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Qué puede enseñarnos un puente de piedra milenario sobre la seguridad de las estructuras históricas

Acaban de publicar un artículo nuestro en Infrastructures, una de las revistas de impacto científico indexada en el JCR.  La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Además, muestra la internacionalización de nuestro grupo de investigación, en este caso, con China. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.

¿Cómo puede un puente construido hace más de mil años seguir en pie y, al mismo tiempo, acumular daños que comprometen su durabilidad? ¿Dónde se concentran los esfuerzos en una estructura de fábrica de piedra y cómo influyen el agua, la vegetación y el deterioro de los materiales en su comportamiento mecánico?

El estudio analiza la evolución multiescala del daño y los mecanismos de transferencia de carga en el histórico Puente Guanyin, un puente de arco de piedra milenario. Mediante la combinación de modelos teóricos de daño por carga, simulaciones por elementos finitos en 3D y análisis microscópicos, los investigadores examinan cómo las cargas externas, las restricciones ambientales y la erosión a largo plazo afectan la estabilidad estructural. Los resultados indican que las tensiones máximas se concentran en los estribos y en las juntas de los anillos principales del arco, mientras que el daño central provoca una redistribución de esfuerzos hacia las secciones sanas. Este análisis integral proporciona una base científica sólida para orientar los esfuerzos de conservación preventiva y restauración de este importante patrimonio cultural.

Estas preguntas están en el centro de una investigación sobre el puente histórico de Guanyin, en China, construido en 1014. El estudio combina levantamiento geométrico tridimensional, modelos mecánicos, simulación por elementos finitos y análisis de muestras de piedra para investigar cómo se transmiten las cargas a través de la estructura y dónde se concentran los daños.

La principal aportación del trabajo consiste en conectar dos escalas de análisis que a menudo se estudian por separado: el comportamiento global del arco y la respuesta local de las piezas de piedra que conforman sus uniones. Esta perspectiva permite comprender mejor por qué una estructura puede conservar su estabilidad general mientras determinadas zonas acumulan tensiones y sufren procesos de deterioro.

Un puente con diez siglos de historia

El puente de Guanyin se encuentra en Bailu, en la provincia china de Jiangxi, y forma parte del patrimonio histórico de la región de Lushan. Su construcción data de 1014 y desde 1996 el entorno de Lushan figura en la Lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO.

Se trata de un puente de un solo arco de fábrica de piedra, con una longitud total de aproximadamente 21,67 m, una luz de 7,20 m y una anchura de 4,56 m. La estructura está formada por piezas de granito unidas mediante un sistema tradicional de ensamblaje basado en salientes y alojamientos practicados en las propias piezas, lo que favorece la interacción mecánica entre los bloques sin depender exclusivamente de un material aglomerante.

Esta solución constructiva resulta especialmente interesante desde el punto de vista de la ingeniería. La estabilidad no depende únicamente de la resistencia individual de las piedras, sino también de su geometría, de las superficies de contacto, de la fricción entre las piezas y de la manera en que el arco transmite las cargas a los estribos.

Además, el puente ha permanecido expuesto durante siglos a la lluvia, el viento, la escorrentía, el crecimiento de la vegetación y otros agentes ambientales. Por tanto, su evaluación requiere estudiar tanto la mecánica de la estructura como la evolución de los materiales.

El puente de Guanyin se encuentra en Bailu, en la provincia china de Jiangxi.

Una metodología que combina varias escalas de análisis

La investigación adopta un enfoque integrado que combina información geométrica, cálculos estructurales, simulación numérica y análisis de muestras de piedra. Cada técnica aporta una pieza diferente al diagnóstico.

  1. Levantamiento geométrico tridimensional: El equipo empleó un escáner láser terrestre Leica ScanStation P40 para documentar la geometría del puente. La nube de puntos alcanzó una separación entre puntos de hasta 2 mm y una precisión individual declarada de al menos 1 mm. Esta información permitió representar la configuración real de la estructura y preparar los modelos de cálculo.
  2. Cálculo estructural y elementos finitos: El estudio combinó un modelo teórico de respuesta estática equivalente con un modelo tridimensional de elementos finitos desarrollado en ABAQUS. Este último incorporó 59.800 elementos, con un tamaño de malla de referencia de 0,1 m, y permitió estudiar la distribución de tensiones y desplazamientos bajo las acciones consideradas.
  3. Análisis detallado de las uniones: La investigación profundizó en cuatro unidades representativas de las zonas de arranque y del entorno central del arco, identificadas como 15, 53, 54 y 76. El análisis local permitió examinar cómo las condiciones de contacto entre las piedras modifican la transmisión de esfuerzos, la deformación y la concentración de energía.
  4. Investigación del deterioro de los materiales: El equipo recogió muestras de zonas dañadas y analizó su composición mediante técnicas de fluorescencia de rayos X (XRF) y de difracción de rayos X (XRD). El trabajo también examinó muestras de musgo, raíces y agua para investigar la relación entre los agentes ambientales y la degradación de la piedra.

La combinación de estas herramientas es esencial: el levantamiento geométrico describe la estructura existente; los modelos mecánicos explican su respuesta; y los análisis de materiales ayudan a identificar posibles causas del deterioro. Ninguna técnica, por sí sola, proporciona una visión completa.

¿Dónde se concentran los esfuerzos?

Uno de los resultados más relevantes del estudio es la identificación de dos zonas estructuralmente sensibles: los arranques del arco y su zona central.

Máxima tensión calculada en el arranque del arco: 99,29 MPa

El modelo tridimensional presentó una tensión máxima de aproximadamente 99,29 MPa en esta región. La concentración combina efectos de compresión y de cortante, relacionados con la transmisión del empuje del arco y con las restricciones en los apoyos.

Máximo desplazamiento calculado en la zona central: 80,5 mm

La simulación registró un desplazamiento máximo de aproximadamente 80,5 mm en la zona central del arco. Este resultado señala la sensibilidad de esa región a la deformación y debe interpretarse como una predicción del modelo, no como una medición directa del movimiento real del puente.

Estos resultados reflejan dos aspectos distintos del comportamiento estructural. En los arranques, las restricciones y la transmisión de cargas generan concentraciones locales de tensión. En la zona central, la configuración del arco favorece una respuesta más sensible a la deformación.

La diferencia es importante para el diagnóstico: una zona sometida a mayores tensiones no tiene por qué coincidir exactamente con aquella que presenta los desplazamientos más elevados. Por ello, conviene analizar conjuntamente tensiones, deformaciones, desplazamientos y la transferencia de energía para localizar las regiones potencialmente vulnerables.

El estudio también detectó una redistribución de esfuerzos en las zonas dañadas del arco. Cuando una parte pierde capacidad resistente, otras partes pueden asumir una proporción mayor de la carga. Este mecanismo ayuda a explicar cómo una estructura puede conservar su estabilidad global a pesar de presentar daños locales.

Por qué el cálculo global no basta

Una aportación metodológica destacada es la comparación entre los cálculos teóricos y la simulación tridimensional mediante elementos finitos.

El modelo teórico permite estimar la respuesta general del arco de forma relativamente sencilla. Sin embargo, simplifica las condiciones de apoyo y no representa los contactos entre piedras, las restricciones tridimensionales ni las concentraciones locales de tensiones con el mismo nivel de detalle.

La simulación numérica permite estudiar estos fenómenos con mayor detalle, aunque sus resultados también dependen de las hipótesis adoptadas, de las propiedades asignadas a los materiales y de las condiciones de contorno.

En el estudio, las diferencias máximas entre ambos enfoques alcanzaron el 28,8 % en los desplazamientos y el 69,4 % en las tensiones en las comparaciones presentadas. Estas discrepancias ponen de manifiesto que las simplificaciones del modelo teórico pueden resultar especialmente relevantes al analizar las zonas de apoyo.

La conclusión práctica no consiste en descartar los cálculos convencionales, sino en utilizar cada herramienta para aquello que mejor resuelve. El modelo teórico resulta útil para una primera evaluación; el modelo tridimensional permite profundizar en las zonas críticas y estudiar fenómenos locales que el análisis global puede pasar por alto.

El agua y la vegetación también cuentan

El deterioro de un puente histórico no depende exclusivamente de las cargas mecánicas. La investigación confirma la importancia de considerar los procesos ambientales que actúan lentamente sobre la fábrica de piedra.

Los análisis químicos mostraron diferencias entre las distintas zonas del puente. La fachada occidental presentó un mayor contenido medio de elementos considerados impurezas —entre ellos silicio, hierro y aluminio— que la oriental. Los autores relacionan este resultado con una mayor exposición a procesos de erosión, transporte de partículas y alteración superficial.

La zona de arranque identificada como muestra 16 destacó especialmente: el contenido total de esos elementos alcanzó el 37,66 %, frente al 6,63 % de media en la fachada occidental y el 4,20 % en la oriental. Los autores clasificaron el grado de meteorización de esa muestra como severo.

La investigación también señala el papel de la escorrentía, la disolución de componentes de la piedra, el crecimiento de raíces y la erosión biológica. Estos procesos pueden modificar las superficies de contacto, favorecer la aparición o evolución de fisuras y alterar las condiciones mecánicas que permiten transmitir las cargas.

Una evaluación rigurosa debe integrar el diagnóstico estructural con la inspección del entorno y el estudio de los materiales. La geometría y la mecánica explican cómo funciona el puente; la caracterización de los materiales ayuda a comprender por qué algunas zonas se deterioran más que otras.

Aplicaciones prácticas para la ingeniería civil

Los resultados ofrecen varias orientaciones para la conservación de puentes históricos y, con las adaptaciones oportunas, para otras estructuras de fábrica.

  • Priorizar las inspecciones. Los arranques del arco, las uniones entre piezas y las zonas centrales, con mayor sensibilidad a los desplazamientos, merecen atención específica durante las campañas de inspección.
  • Combinar diagnóstico visual y simulación. Las fisuras, los desplazamientos entre bloques, la erosión superficial y los cambios en los contactos pueden contrastarse con los resultados del modelo para identificar posibles mecanismos de daño.
  • Orientar las intervenciones de conservación. El estudio del agua, la vegetación y la meteorización permite identificar agentes ambientales que conviene controlar. Las medidas concretas deben adaptarse a las características del monumento y a los criterios de conservación patrimonial.
  • Mejorar el seguimiento a largo plazo. La investigación propone avanzar hacia sistemas de monitorización inteligente, con sensores instalados en zonas vulnerables y plataformas de seguimiento que permitan detectar cambios relevantes en el comportamiento de la estructura.
  • Reforzar la evaluación mediante métodos complementarios. La combinación de cálculos simplificados, elementos finitos, inspecciones in situ y análisis de materiales proporciona una base más sólida para decidir cuándo intervenir y cómo comprobar la evolución del daño.

Estas aplicaciones no implican que un modelo numérico pueda determinar por sí solo la seguridad de un puente. La evaluación final requiere contrastar las predicciones con observaciones reales, conocer las limitaciones del modelo y considerar las condiciones de uso de la estructura.

Qué queda por investigar

La investigación reconoce varias limitaciones. El modelo teórico no reproduce plenamente la fragilidad ni la heterogeneidad de la piedra, y algunas condiciones de contorno de la simulación pueden diferir de las condiciones reales. Además, las hipótesis adoptadas para representar las uniones no capturan por completo los pequeños huecos, los residuos entre superficies de contacto y los posibles deslizamientos locales.

El análisis también se centra en las condiciones de carga consideradas para este puente peatonal y no abarca de manera exhaustiva todos los escenarios dinámicos extremos. Por tanto, los resultados no deben trasladarse directamente a cualquier puente histórico sin una adaptación y una validación específicas.

Como líneas futuras, los autores proponen mejorar los modelos de daño elastoplástico, incorporar técnicas de monitorización in situ, estudiar combinaciones de cargas y de gradientes térmicos y desarrollar sistemas integrados de evaluación para la seguridad, la conservación, la explotación y el mantenimiento.

