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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL AMBIENTAL

PUENTE DE BROOKLYN TRABAJO FINAL

ÍNDICE

I.

INTRODUCCIÓN..................................................................................... 5

II. MARCO TEÓRICO................................................................................... 6 2.1. ANTECEDENTES............................................................................... 6 2.2. HISTORIA......................................................................................... 8 2.3. DATOS GENERALES.........................................................................9 2.4. IMPORTANCIA DEL PUENTE.........................................................10 2.5. EL PROYECTO................................................................................ 10 2.6. CONSTRUCCIÓN............................................................................ 11

2.6.1. Trazado....................................................................................... 11 2.6.2. Cimentación............................................................................... 11 2.6.3. Las torres................................................................................... 11 2.6.4. Caissones neumáticos..............................................................12 2.6.5. Los Anclajes............................................................................... 13 2.6.6. Los Cables.................................................................................. 13 2.6.7. Pavimento.................................................................................. 14 III.

ELABORACION DE MAQUETA..........................................................15

3.1. MATERIALES.................................................................................. 15 3.2. ELABORACIÓN............................................................................... 16 IV.

CONCLUSIONES................................................................................ 18

V. BIBLIOGRAFÍA...................................................................................... 19 VI ANEXOS.................................................................................................. 20 6.1 PLANOS................................................................................................ 20

RESUMEN Un puente es una construcción que permite salvar un accidente geográfico como un río, un cañón, un valle, una carretera, un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua o cualquier otro obstáculo físico. El diseño de cada puente varía dependiendo de su función y de la naturaleza del terreno sobre el que se construye. Su proyecto y su cálculo pertenecen a la ingeniería estructural, siendo numerosos los tipos de diseños que se han aplicado a lo largo de la historia,

influidos

por

los

materiales

disponibles,

las

técnicas

desarrolladas y las consideraciones económicas, entre otros factores. Al momento de analizar el diseño de un puente, la calidad del suelo o roca donde habrá de apoyarse y el régimen del río por encima del que cruza son de suma importancia para garantizar la vida del mismo. El presente informe tiene como finalidad dar a conocer la información más relevante relacionada a un puente colgante denominado “Puente Brooklyn”, tales puntos a tratar se presentan a continuación:    

Antecedentes Historia Datos generales. Importancia del puente.

 El proyecto  Construcción Finalmente, a manera ilustrativa se expondrá una maqueta elaborada por el equipo mencionado anteriormente, en el cual se pretende apreciar la arquitectura y estructura del famoso puente de New York de los Estados Unidos.

SUMMARY A bridge is a construction that allows to save a geographic accident like a river, a canyon, a valley, a road, a road, a railroad, a body of water or any other physical obstacle. The design of each bridge varies depending on its function and the nature of the terrain on which it is built. Its design and its calculation belong to the structural engineering, being numerous the types of designs that have been applied throughout history, influenced by the available materials, the developed techniques and the economic considerations, among other factors. When analyzing the design of a bridge, the quality of the soil or rock where it will be supported and the regime of the river above the one that crosses are of paramount importance to guarantee the life of the same one. The purpose of this report is to provide the most relevant information related to a suspension bridge called "Brooklyn Bridge". These points are discussed below:      

Background History General information. Importance of the bridge. The project Construction

Finally, a model elaborated by the aforementioned team will be presented in an illustrative way, in which it is intended to appreciate the architecture and structure of the famous bridge of New York of the United States.

I. INTRODUCCIÓN Con una longitud de 1054 metros a través del río Este y uniendo las isla de Brooklyn y Manhattan, el Brooklyn Bridge fue el primer puente

colgante

del

mundo.

La construcción comenzó en 1869 y fue terminado catorce años más tarde, habilitándose para su uso el 24 de mayo 1883. El día

de la inauguración un total de 1 800 vehículos y 150 300 personas cruzaron el puente. Costó $18 millones y aproximadamente 27 personas murieron durante su construcción. Puente fue inaugurado en 1883, siendo el "primer puente de suspensión de acero del mundo". La construcción del puente resultó muy costosa tanto en recursos como en vidas humanas, pero con el tiempo éste se ha convertido en un gran ejemplo de "diseño urbano". Pese a tener más de 128 años de historia, el puente sigue "deslumbrando" y es uno de los puentes "más bellos del mundo". El Brooklyn Bridge marcó un hito en la historia al utilizar por primera vez en este tipo de construcciones el acero y por ser durante 20 años el puente colgante más largo del mundo. El Puente de Brooklyn (conocido inicialmente como "Puente de Nueva York y Brooklyn") une los barrios de Manhattan y de Brooklyn en la ciudad de Nueva York. Fue construido entre 1869 y 1883 y, en el momento de su inauguración era el puente colgante más grande del mundo (mide 1825 metros de largo, y la luz entre pilas es de 486,3 metros, récord de luz hasta que en 1889 se construye el Forth Bridge, con una luz máxima de 521 m. También fue el primero suspendido mediante cables de acero. Desde entonces, se ha convertido en uno de los símbolos más reconocibles de Nueva York.

