las solicitaciones propias del empuje requieren secciones en cajón con cantos importantes y constantes, con relaciones canto/luz de 1/10 a 1/15. El procedimiento constructivo provoca una ley de momentos flectores con valores muy altos cuando el vano está entero en voladizo. Para reducir el peso del tablero, se dispone de un pico de avance o nariz metálica en la parte delantera del dintel del tablero.

Este sistema requiere medios auxiliares de coste elevado y ofrece una buena calidad de ejecución al agrupar todas las operaciones en una zona específica. Su ventaja económica radica en la posibilidad de preparar un parque de fabricación fijo, en el eje del puente, donde se pueda realizar una dovela de 10 a 25 m de longitud. En el caso de dovelas de hormigón, se realiza un pretensado inicial para absorber los esfuerzos del lanzamiento y se deja el pretensado definitivo para soportar las cargas de servicio en una segunda fase. Cada segmento normalmente se completa en una semana. Posteriormente, se consolidó el método de dovelas largas hormigonadas “in situ” en una instalación industrializada que se monta detrás del estribo, aunque es habitual seguir empleando dovelas. Existe la posibilidad de fabricar y empujar desde un solo lado o desde ambos lados del puente. El método del empuje ha permitido resolver satisfactoriamente la construcción de puentes sobre obstáculos importantes situados por debajo del tablero, pues no requiere cimbrado.

Esquema del proceso del lanzamiento del tablero de un puente
Esquema del proceso del lanzamiento del tablero de un puente

El empuje de puentes se desarrolló en la segunda mitad del siglo XIX para situar en su situación definitiva grandes viaductos metálicos de celosía. De hecho, la ligereza de los tableros metálicos y mixtos es una ventaja frente a los de hormigón, mucho más pesados; sin embargo, es habitual construir estos puentes con hormigón pretensado. Los puentes de ferrocarril, en particular, son estructuras idóneas para construir mediante empuje, pues han de soportar, además de su peso propio, cargas de servicio elevadas que obligan a dimensionar secciones con una gran capacidad resistente. Al construir el puente, donde solo actúa el peso propio, el exceso de capacidad puede aprovecharse sin sobredimensionar la estructura.

El primer viaducto de segmentos de hormigón prefabricados empujados fue el Puente de Ager, en Austria, en 1959, donde se usaban dovelas cortas prefabricadas; sin embargo, muchos autores citan el puente sobre el río Caroní (Venezuela), con un vano principal de 96 m y terminado en 1964, de Leonhardt y Baur, como iniciadores de esta técnica con el hormigón. En este caso, se utilizaron pilas intermedias para el lanzamiento y así reducir la luz de lanzamiento. Este procedimiento encarece la construcción, pues no tiene sentido que las pilas provisionales no queden definitivas. Solamente podría plantearse el uso de una sola pila provisional en caso de una luz de empuje extraordinaria. En España, el primer puente empujado de hormigón se construyó en 1972 en la línea férrea Almería-Linares, sobre el río Andarax (Almería), con un vano principal de 42,5 m.

Primer y Segundo Puente sobre el río Caroni (Venezuela). Diseñado por F. Leonhardt y H. Baur. Terminado en 1963, une San Félix y Puerto Ordaz
Primer y Segundo Puente sobre el río Caroni (Venezuela). Diseñado por F. Leonhardt y H. Baur. Terminado en 1963, une San Félix y Puerto Ordaz

Es un sistema costoso que solo resulta de interés económico para longitudes de puente superiores a 300 – 400 m (Ministerio de Fomento, 2000). Este procedimiento presenta ventajas claras en los puentes muy largos, pues permite aplicar la construcción industrializada —según Pérez-Fadón (2004), es rentable a partir de 600 m de longitud— o bien reutilizarla en varios puentes. Fuera de estos rangos, los medios auxiliares no se amortizan lo suficiente.

El campo de luces óptimo para los tableros empujados se encuentra entre 30 y 50 m, aunque, de forma excepcional, dicho intervalo se amplía desde 25 hasta 100 m. Normalmente, cuando se requieren luces altas, por encima de 50 m, se requieren apoyos o atirantamientos provisionales. Se han empleado luces de empuje superiores, por ejemplo, en el acueducto de Alcanadre, de J. Manterola y L.F. Troyano, con una luz de 60 m debido a que el dintel debe soportar la sobrecarga del agua, lo que permite una mayor luz óptima.

En el caso de una luz muy grande, se puede construir el puente realizando un lanzamiento desde ambos apoyos y terminando en el centro de la luz con dos voladizos convergentes. Por ejemplo, Millanes y Matute (1999) describen la construcción de un viaducto con un tramo continuo singular, compuesto por dos vanos de 40 m y un vano central de 80 m, que se construyó mediante el lanzamiento de las vigas desde un carro. Se emplearon dos pilas provisionales y se tesó la losa para dar continuidad antes de eliminarlas.