Una lección que trasciende los mil años

El caso del puente de Guanyin demuestra que la conservación del patrimonio construido requiere algo más que comprobar si una estructura sigue en pie. También exige comprender cómo transmite las cargas, cómo redistribuye los esfuerzos cuando surgen daños y cómo evoluciona la fábrica bajo la acción del medio ambiente.

La principal contribución de esta investigación radica en integrar el comportamiento global del arco, la mecánica de las uniones entre piedras y la caracterización del deterioro de los materiales. Este enfoque permite pasar de una inspección centrada en los daños visibles a un diagnóstico que también investiga sus posibles causas y su relación con la respuesta estructural.

Para los ingenieros civiles, el mensaje es claro: la conservación preventiva resulta más sólida cuando combina observación, cálculo y conocimiento de los materiales. Las herramientas digitales no sustituyen la experiencia técnica ni el criterio de conservación, pero pueden ayudar a identificar las zonas que requieren mayor atención y a fundamentar decisiones de mantenimiento más informadas.

Referencia:

ZHOU, Z.; JIANG, Q.; LI, Y.; YANG, H.; YANG, Y.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2026). Multiscale Damage Evolution and Load-Transfer Mechanisms of the Millennium-Old Stone Arch Bridge: A Case Study of the Guanyin Bridge.  Infrastructures, 11(10):370. DOI:10.3390/infrastructures11100370

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Por qué los mejores puentes de piedra se construyeron cuando ya eran «obsoletos»

Puente de Cangas de Onís, sobre el Sella (Asturias). Imagen: V. Yepes

La historia de la técnica suele guardar sus mejores secretos para el momento del adiós. Existe una belleza melancólica en la forma en que la ingeniería de sillería alcanzó su cenit técnico y estético precisamente cuando el hierro y el hormigón ya reclamaban el trono de la modernidad. No fue bajo el mando de las legiones romanas ni durante el florecimiento renacentista cuando el arco de piedra alcanzó su máxima esbeltez, sino en los siglos XVIII y XIX. Como bien advirtió Jean Mesqui, este fenómeno marca la frontera entre la «era de los arquitectos», en la que la construcción era un arte intuitivo, y la «era de los ingenieros», donde el cálculo y la institucionalización elevaron la piedra a un nivel de eficiencia que desafiaba su propia naturaleza mineral.

A continuación, analizamos el texto del ingeniero Leonardo Fernández Troyano, que trata de la evolución histórica de los puentes de piedra y se centra especialmente en la transición hacia la era de los ingenieros en el siglo XVIII.

El divorcio histórico: cuando el ingeniero se separó del arquitecto (1716)

Durante milenios, el constructor fue un polímata. Leonardo da Vinci se vendía como ingeniero militar antes que como artista, y Galileo lamentaba que su genio inventivo le robara tiempo a la ciencia pura. Sin embargo, la creciente complejidad de las obras públicas forzó una ruptura irreversible. En 1716, Francia creó el cuerpo de Ingénieurs de Ponts et Chaussées, separándolos de los Arquitectos al Servicio del Rey.

Esta profesionalización cambió las reglas del diseño. El Pont Royal de Jacques IV Gabriel sobre el Sena se erigió como el canon estético de la centuria, pero fue su hijo, Jacques V Gabriel, quien marcó el inicio de esta nueva era con el puente sobre el Loira en Blois. Es una composición de elegancia docta: un «lomo de asno» perfecto con arcos de luz decrecientes desde el centro, donde la piedra comienza a comportarse con una disciplina matemática hasta entonces desconocida.

El Pont Royal de Jacques IV Gabriel sobre el Sena. Por Jean-François Gornet – Flickr: Pont royal, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=17745343

La gran paradoja: la evolución máxima en tiempo de anacronismos

Resulta un anacronismo fascinante que, mientras el siglo XIX se entregaba febrilmente al metal y a los puentes colgantes, la piedra viviera su mayor salto evolutivo. No era una simple inercia del pasado, sino la aplicación de la nueva ciencia del cálculo a un material milenario. El ingeniero del XVIII, armado con la teoría de las bóvedas y la institucionalización de la École, llevó la piedra más allá de lo que los romanos jamás soñaron.

«En ambas clasificaciones que hemos visto —según los materiales o según la era de los ingenieros—, el segundo periodo se inicia en el siglo XVIII; sin embargo, en él se siguieron construyendo puentes de piedra en gran cantidad, aunque pueden considerarse anacrónicos porque es la época de los puentes metálicos y colgantes. Se da, además, la paradoja de que en el siglo XVIII, a finales del primer periodo o a principios del segundo, los puentes de piedra experimentaron su mayor evolución.»

Jean-Rodolphe Perronet: El ingeniero que convirtió la construcción en espectáculo

Si la ingeniería de piedra tuvo un genio revolucionario, ese fue Jean-Rodolphe Perronet. Para él, el puente no era una masa inerte, sino un equilibrio dinámico de fuerzas. Sus innovaciones no solo fueron técnicas, sino que transformaron la fisonomía de las ciudades:

  • La transparencia de las pilas: Perronet rompió el dogma de Alberti, que desde el siglo XV exigía pilas de 1/5 de la luz del arco. Al comprender que los empujes se compensan cuando los arcos son iguales, redujo el ancho a 1/10. Esta esbeltez otorga a sus puentes una transparencia visual que prefigura la ligereza de las estructuras modernas de hormigón armado, en las que el soporte parece desvanecerse para dejar paso al agua.
  • El teatro del descimbrado: Para que sus pilas estilizadas no colapsaran por empujes asimétricos, Perronet ideó el descimbrado simultáneo. El evento era un espectáculo cortesano: el propio Luis XV asistió al puente de Neuilly para escuchar el crujir de la madera bajo la tensión extrema antes de que la piedra se hiciera dueña de su propio peso. Esta precisión en la maniobra es el antecedente directo de los complejos sistemas de cimbras móviles y gatos hidráulicos de la ingeniería actual.
  • El rebajamiento extremo: En el puente de Nemours, Perronet alcanzó un rebajamiento de 1/15, una cota casi imposible para la sillería. El arco está tan tendido que su silueta se confunde con la de una viga de hormigón de canto variable del siglo XX, desafiando la percepción de estabilidad que el ojo humano asocia con el arco de medio punto.
Grand pont de Nemours. By Chabe01 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=63384411

Gigantes ferroviarios: El regreso de la ingeniería romana en el siglo XIX

La llegada del ferrocarril impuso una escala colosal. Los trenes requerían trazados horizontales, lo que obligó a recuperar la monumentalidad de los acueductos romanos, como el Pont du Gard. Pero la ingeniería decimonónica no se limitó a copiar el pasado; lo refinó.

Inicialmente, se utilizaron niveles superpuestos de arcos de arriostramiento, como en los viaductos de Göltzsch o Chaumont. Sin embargo, la evolución técnica permitió pasar de la superposición a la continuidad vertical. El «eslabón perdido» de esta transición se halla en el Acueducto de los Milagros de Mérida, donde las pilas ya mostraban una verticalidad enfatizada y los arcos intermedios servían de arriostramiento puro. Esta lógica culminó en obras como el Viaducto de Crueize de Léon Boyer, cuyas pilas exentas de 63 metros carecen de arcos intermedios. Es una estética de «pilares limpios» que solo encuentra un precedente remoto en la audacia del puente romano de Alcántara.

Viaducto de Crueize. By Quoique – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=58397725

De Londres a China: El canto del cisne de la piedra

El final de la era de la piedra dejó un epílogo singular. El London Bridge de 1831, tras cumplir su ciclo en el Támesis, fue trasladado, piedra a piedra, al desierto de Arizona en 1971. En Europa, Paul Séjourné cerró el libro de honor con obras maestras como el viaducto de Fontpedrouse, donde un arco ojival sostiene, con un alarde de ingenio, una de las pilas del viaducto superior.

London Bridge in Lake Havasu City. By Guninvalid – Own work, CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=179047851

Aunque en Occidente la piedra pareció rendirse, en Oriente encontró un último refugio de grandeza. En el año 2000 se completó el puente de Danhe en China; con 146 metros de luz, ostenta el récord mundial, demostrando que la sillería aún podía conquistar récords en el umbral del tercer milenio.

Puente de Danhe en China. https://highestbridges.com/wiki/index.php/Danhe_Bridge

La herencia invisible: piedra en la era del acero y el hormigón

La piedra no murió; simplemente se volvió discreta. Durante décadas, sirvió como piel noble para el acero y el hormigón. Las torres del Puente de Brooklyn son arcos ojivales de piedra, y el proyecto original del Puente George Washington en Nueva York preveía forrar su esqueleto metálico con sillería, una idea que solo la Gran Depresión logró descartar.

Hoy, esa herencia es una «invisibilidad» protectora. En rehabilitaciones como la del Puente del Diablo en Martorell, el arco apuntado que vemos es una reconstrucción de 1965 que esconde un alma de hormigón bajo una piel de piedra que reproduce fielmente el intradós del siglo XIII. Es el triunfo de la memoria sobre la materia.

Puente del Diablo, en Martorell. Por Charles Clifford (1819 – 1862)Detalles del artista en Google Art Project – TQFBeJnq1nzZ3g en el Instituto Cultural de Google resolución máxima, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=21977381

Conclusión: El puente como organismo vivo

El ingeniero moderno ha dejado de ser solo un constructor para convertirse en un gestor del patrimonio. Las intervenciones en Madrid sobre los puentes de Segovia y de Toledo ilustran esta faceta. La canalización del Manzanares había «enterrado» los arcos de estos colosos, pero ingenieros como Vicente Olmo supieron devolverles su fisonomía original mediante estanques que recuperaron el cauce antiguo.

En este punto surge el conflicto intelectual: cuando se propuso ensanchar el Puente de Toledo, el gran Carlos Fernández Casado se opuso con vehemencia, argumentando que el puente era una «estructura tridimensional barroca» cuya integridad no admitía alteraciones superficiales. Su defensa del puente como obra de arte total subraya la nobleza del material. Al cruzar hoy estos puentes, cabe una reflexión final: ¿serán nuestras actuales estructuras de hormigón y acero capaces de envejecer y adaptarse con la misma dignidad con la que la piedra ha atravesado los siglos? La respuesta permanece grabada en la sillería que, impertérrita, sigue sosteniendo nuestro camino.

Referencia:

Fernández Troyano, L. (2017). Los puentes de piedra en la era de los ingenieros. En F. J. León & J. M. Goicolea Ruigómez (Eds.), Los puentes de piedra (o ladrillo) antaño y hogaño (pp. 81-93). Fundación Juanelo Turriano. 

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Símbolos en el paisaje: El impacto emocional y social del diseño de puentes

El desafío de los dos siglos: ¿es posible diseñar el tiempo?

Gracias a la vanguardia en ciencia de materiales y a los sistemas de monitorización estructural, hoy nos enfrentamos a un hito técnico sin precedentes: la capacidad de proyectar infraestructuras con una vida útil de doscientos años o más. Sin embargo, este logro de la ingeniería plantea una cuestión que la técnica por sí sola no puede resolver: ¿cómo podemos garantizar que estas obras sigan siendo hermosas y relevantes para las civilizaciones del siglo XXII?

Entramos entonces en el terreno de la durabilidad estética. No basta con que el hormigón resista la carbonatación o el acero la fatiga; la estructura debe poseer una vigencia formal imperecedera que la proteja del olvido o de la demolición por obsolescencia visual. El reto no es solo construir puentes que no se caigan, sino puentes que la posteridad no quiera dejar de mirar.

En este contexto, una posible respuesta apunta al diseño de estructuras racionales: sistemas concebidos con claridad constructiva, centrados en el detalle —y, por tanto, en su conservación— y dotados de una resiliencia que evite la tentación de la optimización extrema. Aquello que no se lleva al límite, ni en lo material ni en lo formal, tiende a adaptarse mejor con el paso del tiempo. Al fin y al cabo, los gustos estéticos, e incluso sus abusos, cambian; lo que hoy parece inevitablemente contemporáneo, mañana puede resultar superfluo. Analizamos el artículo de Beade Pereda (2022) sobre este interesante tema.