II. MARCO TEÓRICO 2.1. ANTECEDENTES Los puentes colgantes son construcciones que se levantan sobre una depresión del terreno (río, canal, foso, etc.) o en otro sitio para comunicar lados. Estos puentes, cuyo tablero, en vez de estar apoyado sobre pilas o arcos se sujeta mediante cables y piezas atirantadas desde una estructura a las que van sujetas. Entre los puentes colgantes más largos del mundo se ubican: 1. Gran Puente de Akashi Kaikyō (Japón): Más largo del mundo con una longitud de 3.911 metros y un vano central de 1.991 es soportado por dos cables que son considerados los más resistentes y pesados del mundo. 2. Puente Xihoumen (China): Posee el título de tener el segundo colgante de mayor longitud del planeta con un vano central -distancia entre pilares- de 1.650 metros. 3. Puente del Gran Belt (Dinamarca): Conocido como el Puente de Oriente tiene una longitud de 1,624 km y ha sido hasta la fecha el mayor proyecto de construcción en la historia del país. 4. Puente Yi Sun-sin (Corea del Sur): Tiene una longitud de 2.260 metros y la distancia entre las torres es de 1.545 metros. 5. Puente Runyang (China): La longitud total del conjunto de puentes es de más de 36 kilómetros pero es su puente sur -con un vano de 1.490 metros- lo que le convierte en el quinto más largo del mundo. 6. Puente Humber

(Reino

Unido):

Su

estructura

tiene

una longitud de vano central de 1.410 metros y una longitud total de 2.220 metros. 7. Puente Jiangyin (China): Une las ciudades de Jiangyin y Jingjiang. El vano principal tiene una longitud de 1.385 metros. 8. Puente Tsing-Ma (China): Puente colgante situado en Hong Kong, la longitud del vano principal es de 1.377 metros, y los pilares tienen una altura de 206 metros.

9. Puente Verrazano-Narrows (EE.UU.): El más largo de EE.UU, tiene dos niveles y una longitud de tramo central de 1.298 metros lo que le sirvió hasta 1981 el honor de ser el puente colgante más largo del mundo. 10.Golden Gate (EE.UU.): Cuenta con una longitud aproximada de 1.280 metros. Está suspendido de dos torres de 227 metros y tiene una calzada de seis carriles -tres en cada direcciónademás de carriles protegidos para peatones y bicicletas. 1

2

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5

6

7

8

1

9

Top de puentes colgantes más largos del mundo.

2.2. HISTORIA El Puente fue diseñado por una firma de ingenieros propiedad de John Augustus Roebling, de Trenton (Nueva Jersey). Roebling y su firma habían construido anteriormente puentes colgantes más pequeños, como el Puente Colgante de Cincinnati (Ohio) o el Puente Colgante de Waco (Texas), que sirvió como prototipo para el diseño final del Puente de Brooklyn. La construcción del Puente de Brooklyn comenzó el 3 de enero de 1870, y concluyó trece años más tarde, el 24 de mayo de 1883, cuando fue abierto al público. El primer día lo cruzaron un total de más de 1800 vehículos y más de 150 000 personas. En su construcción se gastaron 18 millones de dólares y murieron 27 personas. Durante el proceso de construcción, Roebling se fracturó gravemente un pie cuando un bote de transporte chocó contra un muelle; pocas semanas más tarde, murió de tétanos a causa de la amputación de los dedos del pie. Su hijo, Washington Roebling, le sucedió en el cargo, pero sufrió una enfermedad causada por su trabajo en los pozos de cimentación, el síndrome de descompresión o "enfermedad de los buzos". La esposa de Washington, Emily Warren Roebling, se

convirtió

en

su

ayudante,

aprendiendo

ingeniería

y

comunicando las instrucciones de su marido a los ayudantes sobre el terreno. El puente es de estilo gótico, por los arcos apuntados de las torres; durante muchos años estas fueron las torres más altas de todo el hemisferio occidental.

El Puente está construido con piedra caliza, granito y cemento. Su estilo arquitectónico es neogótico, con sus característicos arcos apuntados en las dos torres laterales. Además, Roebling había calculado que con los soportes de cable metálico el puente era seis veces más resistente de lo estrictamente necesario, lo que explica que todavía se mantenga en pie cuando gran parte de los puentes colgantes construidos en la misma época han tenido que ser sustituidos. En el momento de su inauguración, el Puente de Brooklyn era el puente colgante más largo del mundo (un 50% más largo que ninguno construido anteriormente). Actualmente, el puente dispone de seis carriles para vehículos (excepto camiones y autobuses, y una pasarela independiente para bicicletas y peatones. 2.3. DATOS GENERALES

1. Ubicación: East River. Park Row, Manhattan a la calle de Adams, Brooklyn. 2. Ingenieros: John A. and Washington Roebling. 3. Fecha terminación (abierto al tráfico): 24 de mayo del 4. 5. 6. 7. 8. 9.

