Diseño
Partes de un puente
En su aspecto técnico, la ingeniería de un puente tradicional diferencia, además de los cimientos, dos partes esenciales: la superestructura y la infraestructura, y en ellas, pueden desglosarse los siguientes componentes básicos:.
En cuanto a la estructura arquitectónica, en un puente se pueden distinguir:.
Análisis y diseño
A diferencia de los edificios, cuyo diseño está dirigido por los arquitectos, los puentes suelen ser diseñados por ingenieros. Esto se debe a la importancia de los requisitos de ingeniería, es decir, salvar el obstáculo y tener la durabilidad necesaria para perdurar, con un mantenimiento mínimo, en un entorno exterior agresivo.[9] Los puentes se analizan primero; se calculan las distribuciones del momento de flexión y de la fuerza cortante debido a las cargas aplicadas. Para ello, el método de elementos finitos es el más popular. El análisis puede ser unidimensional, bidimensional o tridimensional. Para la mayoría de los puentes, basta con un modelo de placa bidimensional (a menudo con vigas de refuerzo) o un modelo de elementos finitos ascendente.[10] Una vez completado el análisis, el puente se diseña para resistir los momentos flectores y las fuerzas de corte aplicadas, y se seleccionan los tamaños de las secciones con capacidad suficiente para resistir las tensiones. Muchos puentes se construyen con hormigón pretensado, que tiene buenas propiedades de durabilidad, ya sea mediante el pretensado de las vigas antes de su instalación o el postensado in situ.
En la mayoría de los países, los puentes, al igual que otras estructuras, se diseñan de acuerdo con los principios del Diseño del Factor de Carga y Resistencia (LRFD). En términos sencillos, esto significa que la carga se factoriza por un factor superior a la unidad, mientras que la resistencia o capacidad de la estructura se multiplica por un factor inferior a la unidad. El efecto de la carga factorizada (tensión, momento de flexión) debe ser menor que la resistencia factorizada a ese efecto. Ambos factores tienen en cuenta la incertidumbre y son mayores cuando ésta es mayor.
Eficiencia
La eficiencia estructural de un puente puede ser considerada como el ratio (cociente) entre la carga que puede soportar el puente y el peso del propio puente, dado un determinado conjunto de materiales. En un desafío común, algunos estudiantes son divididos en grupos y reciben cierta cantidad de palos de madera, una distancia para construir y pegamento, y después les piden que construyan un puente que será puesto a prueba hasta destruirlo, agregando progresivamente carga en su centro. El puente que resista la mayor carga es el más eficiente. Una medición más formal de este ejercicio es pesar el puente completado en lugar de medir una cantidad arreglada de materiales proporcionados y determinar el múltiplo de este peso que el puente puede soportar, una prueba que enfatiza la economía de los materiales y la eficiencia de las ensambladuras con pegamento.
La eficiencia económica de un puente depende de su ubicación, del tráfico potencial que pueda captar y del importe de los ahorros que conlleva la construcción del puente (en lugar de, por ejemplo, un transbordador, o una ruta más larga) comparado con su coste. El costo de su vida útil está compuesto de materiales, mano de obra, maquinaria, ingeniería, costo del dinero, seguros, mantenimiento, renovación y, finalmente, demolición y eliminación de sus asociados, reciclado y reemplazamiento, menos el valor de chatarra y reutilización de sus componentes. Los puentes que emplean solo compresión, son relativamente ineficientes estructuralmente, pero pueden ser altamente eficientes económicamente donde los materiales necesarios están disponibles cerca de su emplazamiento y el costo de la mano de obra es bajo. Para puentes de tamaño medio, los apuntalados o de vigas suelen ser los más económicos, mientras que en algunos casos, la apariencia del puente puede ser más importante que su eficiencia de costo. Los puentes más grandes generalmente deben construirse suspendidos.
Estética
La mayoría de los puentes tienen un aspecto utilitario, pero en algunos casos, la apariencia del puente puede tener gran importancia.[12] A menudo, este es el caso de un gran puente que sirve de entrada a una ciudad, o que cruza sobre la entrada principal de un puerto. A veces se conocen como puentes emblemáticos. Los diseñadores de puentes en parques y a lo largo de vías verdes también suelen dar más importancia a la estética. Algunos ejemplos son los puentes de piedra de la Taconic State Parkway de Nueva York.
Para crear una imagen bella, algunos puentes se construyen mucho más altos de lo necesario. Este tipo, que se encuentra a menudo en los jardines de estilo oriental, se llama puente de la Luna, que evoca una luna llena creciente. Otros puentes de jardín pueden cruzar sólo un lecho seco de guijarros lavados por el arroyo, con la única intención de transmitir la impresión de un arroyo. A menudo, en los palacios, se construye un puente sobre una vía de agua artificial como símbolo del paso a un lugar o estado de ánimo importante. Un conjunto de cinco puentes cruza una vía de agua sinuosa en un importante patio de la Ciudad Prohibida de Pekín (China). El puente central estaba reservado exclusivamente para el uso del Emperador y la Emperatriz, con sus asistentes.