La responsabilidad del diseño: contra la tiranía de la rapidez.

Como ingenieros y arquitectos, debemos entender que un puente no es solo una solución logística para unir dos puntos. Es un acto de transformación emocional del paisaje. El diseño de infraestructuras tan prominentes conlleva una carga ética que a menudo se ignora en los despachos, donde prima la urgencia administrativa.

«Somos responsables de diseñar estructuras que, a lo largo de sus extensas vidas útiles, serán cruzadas y percibidas por innumerables personas, cuya experiencia estará determinada por la calidad del trabajo realizado en el diseño y la construcción de estos puentes».

La rapidez es, por definición, la enemiga del icono. Un puente que aspire a la inmortalidad requiere una contextualización profunda: debe respetar la historia, la cultura y la orografía del lugar. Cuando la construcción se despoja de esta sensibilidad para acelerar los plazos, el resultado suele ser una estructura genérica, un objeto de consumo inmediato que carece de alma e inevitablemente envejecerá mal.

Jerarquía y autosimilitud: el orden que agradece la vista.

Al analizar obras maestras como el Pont du Gard, descubrimos que su belleza no es accidental, sino que responde a una coherencia casi fractal. Hablamos de la autosimilitud, un principio que logra la armonía mediante la repetición de geometrías a distintas escalas. No se trata solo de una sucesión de arcos, sino de una jerarquía visual en la que los arcos principales contienen a los secundarios.

Esta organización formal hace que la estructura sea legible desde cualquier distancia y reduce lo que denominamos «fatiga visual». El cerebro humano encuentra placer en este orden lógico. La simetría sigue siendo el estándar del equilibrio y la belleza universal, pero el uso deliberado de la asimetría, como en el puente Octavio Frias de Oliveira, se reserva para hitos que buscan romper la norma y establecerse como referencias visuales disruptivas en el tejido urbano.

La geometría del instinto: por qué amamos el arco.

Nuestra respuesta ante la infraestructura está mediada por mecanismos subconscientes de supervivencia. Existe una clara preferencia atávica por las formas curvas. Los puentes en arco suelen gozar de una aceptación universal, ya que la curva se percibe como algo orgánico y seguro.

No obstante, existe un matiz fascinante en la tipología de los puentes colgantes. Estas estructuras suelen ser las más apreciadas porque logran el equilibrio psicológico perfecto: combinan la «curva de la catenaria» (que nos atrae instintivamente) con torres elevadas y afiladas. En contraste, los puentes atirantados modernos, con sus ángulos marcados y sus líneas agresivas, captan de inmediato nuestra atención. Son memorables y potentes, pero carecen de la calidez subconsciente que hace que el arco o el puente colgante sea una obra acogida con afecto inmediato por la ciudadanía.

La navaja de Ockham frente a la trampa de la espectacularidad.

En la crítica de diseño solemos debatir entre dos filosofías contrapuestas:

  • Pureza formal (Navaja de Ockham): defiende que el diseño más simple entre soluciones equivalentes es el mejor. Puentes como el Stari Most o el puente Kintai demuestran que la elegancia de las proporciones y la honestidad estructural son inmunes a las modas.
  • Memorabilidad (efecto von Restorff): la búsqueda de lo excepcional para que se grabe en la memoria, como el puente Helix o el puente de la Torre de Londres.

Como profesionales, debemos advertir sobre los peligros del efecto von Restorff. Que un puente sea memorable no significa que sea «bueno». La espectacularidad gratuita a menudo se convierte en esclava de la tendencia del momento. La verdadera durabilidad estética reside en la simplicidad y la armonía técnica; un diseño que no grita suele ser el que más tiempo permanece en el imaginario colectivo.

El puente como destino: la escala de la experiencia.

Los puentes que han sobrevivido durante siglos en el afecto popular, como el Puente de Carlos en Praga o el Ponte Vecchio en Florencia, comparten un secreto: dejaron de ser «vías» para convertirse en «lugares». Estos puentes no solo se admiran desde la orilla, sino que se viven.

Para convertir una infraestructura en un destino, es fundamental atender a la escala humana.

  • Espacios interiores dramáticos: el uso de cubiertas y tejados (como en el puente Khaju) crea una atmósfera arquitectónica que trasciende el mero hecho de cruzar.
  • Integración del arte y el mobiliario: esculturas, barandillas estructurales y detalles ornamentales que invitan al peatón a detenerse.
  • El puente como mirador: diseñar el paso para que el usuario no solo pase, sino que experimente el paisaje a través de vistas enmarcadas y reflejos intencionados.

Conclusión: lo bello es consecuencia de lo correcto.

La durabilidad estética no es algo que se añada al final del proyecto, sino que es consecuencia de la integridad técnica y del respeto cultural. Un diseño excelente puede morir prematuramente si su mantenimiento exige añadidos posteriores que traicionen la intención original del autor. Por ello, la elección de materiales nobles y una concepción que facilite su conservación son decisiones de diseño fundamentales.

Como bien expresa el aforismo japonés: «Lo bello es la consecuencia de lo correcto».

Un puente ideal debe ser funcional y coherente, pero, sobre todo, debe integrarse en su entorno con una escala adecuada. Al proyectar las venas de nuestras ciudades futuras, debemos hacernos la siguiente pregunta: ¿Estamos diseñando objetos de consumo inmediato que la historia devorará en cincuenta años o estamos construyendo monumentos que las generaciones del siglo XXII protegerán como su legado más preciado?

Te dejo una conversación en la que puedes escuchar algunas de las ideas más interesantes.

En este vídeo se resumen bien los conceptos tratados.

Referencia:

Beade Pereda, H. (2022). Sobre la durabilidad estética en el diseño de puentes. Hormigón y Acero, 73(297), 7-14.

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El puente de Quebec: la doble tragedia que forjó el «Anillo de Hierro» de los ingenieros

Puente de Quebec, Canadá. Por Murielle Leclerc, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20033047

Introducción: El puente que tuvo que caer para enseñar a construir.

Las grandes obras de la humanidad a menudo esconden historias de sacrificio y fracaso. Las estructuras que hoy admiramos por su grandeza fueron, en su momento, escenarios de tragedias que nos obligaron a aprender de la peor manera posible. Pocos ejemplos son tan crudos y reveladores como el del puente de Quebec, en Canadá. Su historia no solo es la de un colapso, sino también la de una catástrofe que sacudió los cimientos de la ingeniería y redefinió para siempre el significado de construir con responsabilidad.

La catástrofe del puente de Quebec no solo fue una tragedia de acero retorcido y vidas perdidas, sino también el catalizador que forjó una nueva conciencia ética en toda una profesión. Su legado no se mide en toneladas de acero, sino en los principios que hoy rigen la profesión de la ingeniería en Canadá y en todo el mundo.

A continuación, desvelamos cinco datos impactantes y poco conocidos sobre su catastrófica construcción que transformaron la ingeniería moderna.

1. El desastre ocurrió dos veces, no una.

La memoria colectiva recuerda el estruendoso colapso de 1907, pero la trágica historia del puente de Quebec no terminó ahí. La estructura falló catastróficamente en dos ocasiones distintas, con nueve años de diferencia entre ellas.

El primer colapso, ocurrido el 29 de agosto de 1907, se produjo durante la fase final de la construcción del brazo sur. Sin previo aviso, casi 19 000 toneladas de acero se precipitaron al río San Lorenzo en menos de 15 segundos. El estruendo fue tan violento que los habitantes de la ciudad de Quebec, situada a diez kilómetros de distancia, creyeron que se trataba de un terremoto. Murieron 75 trabajadores (otras fuentes hablan de 76). La investigación posterior determinó que la causa inmediata había sido el fallo por pandeo del cordón de compresión A9L, una viga masiva situada cerca del pilar principal, debido a un diseño deficiente de su entramado interno.

Desastre del puente de Quebec. Restos tras el colapso del tramo sur en 1907, que causó la muerte de 75 personas. Courtesy of Dominion Bridge Company Ltd./Library and Archives Canada/PA-109498

El segundo colapso (11 de septiembre de 1916) ocurrió durante el rediseño y la reconstrucción del puente. Mientras se izaba la sección central de 5000 toneladas para conectar los dos brazos del puente, se fracturó una pieza de fundición del equipo de elevación. La enorme pieza de acero se desplomó al río ante la mirada de miles de espectadores, llevándose la vida a otros trece trabajadores.

Como sombrío monumento a la tragedia, esa sección central, caída en 1916, todavía descansa en el lecho del río San Lorenzo. Este doble desastre subrayó la inmensa dificultad del proyecto y la necesidad de revisar por completo las prácticas y la ética de la ingeniería.

2. La «arrogancia» de un solo ingeniero fue la causa raíz.

El colapso de 1907 no fue un simple error de cálculo, sino que, en gran medida, fue el resultado de la soberbia profesional. La Comisión Real de Investigación, creada para analizar el desastre, señaló a un responsable principal: Theodore Cooper, uno de los ingenieros de puentes más prestigiosos de Estados Unidos de su época.

La arrogancia de Cooper se puso de manifiesto en una serie de decisiones fatales. La más grave fue ordenar, para ahorrar costes, alargar el vano principal del puente de 490 a 550 metros. Como concluyó la Comisión, se cometió «un grave error al asumir el peso muerto en los cálculos con un valor demasiado bajo y al no revisar posteriormente esta suposición». El peso real de la estructura era entre un 10 % y un 30 % mayor que el calculado, lo que constituyó un fallo directo de su supervisión. Su mala salud le impidió visitar la obra, por lo que la dirigió desde su oficina en Nueva York.

Esta negligencia se convirtió en una tragedia cuando Norman McLure, un joven ingeniero contratado por Cooper para inspeccionar la zona, empezó a enviar informes alarmantes. Las vigas de compresión inferiores, los cordones masivos que soportaban el peso, mostraban un pandeo visible, es decir, se estaban doblando. Cuando McLure se lo comunicó, la primera reacción de Cooper fue mostrarse incrédulo: «¿Cómo ha podido suceder eso?». Cooper desarrolló su propia teoría a distancia: las vigas debían haber sido golpeadas por equipos de elevación. McLure investigó y no encontró ninguna prueba. Las vigas continuaban doblándose bajo el peso mal calculado.

La arrogancia de Cooper alcanzó su punto álgido cuando Robert Douglas, un ingeniero del Gobierno canadiense, criticó las tensiones inusualmente altas de su diseño. Cooper respondió de forma tajante:

“This puts me in the position of a subordinate, which I cannot accept.”

La tragedia fue el resultado de un fallo de comunicación. El 29 de agosto, tras la insistencia de McLure, Cooper envió por fin un telegrama a la oficina de la constructora en Pensilvania en el que escribió: «No añadan más carga al puente». Sin embargo, asumió que el mensaje se transmitiría y que se detendrían los trabajos. No fue así. La gerencia del lugar ignoró la orden y decidió esperar hasta el día siguiente para actuar. A las 17:30 h de esa misma tarde, el puente se derrumbó.

3. La tragedia transformó para siempre a la comunidad Mohawk.

La catástrofe de 1907 no solo fue una tragedia de ingeniería, sino también un profundo trauma cultural para la comunidad Mohawk de Kahnawake, cuyos hombres eran reconocidos por su extraordinaria habilidad y valentía para trabajar en las alturas.

El coste humano fue devastador. De los 75 trabajadores que murieron en el primer derrumbe, 33 eran hombres Mohawk de la pequeña comunidad de Kahnawake. La pérdida fue tan grande que cuatro apellidos de la comunidad desaparecieron por completo tras la tragedia.

Lo que sucedió después fue un acto de resiliencia social sin precedentes. Las mujeres Mohawk, en un acto de «decisión matriarcal histórica», se reunieron y dictaminaron una nueva ley para proteger a su pueblo: nunca más se permitiría que los hombres de Kahnawake trabajaran todos juntos en un mismo proyecto de construcción. A partir de ese momento, debían dispersarse en pequeños grupos por toda Norteamérica.