El empuje de puentes entra en competencia con la construcción de tramos sucesivos con autocimbra. Por debajo de 30 m existen autocimbras en alquiler que abaratan los costes respecto a los puentes empujados. Sin embargo, por encima de dicho límite, los costes de la cimbra autoportante empiezan a crecer exponencialmente, quedando en desventaja a partir de 100 m. Por otra parte, las cimbras desmontables, con o sin pila auxiliar intermedia, compiten cuando hay luces repetitivas y un gran número de vanos, especialmente en puentes de baja altura y en terrenos poco abruptos. El procedimiento de la cimbra autoportante presenta claras ventajas en puentes muy largos, donde los medios auxiliares se amortizan adecuadamente. Además, es un procedimiento que permite cualquier geometría en planta del puente, frente a los empujados.

Os paso una animación en 3D de Octavio Martins que explica muy bien el procedimiento constructivo. Espero que os sea útil.

También la empresa ULMA nos ofrece una animación con estas características.

Referencias:

MILLANES, F.; MATUTE, L. (1999). Viaducto sobre el río Lambre. Hormigón y Acero, 213: 33-39.

MINISTERIO DE FOMENTO (2000). Obras de paso de nueva construcción. Conceptos generales. Madrid, 94 pp.

PÉREZ-FADÓN, S. (2004). Construcción de viaductos para líneas de FFCC. Tableros empujados. Revista de Obras Públicas, 3445: 47-52.

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Construcción de puentes girados

Construcción de la pasarela peatonal de Kingsgate (1966), en Durham (Inglaterra), de 31 m de luz. Foto: Ove Arup.

Constituye una alternativa a la traslación longitudinal del tablero en el que el giro se efectúa tras construir el puente sobre cimbra apoyada sobre el terreno, colocada paralelamente al obstáculo, por ejemplo, en la orilla de un río. Posteriormente, mediante un giro en eje vertical alrededor de un apoyo, se lleva a su posición definitiva. Se puede apoyar el extremo del tablero que gira en una barcaza, o bien llevarlo en voladizo. También se pueden construir dos semipuentes en cada lado y luego girarlos sobre las pilas hasta situarlos en prolongación y cerrar la clave. A diferencia del puente empujado, esta forma de construir el tablero permite una gran libertad de diseño al proyectista, pues se pueden girar puentes viga, pórtico, arco o atirantados.

Para realizar el giro, el tablero queda sustentado en tres apoyos, el pivote y otros dos apoyos móviles, separados para mantener el equilibrio. En el caso de puentes ligeros, los dos apoyos se sitúan en el extremo del tablero. Pero si son tableros pesados, como por ejemplo en sección de cajón de hormigón, una parte del tablero queda en voladizo y en la otra de contrapeso se sitúan los dos apoyos restantes.

La primera obra que se ejecutó con giro desde los dos lados fue la pasarela de Kingsgate en Durham, de Ove Arup, de 31 m de luz, construida en 1966. Un ejemplo de puente girado con apoyo en flotación es la construcción del puente de La Barqueta, en Sevilla (1989-1992), proyectada por Juan J. Arenas y Marcos J. Pantaleón. El puente se montó en una de las orillas, y mediante flotadores se llevó el extremo del puente a la otra orilla. A continuación se procede a desmontar la rótula provisional que propició el giro. El puente, tipo bowstring, tiene una luz de 168 m. También se construyó así la pasarela de la Cartuja (1991), en Sevilla, de Fritz Leonhardt y Luis Viñuela, que es una viga metálica en cajón de 170 m de vano que se giró con un apoyo mediante barcaza en el giro.

Puente de la Barqueta, en pleno proceso de giro flotando sobre el río. Foto: J.M. Serrano.

Los apoyos móviles pueden sustentarse por flotación o bien desplazarse sobre caminos curvos sobre viga o muro de hormigón, habitualmente rematado por un carril metálico. En cuanto al sistema de empuje, si el giro es por flotación, se pueden usar dos cabrestantes, uno de tracción y otro de retenida, que actúan sobre los flotadores. Sin embargo, es aconsejable forzar el movimiento del tablero mediante gatos desde el extremo opuesto al eje de giro para evitar problemas de sincronización y control direccional de tiros.

En el siguiente vídeo podemos ver cómo se construyó la pasarela de Kingsgate.

En el vídeo siguiente podemos ver el «barquetazo», donde se habla del problema que tuvo el Puente de la Barqueta, en su giro a su posición definitiva.

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