Esta decisión tuvo una consecuencia inesperada y extraordinaria. Los herreros Mohawk se extendieron por Canadá y Estados Unidos, convirtiéndose en una fuerza laboral de élite en la construcción de los rascacielos más icónicos de Nueva York, como el Empire State Building, el Chrysler Building, el puente George Washington y, décadas después, el World Trade Center.

Anillo de hierro usado por los ingenieros canadienses – Imagen: WikiMedia.

4. El famoso anillo de hierro de los ingenieros no proviene del puente (pero la razón es más profunda).

En Canadá, los ingenieros recién graduados participan en una ceremonia solemne llamada «El Ritual de la Vocación de un Ingeniero», en la que reciben un anillo de hierro que llevan en el dedo meñique de la mano con la que escriben. Durante décadas ha circulado la poderosa leyenda de que los primeros anillos se fabricaron con el acero del puente de Quebec que se derrumbó.

Aunque es una historia bonita, es falsa. Fuentes oficiales, como «The Corporation of the Seven Wardens», que administra el ritual, confirman que se trata de un mito simbólico. Sin embargo, su verdadero origen está directamente ligado a una tragedia. El profesor H.E.T. Haultain, al sentir que la profesión necesitaba un «nexo de unión» moral, impulsó la creación de un juramento. Para ello, contó con la ayuda de una de las figuras literarias más importantes de la época: el autor y premio Nobel Rudyard Kipling.

Kipling escribió el texto del juramento (la «Obligación») y ayudó a diseñar el anillo. La primera ceremonia tuvo lugar el 25 de abril de 1925. La razón por la que se refuta activamente el mito es profunda: los anillos se fabrican con acero inoxidable estándar para garantizar que el mensaje sea la responsabilidad, no la superstición. Su superficie áspera sirve de recordatorio constante de las consecuencias de un trabajo mal hecho y del deber de servir a la humanidad por encima de todo.

Conclusión: un monumento de acero y una lección eterna.

Hoy en día, el puente de Quebec sigue en pie. Ostenta el récord del puente tipo ménsula más largo del mundo y es un eslabón vital del transporte en Canadá. Sin embargo, su verdadera grandeza no radica en sus miles de toneladas de acero, sino en las lecciones indelebles que se aprendieron de sus escombros. Es un monumento a las 88 personas que perdieron la vida en sus dos derrumbes y un recordatorio perpetuo de las consecuencias del error y de la arrogancia humana.

Su legado más duradero es invisible: los estándares éticos y la cultura de la responsabilidad que obligó a crear. El Ritual de la Vocación de un Ingeniero, nacido de su fracaso, ha sido adoptado por más de medio millón de ingenieros y se ha convertido en un poderoso símbolo de la profesión. La tragedia nos dejó una pregunta que sigue resonando hoy con más fuerza que nunca: ¿qué «puentes» estamos construyendo hoy con las nuevas tecnologías y prestando suficiente atención a las lecciones de humildad y responsabilidad que nos dejó esta tragedia de hace más de un siglo?

En este audio se recoge una conversación en la que se analizan los aspectos más relevantes de los desastres sufridos por este puente y por el Anillo de Hierro.

Este vídeo constituye una buena síntesis de las ideas fundamentales del artículo.

En este documento se sintetiza la información anterior.

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Referencia:

Pearson, C., & Delatte, N. (2006). Collapse of the Quebec bridge, 1907. Journal of performance of constructed facilities, 20(1), 84-91.

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Optimización y control inteligente de puentes atirantados

Acaban de publicar un artículo nuestro en Results in Engineering, una de las revistas de mayor impacto científico, ubicada en el primer decil del JCR. Este trabajo trata sobre un sistema avanzado para el seguimiento de la salud estructural (SHM, por sus siglas en inglés) y la optimización de puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados (hiperestáticos).

La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Además, muestra la internacionalización de nuestro grupo de investigación, en este caso, con China. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.

 El problema central que se aborda en este trabajo es la insuficiencia de los métodos de supervisión tradicionales, ya que no permiten una vigilancia continua, en tiempo real y a distancia, crucial para garantizar la seguridad, la longevidad y el mantenimiento rentable de estas complejas infraestructuras.

La solución propuesta es una plataforma inteligente en la nube para el control y la alerta temprana que integra la informática, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este sistema combina los datos de supervisión en tiempo real, obtenidos mediante la tecnología de Internet de las Cosas (IoT), con modelos de elementos finitos (FEM) para evaluar con precisión el estado de la estructura.

Su eficacia se demostró mediante un estudio de caso del Puente del Río Amarillo en China (LZYB). El análisis de los datos de seguimiento y las simulaciones por elementos finitos revelaron que el diseño original del puente era excesivamente conservador, ya que la deflexión vertical real bajo cargas operativas representaba entre el 26,5 % y el 33,9 % del valor predicho en el diseño.

Con base en este hallazgo, se optimizó el diseño de la viga principal del puente, lo que permitió reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo en un 15 %. Un análisis posterior del ciclo de vida (LCA) cuantificó los beneficios de esta optimización, que incluyen una reducción de 2009,65 toneladas de emisiones de CO₂ y un ahorro económico de 2 694 189,55 CNY, sin comprometer la seguridad ni el rendimiento estructural. Este enfoque representa un nuevo paradigma para el mantenimiento seguro, económico y sostenible de infraestructuras críticas.

1. Introducción y desafíos de la auscultación estructural.

Los puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados están sometidos a múltiples factores que pueden afectar a su integridad, como la respuesta dinámica de la estructura y el daño por fatiga acumulada debido a la interacción de cargas múltiples y condiciones ambientales complejas. Las microfisuras internas pueden propagarse hasta convertirse en fisuras macroscópicas y provocar la inestabilidad y el fallo de la estructura.

1.1. Limitaciones de los métodos tradicionales.

  • Inspección visual: los métodos iniciales, basados en la inspección visual realizada por personal cualificado para detectar defectos superficiales, como las grietas por fatiga, son imprecisos y propensos a errores.
  • Supervisión de la salud estructural (SHM) convencional: ha mejorado la precisión, pero enfrenta desafíos como la falta de sensores adecuados para el monitoreo autónomo a largo plazo y de algoritmos eficaces para predecir y diagnosticar daños locales por fatiga.
  • Enfoques basados en algoritmos: existen dos métodos principales: los basados en modelos, que utilizan un modelo de elementos finitos preciso, pero que consumen mucho tiempo, y los basados en datos, que analizan series temporales continuas, pero que pueden verse limitados por las bajas tasas de transmisión de datos de las redes inalámbricas.

El estudio aborda estas limitaciones combinando las ventajas de ambos enfoques e integrando algoritmos innovadores de alta eficiencia para avanzar en la monitorización continua de la salud estructural.

2. Marco teórico e innovación del sistema.

El trabajo establece un modelo teórico complejo y una plataforma inteligente que integra múltiples disciplinas para superar las barreras técnicas del seguimiento tradicional.

2.1. Puntos clave de la innovación.

  1. Modelo interdisciplinario: se desarrolló un modelo teórico modal complejo, multifactorial y de múltiples fuentes que combina la ciencia de la computación, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este modelo analiza el impacto de múltiples factores en las estructuras de los puentes y permite realizar un seguimiento de alertas tempranas en una plataforma en la nube.
  2. Supervisión basada en IoT: se adopta un monitoreo en línea, automatizado y en tiempo real basado en el Internet de las cosas (IoT). De este modo, se soluciona la incapacidad de la tecnología tradicional para lograr un seguimiento espaciotemporal continuo y a gran distancia, y se transforma el seguimiento de un «basado en puntos, indirecto y de ajuste de curvas» a otro «espacial, directo y continuo».
  3. Sistema de alerta temprana: proporciona un modelo eficaz de control y de alerta temprana para diversos tipos de deterioro, como grietas, deformaciones, envejecimiento y vibración dinámica. Valida la viabilidad de la estructura en términos de integridad, seguridad, durabilidad y control de la resistencia.

2.2. Componentes del modelo teórico.

El modelo matemático integra varios análisis para evaluar el estado de la estructura:

  • Daño por fatiga estructural: utiliza un modelo de daño por fatiga acumulativa no lineal para analizar la propagación de las fisuras y la degradación continua del módulo de elasticidad del hormigón.
  • Daño por fatiga del acero: se considera que la vida útil del puente está determinada principalmente por la fatiga de las barras de acero. El modelo calcula la profundidad crítica de la fisura y la tensión residual del acero.
  • Efecto de cargas múltiples: se aplica un modelo de mezcla gaussiana para analizar los datos de monitorización, que presentan una distribución de picos múltiples, y se calcula la deflexión total considerando la carga viva, la tensión térmica, la pérdida de pretensado y la retracción y la fluencia del hormigón.
  • Acoplamiento vehículo-puente: Construye una ecuación de un sistema de movimiento acoplado para analizar las interacciones mecánicas entre los vehículos y el puente.
  • Optimización dinámica estructural: utiliza un modelo matemático basado en la función lagrangiana para realizar un diseño de optimización dinámica con un ritmo de convergencia rápido.

3. Estudio de caso: el puente del río Amarillo (LZYB)

La metodología se aplicó a esta estructura atirantada, con un vano principal de 360 metros, ubicada en China.

3.1. Descripción del puente y sistema de control

  • Especificaciones: El LZYB es un puente extragrande para autopista de cuatro carriles con torres romboidales de hormigón armado (C50), una altura de torre de hasta 151 metros y cables atirantados de haces de alambre de acero paralelos galvanizados.
  • Sistema de monitorización: se instalaron 374 dispositivos de 10 tipos diferentes, incluidos sensores de temperatura y de humedad, acelerómetros, extensómetros y sensores de fibra óptica, entre otros. Estos dispositivos se ubicaron en puntos críticos de momento flector y de fuerza cortante, determinados mediante principios de mecánica y el modelo FEM. Los datos se transmiten en tiempo real a una plataforma en la nube basada en internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) para su análisis y alerta temprana.
Número Elementos de control Indicadores de alerta Método de adquisición
1 Análisis del modelo de vehículo Identificación de carga nominal (nº de ejes, longitud) Videovigilancia
2 Análisis del flujo de tráfico Autopista de 4 carriles (ADT 2 500-55 000 vehículos) Videovigilancia; captura de video
3 Análisis de sobrepeso Límite de 49 toneladas (se detectaron 82.5; 110 ton) Control dinámico de pesaje
4 Análisis de exceso de velocidad Límite de 80 km/h Control de flujo con exceso de velocidad
5 Control de temperatura ambiental Intervalo de control: -15 ~ 39 °C Sensor de fibra óptica de temperatura
6 Control de humedad ambiental 6,5 % ~ 98 % (torre principal); prevenir corrosión Sensor de fibra óptica de humedad
7 Control de carga de viento Velocidad del viento < 25,8 m/s Anemómetro
8  Control de carga sísmica E1 < 0,20g Instrumento de medición de movimiento del suelo
9  Control de respuesta estructural Frecuencia natural inferior al valor teórico calculado Equipo de monitorización de fibra óptica

3.2. Análisis de los datos de monitorización en tiempo real (abril-julio).

  • Cargas de tráfico: se observó un crecimiento mensual significativo en el volumen total de tráfico, en el número de vehículos con sobrepeso y en el de vehículos que circulaban a exceso de velocidad. El tráfico medio diario osciló entre 7319 y 14 431 vehículos, con picos en junio y julio.
  • Respuesta estructural (deformación): la respuesta de deformación bajo cargas de vehículos mostró una distribución de picos múltiples. El análisis identificó que dicha respuesta se concentraba en la sección de 3.50 L a 5.50 L del lado oeste.
  • Acoplamiento temperatura-deflexión: se halló una fuerte correlación positiva entre la temperatura ambiental y la deflexión de la viga principal (R² = 0,6953). La deflexión máxima registrada fue de 628,9 mm. El análisis identificó las zonas de la viga principal en las que la influencia de la temperatura sobre la deflexión era más marcada.

3.3. Acoplamiento y análisis mediante el modelo de elementos finitos (MEF).

Se creó un modelo 3D del LZYB en Abaqus/CAE 2021 para simular su comportamiento bajo cargas de diseño. Los resultados de la simulación fueron los siguientes:

  • Energía: la energía máxima se concentró en la losa de fondo de la viga principal, entre los vanos 2 y 3.
  • Deformación: la máxima deformación (0,004813 µε) se observó en la parte media de los cables atirantados.
  • Tensión: La tensión máxima (991,175 MPa) se localizó también en los cables atirantados, concretamente en el cable 3-1.
  • Desplazamiento: El desplazamiento vertical máximo calculado fue de 0,002267 metros en el centro del vano principal (sección 6L/12 de la viga).

4. Discusión: optimización y evaluación de la sostenibilidad.

La comparación entre los datos de supervisión en tiempo real y los resultados del FEM sirvió de base para optimizar el diseño.

4.1. Redundancia estructural identificada.

El análisis comparativo reveló una discrepancia significativa: la deflexión vertical global del puente durante su funcionamiento (entre 0,0021 y 0,5944 m) representaba entre el 26,50 % y el 33,90 % del valor máximo predicho por el modelo FEM con cargas de diseño (hasta 2,2434 m). Este hecho indica que el diseño estructural es significativamente conservador o «redundante».

4.2. Optimización del diseño de la viga principal.

Aprovechando la redundancia identificada, se llevó a cabo un proceso de optimización del diseño acoplado de la viga principal. Se analizó el impacto de reducir el volumen de hormigón de la viga de forma iterativa.

Resultado de la optimización: se determinó que era posible reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo de la viga principal en un 15 % (es decir, reducir su espesor a 70 mm) sin comprometer el cumplimiento de los requisitos de rendimiento bajo las cargas de diseño originales.

4.3. Evaluación del ciclo de vida (LCA) y de los beneficios.

Se realizó una evaluación del ciclo de vida (LCA) para cuantificar los beneficios ambientales y económicos del diseño optimizado.

Beneficios ambientales y económicos: la reducción del 15 % del hormigón utilizado en la viga principal se traduce en un ahorro significativo a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto.

Indicador de evaluación Reducción
Calentamiento global (GWP100a) 2009,65 toneladas de CO2 eq.
Acidificación (AP) 8,86 toneladas de SO2 eq.
Eutrofización (FEP) 7,12 toneladas de PO4 eq.
Polvo en suspensión (PMFP) 79,63 toneladas
Ahorro económico (coste de material) 2 694 189,55 CNY

5. Conclusiones y hallazgos clave

La investigación demuestra con éxito la viabilidad de un sistema inteligente de supervisión en la nube, acoplado a un modelado FEM, para analizar la seguridad y optimizar el diseño de puentes de gran envergadura.

Resultados clave:

  1. Fallo de cables: el fallo de los cables es un factor crítico para la estabilidad de los puentes atirantados y debe ser un objetivo principal del seguimiento.
  2. Ubicación de la tensión máxima: la tensión más alta se concentra en los cables más largos (en este caso, el cable n.º 10), específicamente en la zona situada a menos de 2 metros de la parte superior de la torre principal.
  3. Diseño del sistema de monitorización subóptimo: el diseño actual de los puntos de control resulta ineficiente. No hay sensores en la parte superior de la torre, donde la tensión es máxima, mientras que hay demasiados en la viga principal.
  4. Enfoque del mantenimiento: el mantenimiento rutinario de los cables atirantados debe centrarse en las zonas de conexión de la parte superior de la torre y de la viga principal.

Innovación y limitaciones: La principal innovación del estudio consiste en aplicar de manera sistemática datos medidos y el modelado FEM 3D para resolver problemas de seguridad y optimización en puentes complejos. Esto ofrece un ejemplo práctico de supervisión en tiempo real y de análisis de la solidez de los datos. Una limitación reconocida es la falta de un estudio en profundidad sobre los efectos destructivos de las sobrecargas de peso y de velocidad, lo que sugiere una línea de investigación para el futuro.

Referencia:

ZHOU, Z.; ZHAO, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Intelligent operation monitoring and finite element coupled identification of hyperstatic structures. Results in Engineering, 27, 106990. DOI:10.1016/j.rineng.2025.106990

Os dejo una conversación en la que podéis escuchar las ideas más interesantes de este trabajo.

En este vídeo se resumen las ideas más importantes.

Os he dejado una presentación que resume también lo más importante.

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Os dejo el artículo completo, ya que está publicado en formato abierto.

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Optimización multiobjetivo de pasarelas mixtas: un equilibrio entre sostenibilidad y protección frente al fuego

Acaban de publicar un artículo nuestro en Structural Engineering and Mechanics, una de las revistas de referencia del JCR. Este trabajo sintetiza los resultados de un estudio en el que se presenta un marco de optimización multiobjetivo innovador para el diseño de pasarelas peatonales con estructuras mixtas de acero y hormigón.

La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información contextual.

El objetivo principal de esta investigación ha sido equilibrar la eficiencia económica y medioambiental con la seguridad estructural y el confort del usuario, integrando de manera única la resiliencia ante incendios. A diferencia de investigaciones previas, este trabajo incorpora seis escenarios distintos de exposición al fuego, desde 320 hasta 720 segundos, para evaluar el rendimiento de la estructura en condiciones extremas.

Los resultados revelan una relación directa y lineal entre el coste y las emisiones de CO₂, lo que demuestra que por cada dólar estadounidense (1 USD) ahorrado en el coste por metro de la estructura, se reduce la emisión de 0,7727 kg de CO₂. Este descubrimiento posiciona la optimización de costes como una estrategia que favorece la sostenibilidad económica y medioambiental.

Un descubrimiento clave es que se pueden lograr mejoras sustanciales en la seguridad contra incendios con inversiones moderadas. Un aumento del 23 % en el coste permite que la estructura resista casi 8 minutos (460 segundos) de exposición al fuego antes de colapsar, mientras que incrementos menores, del 3,91 % y 15,06 %, aseguran la estabilidad durante 320 y 400 segundos, respectivamente. El estudio también pone de manifiesto un cambio fundamental en la configuración del diseño óptimo: mientras que los diseños esbeltos son más eficientes en términos de coste y emisiones en condiciones normales, las configuraciones más compactas son necesarias para garantizar la seguridad en caso de exposición prolongada al fuego. Estos resultados ofrecen directrices prácticas para el desarrollo de infraestructuras urbanas más seguras, resilientes y sostenibles.

1. Marco de optimización multiobjetivo.

El estudio aborda una brecha crítica en ingeniería estructural: la falta de investigaciones que apliquen métodos de optimización a infraestructuras reales, integrando simultáneamente criterios de sostenibilidad (económicos, medioambientales y sociales) y de seguridad, especialmente en condiciones extremas, como la exposición al fuego.

1.1. Metodología aplicada

El análisis se centra en una pasarela peatonal de estructura mixta de acero y hormigón, con una luz de 17,5 metros, ubicada en el sur de Brasil. Con el fin de hallar las soluciones óptimas, se empleó un algoritmo de Búsqueda de Armonía Multiobjetivo (MOHS, por sus siglas en inglés), desarrollado a medida en Python. El proceso de optimización busca minimizar simultáneamente tres funciones objetivo:

  • Coste: coste de los materiales necesarios para construir la estructura, basado en los precios del mercado brasileño.
  • Emisiones de CO₂: el impacto ambiental, medido por las emisiones de CO₂ asociadas a la producción de los materiales, para lo que se han utilizado indicadores específicos de la región objeto de estudio.
  • Aceleración vertical máxima: medida del confort de los peatones, calculada a partir de las vibraciones inducidas por su movimiento.

El modelo tiene en cuenta ocho variables de diseño discretas, como el espesor de la losa de hormigón y las dimensiones de las vigas de acero, lo que da como resultado un espacio de búsqueda de 7×10¹¹ soluciones posibles.

Ilustración de la pasarela mixta

1.2. Escenarios de exposición al fuego.

Una de las innovaciones centrales del estudio es incorporar la resiliencia al fuego en el proceso de optimización. Se ha simulado un escenario de incendio de un vehículo debajo de una pasarela utilizando una curva tiempo-temperatura específica, desarrollada a partir de pruebas experimentales realizadas en puentes no confinados. Además de la condición a temperatura ambiente (0 segundos), se analizaron seis periodos de exposición al fuego que provocaron una degradación significativa de las propiedades mecánicas del acero.

Periodo de exposición al fuego (s) Temperatura del acero (°C) Factor de reducción (límite elástico) Factor de reducción (módulo de elasticidad)
0 20 1,00 1,00
320 200 1,00 0,90
400 300 1,00 0,80
460 400 1,00 0,70
510 500 0,78 0,60
560 600 0,47 0,31
720 700 0,23 0,13

2. Hallazgos clave y análisis de resultados.

El proceso de optimización generó un frente de Pareto tridimensional que muestra los equilibrios entre coste, emisiones y confort en los distintos escenarios de incendio.

2.1. Relación lineal entre el coste y las emisiones de CO₂.

Se identificó una relación directa y consistente entre el coste de fabricación y las emisiones de CO₂ en todos los escenarios analizados. Los datos demuestran que cada real brasileño (R$) ahorrado mediante la optimización equivale a una reducción de 0,1358 kg de CO₂. Convertido a dólares estadounidenses, esto equivale a una reducción de 0,7727 kg de CO₂ por cada dólar estadounidense ahorrado por metro de pasarela.

Esta correlación confirma que la optimización económica es una herramienta eficaz para promover la sostenibilidad medioambiental, especialmente en regiones que necesitan desarrollar infraestructuras sin sacrificar la eficiencia económica.

2.2. Intercambio entre la resistencia al fuego y el coste.

Como era de esperar, aumentar la resistencia de la estructura al fuego implica un mayor coste y, por tanto, más emisiones. Sin embargo, el estudio demuestra que es posible lograr mejoras significativas en la seguridad con incrementos de coste relativamente bajos o moderados.

  • Un incremento del 3,91 % en el coste permite que la estructura resista durante 320 segundos (5 minutos) de fuego.
  • Un incremento del 15,06 % extiende la resistencia a 400 segundos (6,5 minutos).
  • Un incremento moderado del 23 % evita el colapso durante casi ocho minutos (460 segundos), lo que proporciona un tiempo valioso para la evacuación.
  • Diseñar para resistir un incendio de 12 minutos (720 segundos) incrementa el coste en más del 400 %, por lo que resulta inviable en la mayoría de los casos.

2.3. Impacto en el confort de los peatones.

Los objetivos de coste y confort son conflictivos: un mayor confort (menor aceleración vertical) exige una mayor rigidez estructural, lo que se traduce en un mayor consumo de materiales.

  • Pasar de un nivel de confort «mínimo» a «medio» implica un aumento del coste promedio del 44 %.
  • Mejorar el nivel de confort de «medio» a «máximo» solo requiere un aumento promedio del 6 % en el coste, lo que sugiere que es una inversión factible en la mayoría de los escenarios.
  • La excepción es el escenario de 12 minutos de fuego, en el que alcanzar el nivel de confort «máximo» supone un 68 % más que el «medio», debido a la grave degradación del rendimiento del acero.

3. Implicaciones prácticas y configuraciones óptimas de diseño.

El análisis de las variables de diseño de las soluciones óptimas revela patrones claros y ofrece implicaciones prácticas para la ingeniería.

3.1. Evolución del diseño en función de la exposición al fuego.

La configuración geométrica óptima de la pasarela varía drásticamente según el tiempo de exposición al fuego considerado.

  • En ausencia de fuego o con una exposición breve, la solución más eficiente es un diseño de alta esbeltez, con vigas de acero altas y delgadas que se acercan a los límites normativos. Así se minimiza el consumo de material, lo que reduce costes y emisiones.
  • Con una exposición prolongada al fuego (es decir, superior a 510 segundos), la solución óptima se desplaza hacia configuraciones más compactas y menos esbeltas. Se observa un aumento considerable del espesor del alma y de las alas de las vigas de acero.

Este cambio se debe a que, a altas temperaturas, el límite de esbeltez (que depende del módulo de elasticidad y del límite elástico del acero) disminuye considerablemente. En los escenarios más extremos, el límite de esbeltez deja de ser una restricción activa y el algoritmo prioriza la robustez geométrica para cumplir con otros requisitos de diseño.

Periodo de exposición (s) Esbeltez óptima / Límite de esbeltez
0 99,17 %
460 99,54 %
560 68,45 %
720 46,98 %

3.2. Estrategias de materiales.

  • Preferencia por el acero: el estudio revela que, para aumentar la seguridad contra incendios, es más rentable y sostenible incrementar el consumo de acero (a pesar de la degradación de sus propiedades) que aumentar la rigidez mediante una losa de hormigón más gruesa.
  • Interacción total: en todas las soluciones óptimas de menor coste, el grado de interacción entre la viga de acero y la losa de hormigón es del 100 % (α = 1,0), lo que indica que el comportamiento compuesto completo es la opción más eficiente.

4. Conclusiones principales

El estudio presenta un marco sólido para el diseño de pasarelas mixtas de acero y hormigón y demuestra que es posible equilibrar sostenibilidad, economía y seguridad. Las conclusiones más relevantes son las siguientes:

  • Sostenibilidad y coste vinculados: existe una relación lineal y cuantificable entre la reducción de costes y la disminución de las emisiones de CO₂, por lo que la optimización económica puede utilizarse como herramienta para la sostenibilidad ambiental.
  • Seguridad contra incendios asequible: es posible mejorar significativamente la seguridad de una pasarela ante un incendio con incrementos de coste moderados y económicamente viables.
  • El diseño se adapta al riesgo: la configuración óptima de una estructura no es universal; los diseños esbeltos son ideales para condiciones normales, pero las configuraciones compactas son cruciales para la resiliencia en escenarios de incendio prolongados.
  • Implicaciones para el diseño: los resultados subrayan la importancia de incorporar escenarios de riesgo extremo en las primeras fases del diseño estructural para crear infraestructuras más seguras y resilientes sin comprometer desproporcionadamente los recursos.

Estas conclusiones se aplican únicamente a la tipología de estructura y al escenario de incendio estudiados, así como a los costes y a los factores de emisión regionales. Por tanto, se requieren más investigaciones para validar y extender estos resultados a otros contextos.

Referencia:

TRES JUNIOR, F.L.; DE MEDEIROS, G.F.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Designing for Safety and Sustainability: Optimization of Fire-Exposed Steel-Concrete Composite Footbridges. Structural Engineering and Mechanics, 96 (4):337-350. DOI:10.12989/sem.2025.96.4.337

En esta conversación puedes escuchar información interesante sobre este tema.

En este vídeo se resumen las ideas más importantes de esta investigación.

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Cómo se construyen los puentes por voladizos sucesivos: ingeniería en el aire.

Figura 1. Construcción por voladizos sucesivos. By Störfix [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], from Wikimedia Commons

Al cruzar un gran viaducto que se alza sobre un profundo valle, es inevitable preguntarse cómo se construye una estructura de esa magnitud sin apoyos en el suelo. No hay andamios que se eleven cientos de metros hasta alcanzar el tablero. La respuesta reside en un método constructivo que, a primera vista, parece desafiar la gravedad: la construcción mediante voladizos sucesivos.

El sistema de construcción por voladizos sucesivos in situ es un método avanzado para la construcción de puentes de hormigón pretensado desarrollado en la década de 1950. Está diseñado específicamente para superar grandes luces, de entre 60 y más de 200 metros, un rango en el que las soluciones tradicionales con cimbradas o empujadas no son viables. El principio fundamental consiste en construir el tablero del puente de manera progresiva y simétrica a ambos lados de una pila. El tablero se divide en segmentos denominados «dovelas», que se hormigonan in situ y se anclan a la sección previamente construida mediante cables de pretensado.

A continuación, desvelamos cinco claves que explican cómo la ingeniería hace posible levantar estos gigantes de hormigón «en el aire».

1. El equilibrio perfecto: construir hacia el vacío.

El principio esencial de este sistema es el equilibrio. En lugar de avanzar desde el terreno hacia arriba, el puente se construye hacia los lados desde la parte superior de cada pilastra, extendiéndose en voladizo en ambas direcciones simultáneamente. Cada nuevo segmento, o dovela, se añade alternativamente en ambos sentidos, manteniendo las cargas compensadas. Así, la pila actúa como un eje de un balancín: si un lado crece, el otro debe crecer también para mantener la estabilidad.

Figura 2. Esquema del principio de la construcción por voladizos. Dibujo: V. Yepes

Cuando, por necesidades de la obra, se avanza más en un extremo que en otro, se instalan apoyos provisionales para garantizar la seguridad. Por lo general, cada ciclo constructivo permite ejecutar un par de dovelas por semana. Estas piezas se fijan a la parte ya construida mediante pretensado, tensando cables de acero internos que comprimen el hormigón y le confieren una gran resistencia.

2. Las máquinas colgantes: los carros de avance.

La construcción en voladizo es posible gracias a unas máquinas tan ingeniosas como espectaculares: los carros de avance. Estas estructuras móviles se suspenden del tablero ya construido y sirven como plataformas de trabajo desde las cuales se colocan las armaduras, el encofrado y el hormigón fresco del siguiente tramo.

Históricamente, se empleaban dos tipos: los de vigas superiores y los de vigas inferiores. Los primeros, más ligeros, tendían a deformarse bajo el peso del hormigón, lo que podía provocar fisuras en las juntas. Los segundos resolvían este problema, pero requerían tensiones de pretensado mayores. La evolución tecnológica ha llevado a los carros autoportantes, sistemas más rígidos y precisos en los que el propio encofrado actúa como estructura indeformable. En la actualidad, son auténticas fábricas colgantes que avanzan paso a paso sobre el vacío construyendo el puente del que dependen.

Figura 3. Carro de avance moderno, anclado al tablero. http://www.sten.es/encofrados/viaductos/

3. El puente no es «un» puente hasta el final.

Durante gran parte del proceso, el puente no existe como estructura continua. Cada pila soporta dos voladizos independientes que se acercan sin tocarse. Solo al final del proceso se unen mediante dos operaciones críticas. En primer lugar, se ejecuta la dovela de cierre, es decir, el segmento que une físicamente los extremos de los voladizos. Sin embargo, en ese momento, la estructura aún se comporta como dos piezas simplemente apoyadas. La verdadera transformación se produce con el tesado de continuidad: se introducen nuevos cables de acero a lo largo del eje del tablero y se tensan, de modo que el conjunto se convierte en una viga continua. Tras este paso, el puente empieza a comportarse como una unidad estructural, aunque el proceso de ajuste no termina ahí. Con el tiempo, el hormigón experimenta una redistribución lenta de esfuerzos debido a la fluencia, una deformación progresiva que lleva la estructura a su estado de equilibrio final.

4. La dovela más compleja: el punto de partida.

Aunque una pareja de dovelas estándar puede ejecutarse en una semana, la dovela 0 —la primera— requiere una atención especial. Se construye directamente sobre la pila y sirve de base para instalar los carros de avance. A diferencia del resto, no se ejecuta con el sistema en voladizo, sino mediante procedimientos convencionales en tres fases: losa inferior, almas y losa superior.

Además, incorpora riostras interiores robustas para resistir las grandes cargas iniciales. Su ejecución puede prolongarse hasta cuatro semanas, a las que hay que sumar otro mes para el montaje de los equipos auxiliares. Es un proceso lento, pero esencial para que el resto del proceso se desarrolle con rapidez y seguridad.

5. Apuntar alto para acabar recto: el arte de la contraflecha.

A medida que el tablero avanza, su propio peso hace que los voladizos tiendan a descender ligeramente. Para compensar este efecto, los ingenieros aplican una contraflecha: cada dovela se construye unos milímetros por encima de su posición final. Cuando la estructura está terminada y las cargas se equilibran, el puente alcanza la alineación horizontal perfecta.

Este ajuste requiere un control predictivo extraordinario. Hay que tener en cuenta variables como el peso de cada dovela, la posición de los carros, la magnitud del pretensado, la fluencia del hormigón, la relajación de los cables y las deformaciones diferidas. Durante toda la obra se realiza un control topográfico continuo que compara la posición real con los cálculos previstos. Si se detectan desviaciones, se corrigen en el ciclo siguiente. Gracias a esta precisión, las dos mitades del puente que avanzan desde pilas opuestas pueden encontrarse en el centro del vano perfectamente alineadas y a la cota prevista.

La ingeniería invisible que nos sostiene.

Cada gran viaducto que vemos como una estructura estática es, en realidad, el resultado de una compleja coreografía de equilibrio, maquinaria y cálculo. La construcción mediante voladizos sucesivos combina precisión geométrica, control estructural y un profundo conocimiento del comportamiento del hormigón. La próxima vez que cruces un gran puente, quizá recuerdes que, durante meses, hubo bajo tus pies una auténtica danza de ingeniería suspendida en el aire.

Os dejo esta conversación en la que se habla sobre esta técnica de construcción de puentes.

En este vídeo tenéis un resumen de las ideas básicas, explicadas de forma divulgativa.

Referencias:

Cursos:

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Los puentes de madera: evolución, tipología y relevancia actual

Puente de madera de Cofrentes, sobre el río Cabriel, junto al puente nuevo construido en 1911 (Sanchis, 1993).

1. Definición y tipología estructural.

La madera fue el primer material estructural utilizado en la construcción de puentes, mucho antes que la piedra, el metal o el hormigón. La madera permite fabricar piezas lineales aptas para resistir esfuerzos de compresión y tracción y, por tanto, también de flexión. Su uso ha evolucionado desde los rudimentarios troncos apoyados en los cauces hasta las complejas estructuras actuales de madera laminada y materiales compuestos. En la actualidad, este material está experimentando un notable resurgimiento, impulsado por sus virtudes técnicas: una excelente relación resistencia-peso, facilidad de mecanizado y de transporte, y la capacidad de crear elementos prefabricados de gran longitud.

A diferencia de la mampostería, que requiere morteros y recurre al arco para salvar grandes luces, la madera permite ensamblajes con continuidad estructural. Esto permite diseñar diseños lineales, ligeros y flexibles que se adaptan a una amplia variedad de vanos. El desarrollo de la madera laminada encolada (en inglés, glulam), los adhesivos estructurales, los tratamientos de protección en autoclave y las normativas estandarizadas, como el Eurocódigo 5, han consolidado la madera como una alternativa duradera y viable frente a los materiales convencionales.

Clasificación estructural

Los puentes de placas de madera son estructuras que funcionan como placas continuas, normalmente compuestas por tableros de madera contralaminada (CLT), y tienen luces limitadas o se combinan con vigas para alcanzar dimensiones mayores. Por otro lado, los puentes de barras de madera están formados por piezas lineales que configuran vigas, arcos o cerchas (vigas reticuladas), lo que les permite cubrir luces más amplias.

Tipo estructural Descripción Luz típica
Vigas Vigas macizas o de glulam, a menudo en configuraciones triarticuladas. 3 a 24 m
Viga reticulada (cercha) Sistema triangulado (p. ej., tipo Howe o Pratt) de barras que operan bajo esfuerzo axial. 9 a 45 m
Arco triarticulado Fabricado en glulam, sometido predominantemente a compresión. 12 a 70 m
Colgante El tablero está suspendido mediante cables de acero anclados a mástiles. Luces variables
De apertura Tablero con piezas móviles o deslizantes. Hasta 24 m

2. Evolución histórica de los puentes de madera.

  • Orígenes antiguos e ingeniería primitiva: La madera es uno de los materiales estructurales más antiguos que la humanidad ha utilizado para superar obstáculos naturales. Desde la prehistoria, concretamente desde la invención del hacha de piedra, alrededor del año 15 000 a. C., los seres humanos utilizaban troncos como puentes sobre ríos o arroyos. Los palafitos eran construcciones de madera levantadas sobre el agua, similares a los puentes. En algunas culturas subtropicales también empleaban lianas, que prefiguraban los puentes colgantes. No obstante, los ejemplos más sofisticados datan de épocas posteriores. Aunque en la Antigüedad clásica los puentes de piedra en arco fueron los más duraderos, la madera desempeñó un papel esencial en la ingeniería militar. Uno de los ejemplos más conocidos es el puente que Julio César construyó sobre el Rin, diseñado para montarse y desmontarse rápidamente aprovechando las corrientes del río para estabilizar sus uniones. Otro ejemplo es el legendario Ponte Sublicio (c. 642 a. C.) sobre el Tíber, concebido para ser destruido en caso necesario, lo que subraya la importancia estratégica de los puentes de madera en la Antigüedad.
Puente de Julio César en el Rin. https://www.cienciahistorica.com/2015/08/25/acojonar-enemigo/
  • Edad Media, Renacimiento y «siglo de oro» europeo: Aunque durante la Edad Media predominaban las estructuras de mampostería, la madera seguía utilizándose en puentes, especialmente en forma de cubiertas que protegían la superestructura de las inclemencias del tiempo. Ya desde el Renacimiento, ingenieros como Leonardo da Vinci idearon puentes de madera desmontables o de montaje rápido, lo que evidencia una notable anticipación técnica. En Suiza, por ejemplo, los puentes cubiertos como el Kapellbrücke y el Spreuerbrücke (siglos XIV-XVI) demuestran que la cubierta de madera prolongaba la vida útil de la estructura al protegerla de la humedad y del sol. El siglo XVIII se considera un periodo de auge de los puentes de madera en Europa. Ingenieros como Hans Ulrich Grubenmann, en Suiza, desarrollaron puentes de madera laminada empernada y arcos rebajados, logrando luces de más de 50 metros, lo que situó a la madera, en términos de vano, en niveles comparables a los de la piedra.
Puente Kapellbrücke de Lucerna (Suiza). https://worldcitytrail.com/es/2025/01/04/spreuerbrucke-en-lucerna/
  • El impulso industrial y las cerchas reticuladas: El gran salto tecnológico en la construcción de puentes de madera se produjo en el siglo XIX, como resultado de la Revolución Industrial y del desarrollo de las redes ferroviarias, sobre todo en Norteamérica. La necesidad de construir puentes de forma rápida y con luces mayores impulsó el uso de conexiones metálicas y de tipos estructurales más eficientes. Aparecieron patentes como las de Ithiel Town (cercha Town), William Howe (cercha Howe) y Thomas Pratt (cercha Pratt). Un ejemplo histórico es el puente Colossus Bridge, construido por Lewis Wernwag en 1812 sobre el río Schuylkill, en Filadelfia. Con un vano de 103,7 metros y conectores de hierro, en su época se consideró el puente de madera de vano único más largo de Estados Unidos. Estas innovaciones permitieron que la madera compitiera con otros materiales estructurales.
Puente Colossus Bridge, construido por Lewis Wernwag en 1812 sobre el río Schuylkill, en Filadelfia. https://www.structuremag.org/article/the-colossus-of-the-schuylkill-river/
  • Siglos XX y XXI: innovación tecnológica y sostenibilidad: Durante gran parte del siglo XX, los materiales dominantes fueron el acero y el hormigón, que relegaron en parte a la madera. No obstante, en ese periodo se sentaron las bases para su renacimiento: la invención de la madera laminada encolada (glulam), los adhesivos estructurales de alto rendimiento y los tratamientos en autoclave mejoraron sustancialmente la estabilidad dimensional, la durabilidad y la fiabilidad de la madera como material estructural. En la actualidad, la madera está experimentando un notable resurgimiento en la ingeniería de puentes, gracias también a los criterios de sostenibilidad y de ecología. Normativas como el Eurocódigo 5 (EN 1995-2: Puentes de madera) han aportado solidez a su uso desde el punto de vista ingenieril. Además, la aparición de la madera contralaminada (CLT) y el desarrollo de estructuras híbridas (madera-acero o madera-hormigón), junto con las herramientas de modelado digital (BIM) y la prefabricación, han devuelto a la madera su papel esencial en las infraestructuras sostenibles.
Puente de madera laminada sobre el Pisuerga. http://www.mediamadera.com/es/puentes-de-madera

3. Consideraciones técnicas y materiales

Los puentes modernos se construyen con madera de ingeniería, un material estable y de alto rendimiento.

A. Materiales estructurales clave

  • Madera laminada encolada (glulam): permite fabricar vigas curvadas o rectas de gran sección y longitud, optimizando la resistencia.
  • Madera contralaminada (CLT): paneles de gran formato y rigidez bidireccional, muy utilizados en tableros de placa por su capacidad de prefabricación modular.
  • Maderas compuestas estructurales (LVL, PSL): productos derivados de chapas o de virutas que ofrecen uniformidad y alto rendimiento mecánico.

B. Durabilidad, protección y mantenimiento

La longevidad de un puente de madera depende fundamentalmente de un diseño inteligente que controle la humedad:

  1. Protección constructiva: el diseño debe evitar la acumulación de agua mediante drenajes e inclinaciones y asegurar una ventilación adecuada. La cubierta protectora sigue siendo la mejor defensa a largo plazo.
  2. Tratamiento: selección de especies duraderas (según EN 350) o aplicación de tratamientos protectores en autoclave (sales de cobre, etc.) para alcanzar las clases de uso 3 y 4.
  3. Mantenimiento: revisiones periódicas y reaplicación de protectores superficiales para combatir la radiación UV solar.

El diseño estructural de los puentes de madera se basa en normativas internacionales rigurosas. En Europa, la referencia principal es el Eurocódigo 5 (EN 1995-2: Puentes), que establece los criterios esenciales de cálculo por el método de estados límite, la durabilidad de la madera y el dimensionamiento de las uniones e incorpora factores de modificación críticos. Además, el Manual de diseño de puentes AASHTO LRFD (Load and Resistance Factor Design) ofrece una metodología de diseño basada en factores de carga y resistencia que predomina en Norteamérica y otras regiones. Estas dos directrices se complementan con las guías técnicas detalladas del US Forest Service, que ofrecen buenas prácticas especializadas para la construcción y la durabilidad de estas estructuras.

4. Aplicaciones y mercado

Los puentes de madera tienen una amplia gama de usos:

  • Vehiculares: carreteras secundarias y entornos rurales, diseñados para soportar cargas moderadas.
  • Peatonales y para ciclistas: son los más comunes y destacan por su estética cálida y su excelente integración paisajística en parques y entornos naturales.
  • Sistemas híbridos: la combinación de glulam con losas de hormigón o acero permite construir puentes con vanos más largos y con mayor resistencia al tráfico pesado.

La sostenibilidad es el motor actual. La madera es un material renovable, reciclable y que captura carbono, y se suministra mediante sistemas de construcción industrializados (prefabricación), lo que asegura una rápida ejecución en obra. En el mercado actual se integran fabricantes de glulam, ingenierías especializadas y constructoras modulares, capaces de producir estructuras completas mediante sistemas industrializados.

5. Comparativa de materiales estructurales para puentes

Propiedad / criterio Madera estructural Acero Hormigón armado / pretensado Piedra
Resistencia específica (resistencia/peso) Muy alta (estructuras ligeras). Alta. Media. Baja.
Durabilidad natural Limitada si no se protege; mejorable con tratamientos. Alta si se protege contra la corrosión. Muy alta. Muy alta.
Mantenimiento Requiere revisiones y repintado o reaplicación de protector. Requiere control de la corrosión y de la pintura. Bajo. Mínimo.
Coste inicial Medio o bajo (según el tipo de madera y el diseño). Alto. Medio. Alto.
Coste de mantenimiento Moderado. Alto. Bajo. Muy bajo.
Comportamiento frente al fuego Predecible (carbonización superficial). Excelente. Muy bueno. Excelente.
Comportamiento ante agentes climáticos Sensible a la humedad y a los rayos UV; requiere protección. Sensible a la corrosión. Buena durabilidad. Muy buena.
Sostenibilidad y huella de carbono Excelente. Material renovable y reciclable. Elevada huella de CO₂. Alta huella de CO₂. Alta huella energética.
Estética e integración paisajística Muy alta. Calidez y naturalidad. Industrial. Neutra. Tradicional.
Rapidez de construcción Muy alta (prefabricación). Alta. Media. Muy baja.
Aplicaciones recomendadas Pasarelas, carreteras secundarias, entornos naturales. Grandes luces, tráfico intenso. Infraestructura masiva. Monumentos y obras históricas.

Conclusión

Lejos de ser obras provisionales, los puentes de madera son una síntesis de tradición e innovación tecnológica. Desde los primeros troncos prehistóricos hasta los diseños actuales con madera laminada encolada, contralaminada y estructuras híbridas, la madera ha demostrado su versatilidad, sostenibilidad y competitividad técnica. Gracias a la ingeniería moderna y a las normativas internacionales, la madera se consolida como un material estructural de referencia en el ámbito de las infraestructuras sostenibles.

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Montaje por movimientos horizontales de puentes atirantados

Los procedimientos de montaje por movimientos horizontales de puentes atirantados se aplican cuando el puente —total o parcialmente— se construye fuera de su posición definitiva y se traslada posteriormente hasta ella. Este enfoque permite reducir la interferencia con el cauce, el tráfico o las infraestructuras existentes, además de mejorar la seguridad y el control de calidad, ya que la mayor parte de los trabajos se realizan en condiciones estables sobre tierra firme.

En todos los casos, las torres y el tablero deben comportarse de forma solidaria durante el desplazamiento, apoyándose el conjunto en pilas o apoyos provisionales que garanticen la estabilidad global. La elección del método depende de las condiciones geométricas del emplazamiento, de las luces principales, de la rigidez del sistema atirantado y de la disponibilidad de medios auxiliares.

Se distinguen tres métodos fundamentales de ejecución:

a) Puentes empujados longitudinalmente

Este procedimiento es similar al empleado en los puentes de vigas lanzadas incrementalmente, pero está adaptado a la configuración atirantada. El tablero se construye por tramos en una orilla y se empuja progresivamente hacia el vano principal mediante gatos hidráulicos. Para compensar los momentos negativos en el frente de avance, se coloca una nariz de lanzamiento o una estructura auxiliar ligera.

Durante el empuje, los apoyos provisionales y las torres soportan cargas variables, por lo que es necesario controlar continuamente la tensión en los tirantes y realizar ajustes secuenciales para evitar sobreesfuerzos o deformaciones excesivas. Para ello, se utilizan dispositivos deslizantes de baja fricción, como placas de neopreno-PTFE sobre acero inoxidable o carros rodantes en combinación con gatos sincronizados. Además, se realiza una instrumentación topográfica y extensométrica en tiempo real para controlar la geometría de avance.

Un ejemplo representativo es el puente de la calle Jülicher, en Düsseldorf, donde este sistema se aplicó con éxito, combinando el control hidráulico de las tensiones en los tirantes con el uso de apoyos provisionales sobre las pilas intermedias durante el avance del tablero. El mismo procedimiento se empleó en el puente de la calle Franklin, también en Düsseldorf, siguiendo una metodología constructiva similar.

Puente de la calle Jülicher en Düsseldorf, Alemania. https://de.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BCcke_J%C3%BClicher_Stra%C3%9Fe

b) Puentes girados

Cuando las condiciones del terreno o del cauce hacen inviable el empuje longitudinal, se puede recurrir al giro del puente completo o de sus semitableros desde una posición lateral de montaje. El conjunto se apoya temporalmente sobre una articulación o pivote reforzado bajo la torre principal, mientras el extremo libre describe un sector circular hasta alcanzar su posición definitiva.

Durante la maniobra, es fundamental mantener el equilibrio del centro de gravedad y la estabilidad frente al vuelco o la torsión, por lo que suelen emplearse lastres temporales y gatos hidráulicos sincronizados. La precisión se garantiza mediante un control topográfico y de tensiones en los tirantes antes y después del giro.

El puente sobre el canal del Danubio, en Viena, es un ejemplo clásico de dos semipuentes girados hasta su posición final. Otro caso notable es el puente de Ben-Ahin (Père Pire) sobre el río Mosa, en Bélgica, que se construyó por completo en una orilla y se giró alrededor de su pila principal en 1987. La maniobra, que desplazó decenas de miles de toneladas, supuso en su momento un récord europeo por el peso movilizado mediante una rotación controlada. Este puente, construido en 1988, fue en su momento el de mayor masa girada del mundo. La pila tiene 84 metros de altura; el tablero mide 341 metros de largo y pesa 16 000 toneladas. Lo soportan 40 cables en abanico situados en un plano.

Puente de Ben-Ahin, Bélgica. Imagen: C. Pujos. Fuente: http://www.puentemania.com/3502

c) Puentes ripados transversalmente

El ripado o traslación transversal consiste en construir el puente en su ubicación final y trasladarlo lateralmente mediante sistemas de deslizamiento controlado. Este método requiere alineamientos precisos entre la posición inicial y la definitiva, así como patines o cojinetes de deslizamiento lubricados, que a menudo se combinan con transportadores modulares autopropulsados (SPMT, por sus siglas en inglés) o con gatos de empuje y freno.

El puente de Oberkassel, en Düsseldorf, es un ejemplo representativo de este tipo de maniobra. La estructura principal se desplazó lateralmente desde su zona de ensamblaje hasta el eje del río mediante carros rodantes y guías transversales, bajo una monitorización topográfica en tiempo real que garantizó la precisión del posicionamiento final. El puente tiene una luz principal de 257,75 m y una torre central de 100 m de altura sobre el tablero. Su superestructura metálica, de 35 m de ancho, está formada por una viga cajón de tres células con losa ortótropa.

Puente sobre el Rin Düsseldorf-Oberkassel. Fuente: https://www.visitduesseldorf.de/en/attractions/oberkasseler-bruecke-bridge-b2338616ec

El ripado presenta ventajas en emplazamientos con suficiente espacio lateral, ya que reduce los trabajos en el cauce y minimiza las afecciones medioambientales o de tráfico. No obstante, exige un estudio detallado del coeficiente de fricción, de las reacciones en los apoyos provisionales y de los esfuerzos transitorios en los tirantes y en las pilas durante el movimiento.

Consideraciones generales

En los puentes atirantados, los movimientos horizontales requieren una planificación constructiva precisa y un análisis estructural temporal que contemple la evolución de las tensiones, las deformaciones y la estabilidad global en cada fase. Es fundamental modelar los estados transitorios y definir procedimientos de tensado, destensado y control geométrico con el apoyo de instrumentación avanzada (celdas de carga, inclinómetros y estaciones totales automatizadas).

En la práctica, estos métodos ofrecen varias ventajas: permiten trabajar en seco y en condiciones controladas, reducen los riesgos laborales y minimizan la interferencia con el entorno. Entre sus principales limitaciones se encuentran el coste de los equipos especializados, la complejidad de las maniobras y la necesidad de personal altamente cualificado.

En resumen, el montaje por movimientos horizontales es una técnica versátil y segura, plenamente consolidada en la ingeniería de puentes moderna, que combina la precisión geométrica con la eficiencia constructiva. Ha demostrado su viabilidad en numerosos puentes atirantados europeos, como los de Düsseldorf, Viena y Ben-Ahin.

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Lo que los puentes nos enseñan sobre el futuro de la sostenibilidad.

Puente de Brooklyn. https://www.nuevayork.net/puente-brooklyn

Cuando pensamos en un puente, solemos verlo como una maravilla de la ingeniería, un símbolo de conexión y progreso. Es una estructura que nos lleva de un punto a otro, superando un obstáculo. Sin embargo, detrás de esa aparente simplicidad se esconde un desafío monumental: construir un puente que no solo sea funcional y seguro, sino también sostenible.

Esta tarea es mucho más compleja de lo que parece. La sostenibilidad en ingeniería no se reduce a marcar una casilla, sino que implica un complejo proceso de toma de decisiones para conciliar los objetivos a menudo contrapuestos de la economía, el medio ambiente y la sociedad. Esta complejidad es el tema central de un profundo estudio académico titulado A Review of Multi-Criteria Decision-Making Methods Applied to the Sustainable Bridge Design, que analiza 77 artículos de investigación publicados a lo largo de 25 años para comprender cómo toman los expertos estas decisiones cruciales.

Este artículo recoge las lecciones más impactantes y, en ocasiones, sorprendentes, de esa exhaustiva investigación. En él descubriremos qué aspectos dominan el debate sobre los puentes sostenibles, qué puntos ciegos persisten y cómo están evolucionando las herramientas para diseñar las infraestructuras del futuro.

Las 5 lecciones más sorprendentes sobre los puentes sostenibles.

El análisis de décadas de investigación revela patrones inesperados y desafíos ocultos en la búsqueda de la infraestructura perfecta. A continuación, exploramos los cinco hallazgos más sorprendentes.

Ecoducto en la Autopista A6 Austria-Eslovaquia. https://blogs.upm.es/puma/2019/01/14/ecoductos-puentes-verdes-para-la-fauna/

Lección 1: «Sostenible» no solo significa «ecológico», sino que es un delicado equilibrio a tres bandas.

La palabra «sostenible» a menudo se asocia exclusivamente con el medio ambiente. Sin embargo, el estudio subraya que la verdadera sostenibilidad se apoya en tres pilares fundamentales: los factores económicos (coste y mantenimiento), los ambientales (emisiones de CO₂ e impacto en el ecosistema) y los sociales (seguridad, impacto en la comunidad y estética).

Estos tres pilares suelen tener objetivos contrapuestos. Un material más barato puede tener un mayor impacto ambiental. Un diseño que minimice las molestias a la comunidad podría ser mucho más costoso. Lograr un consenso entre ellos es un acto de equilibrio complejo. Curiosamente, el estudio revela que los factores sociales son los menos estudiados y comprendidos de los tres. Esta brecha de conocimiento no es solo una curiosidad académica, sino una de las barreras más significativas que nos impiden conseguir infraestructuras que sirvan de verdad a la sociedad a largo plazo.

Lección 2: Nos obsesiona cómo viven los puentes, pero ignoramos cómo mueren.

El ciclo de vida de un puente abarca desde su diseño y construcción hasta su demolición o reciclaje final. El estudio presenta una estadística demoledora sobre en qué fase del ciclo de vida se centra la atención de los investigadores. De los 77 artículos analizados, un abrumador 68,83 % se centra en la fase de «operación y mantenimiento».

En un drástico contraste, solo un minúsculo 2,6 % de los estudios se dedica a la fase final de «demolición o reciclaje». Esta enorme diferencia pone de manifiesto una importante laguna. La investigación sugiere que esto podría deberse a que la fase final se percibe como de «menor impacto general». Sin embargo, a medida que la sostenibilidad se convierte en una preocupación primordial, esta suposición se está poniendo en tela de juicio, lo que nos obliga a considerar el impacto completo de nuestra infraestructura, desde su concepción hasta su eliminación.

Lección 3: La ingeniería de vanguardia a veces necesita lógica «difusa»

Dado que la investigación está tan fuertemente sesgada hacia la fase de mantenimiento, es lógico que las herramientas más populares sean las que mejor se adaptan a sus desafíos únicos. Esto nos lleva a una paradoja fascinante en la ingeniería: en un campo tan preciso, podría parecer contradictorio utilizar un método llamado «lógica difusa» (fuzzy logic). Sin embargo, el estudio la identifica como una de las herramientas más populares, ¿la razón? Muchas decisiones críticas se basan en información cualitativa, incierta o subjetiva.

https://www.linkedin.com/pulse/l%C3%B3gica-difusa-gabriel-mar%C3%ADn-d%C3%ADaz/

Una inspección visual para evaluar el estado de una estructura, por ejemplo, no proporciona un número exacto, sino una apreciación experta que puede contener vaguedad («ligero deterioro», «corrosión moderada»). La lógica difusa permite a los sistemas informáticos procesar esta «incertidumbre o vaguedad» del lenguaje humano y convertirla en datos matemáticos para tomar decisiones más sólidas. Es una fascinante paradoja: utilizar un concepto que suena impreciso para tomar decisiones de ingeniería de alta tecnología con mayor fiabilidad.

Lección 4: Las herramientas que usamos para decidir no son infalibles.

Para tomar decisiones tan complejas, los ingenieros utilizan «métodos de decisión multicriterio» (MCDM). Sin embargo, el estudio advierte de que los métodos tradicionales tienen importantes limitaciones. Imagínese que tiene que elegir un nuevo material para un puente. Esa única elección afecta simultáneamente al coste final, a la durabilidad de la estructura y a su huella de carbono. Estos factores están profundamente interconectados. No obstante, una limitación significativa de las herramientas tradicionales de toma de decisiones es que suelen partir de la poco realista suposición de que estos criterios son independientes entre sí. Ignorar estas interdependencias puede llevar a soluciones subóptimas.

Los métodos tradicionales de toma de decisiones suelen partir de supuestos poco realistas en relación con los problemas del mundo real, como la independencia de los criterios, la agregación lineal o la elección de la mejor alternativa entre un conjunto fijo en lugar de la alternativa que permita alcanzar los niveles de aspiración deseados.

Lección 5: el futuro no consiste en elegir la «mejor» opción, sino en alcanzar la «meta» deseada.

Este último punto supone un cambio de paradigma. Los métodos de decisión tradicionales funcionan como un concurso: se presenta una lista fija de alternativas (puente de acero, de hormigón o mixto) y el método las clasifica para seleccionar la «mejor».

Sin embargo, los nuevos métodos híbridos que están surgiendo proponen un enfoque diferente. En lugar de elegir simplemente una opción de una lista, buscan soluciones que alcancen «niveles de aspiración» o metas predefinidas. Por ejemplo, el objetivo podría ser diseñar un puente que no supere un coste X, no genere más de Y toneladas de CO₂ y tenga una vida útil de Z años. Este cambio de un modelo de «el mejor de la clase» a otro de «cumplir el objetivo» transforma fundamentalmente el desafío de la ingeniería. Transforma la tarea de seleccionar de un catálogo de opciones en inventar activamente nuevas soluciones que puedan satisfacer múltiples objetivos de sostenibilidad, a menudo contradictorios.

Conclusión: un puente hacia el futuro.

El viaje hacia la construcción de puentes verdaderamente sostenibles nos enseña que la ingeniería moderna es mucho más que cálculos y materiales. Se trata de un proceso de toma de decisiones dinámico, lleno de matices, compensaciones y una profunda reflexión sobre el impacto a largo plazo de nuestras creaciones. No se trata de seguir una simple lista de verificación «verde», sino de navegar por una compleja red de factores económicos, sociales y medioambientales en constante tensión.

El camino a seguir, iluminado por esta investigación, está claro. Debemos ampliar nuestra definición de sostenibilidad más allá de lo puramente ecológico para valorar adecuadamente el impacto social. Debemos diseñar para la demolición con la misma seriedad con la que diseñamos para la durabilidad. Además, debemos adoptar herramientas nuevas y más sofisticadas que reflejen la realidad interconectada de estas complejas decisiones. La próxima vez que cruces un puente, ¿solo verás una estructura de acero y hormigón o el resultado de un complejo debate entre economía, sociedad y medio ambiente?

Os dejo este audio donde podéis aprender más sobre el tema.

En este vídeo se resumen las ideas más interesantes de este artículo.

Referencia:

PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). A review of multi-criteria decision making methods applied to the sustainable bridge design. Sustainability, 8(12):1295

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