1883. Altura: 272 pies (84 metros). Longitud: 1 054 metros. Constructora del puente: New York Bridge Company. Tipo de puente: Puente colgante. Número de carriles: 6 carriles. El 24 de marzo de 1983 el puente fue declarado parte de Monumento Histórico Mundial de la Ingeniería.

10. Cuando fue construido, el puente de Brooklyn de 1 054 m. también se convirtió en el puente más largo suspendido del mundo, conservando ese referente durante 20 años. Hoy día ya superado por otros grandes puentes colgantes como el Goldan Gate de San Francisco de 1 350 m. o el Puente Colgante Akashi-Kaikyo de 3 911 m. (1991 metros del tramo central de vano).

2.4. IMPORTANCIA DEL PUENTE Anteriormente,

este

recorrido

era

hecho

por

botes

de

transporte a través del río Este. Este trayecto muchas veces era peligroso, debido a la gran velocidad del río, y el clima cambiante

de

la

ciudad,

la

cual

presenta

estaciones

(primavera, verano, otoño e invierno). Además el viaje siempre se hacía un poco largo y tedioso. Grandes heladas ocurridas hacia 1850 dificultaron grandemente la navegación y obligaron a las autoridades a tomada decisión de construir un puente por lo cual la municipalidad de Nueva York, decidió ejecutar la construcción de esta obra. En la primera mitad del siglo 19, Manhattan había ya adquirido singular importancia económica y su población empezó a expandirse hacia las zonas vecinas, principalmente Brooklyn que, además de su base agraria, la apoyaba con una creciente industria y mano de obra. 2.5. EL PROYECTO Se trata de un puente colgante de tres tramos, con cuatro cables de acero anclados en tierra: firme, que se apoyan en dos torres de albañilería de piedra, de 84 m de alto levantadas

cada una a 284 m de su respectivo anclaje. El tramo central mide 486m y la longitud total 1054 m, que en ese tiempo era 50% mayor que cualquier puente suspendido ya construido. El tablero, de 26 m de ancho, está a 41 m de altura sobre el nivel medio de la alta marea, suspendido de los cables por 1520 péndolas

verticales.

Igualmente,

para

rigidizar

más

la

estructura, se tendieron 400 tirantes diagonales entre las torres y el tablero. Varios récords mundiales se establecieron con la construcción del puente Brooklyn: Fue, en su momento, el puente colgante más largo del mundo. Fue el primer puente colgante en utilizar cables de acero, en vez de hierro. Fue la primera vez que se utilizaron explosivos dentro de los caissones neumáticos que sirvieron para cimentar las torres. El caisson del lado de Manhattan, de 52 por 31 metros, fue el más grande construido hasta entonces.

2.6. CONSTRUCCIÓN 2.6.1. Trazado La principal razón de su trazado, fue la búsqueda de un punto de interconexión en la zona sur de Manhattan con Brooklyn, por lo que se optó por buscar una línea recta que uniera ambas zonas. Para esto, se usó la tecnología disponible en esa época (teodolito – instrumento de tránsito, como también niveles de precisión). 2.6.2. Cimentación El principal problema se presentaba en los primeros pasos del proyecto; la cimentación. No sólo había que llegar al fondo del rio situado a más de 20 metros de profundidad sino que una vez alcanzado el suelo del rio era necesario

excavar otros casi 30 metros hasta encontrar un suelo con la resistencia suficiente para soportar el peso de la estructura. 2.6.3. Las torres Se colocaron amarrados sobre el rio para asegurar su correcta situación dos enormes cajones invertidos que se mantenían a flote por el aire que contenían en su interior. Tomando la superficie de estos dos cajones como base se comenzó la construcción de las dos torres sobre ellos. A medida que la construcción de las torres avanzaba los cajones se iban hundiendo gracias al peso del granito. Una vez los cajones llegaron al fondo del rio un equipo de operarios situados en el interior del cajón a 25 metros de profundidad comenzaron a excavar sobre el fangoso fondo del rio permitiendo que cada cajón continuase avanzando hacia suelo firme mientras la construcción de las dos torres continuaba en la superficie. Los cajones se mantenían exentos del agua que los rodeaba gracias a un sistema de tuberías que introducía aire comprimido en su interior. Otro sistema de tuberías hacia posible la extracción del fango a la superficie. Las dos grandes torres que soportan los cables principales, fueron construidas con albañilería de granito canteado, transportado por vía marítima desde las canteras Hallowell en el estado de Maine. Sus grandes dimensiones (84 m de alto sobre el nivel del agua, 45 m de ancho total y un volumen de 32 550 m3 cada torre), les dan un aspecto imponente que domina el paisaje urbano de la zona compitiendo con los vecinos rascacielos.

Planos originales de las torres del puente Brooklyn

2.6.4. Caissones neumáticos En el caso del puente Brooklyn, la profundidad a que se encontraba el fondo hubiera obligado a elementos muy largos, que no habría soportado los golpes para hundirlos. Se adoptó entonces el método de los caissones neumáticos, que habían sido usados con éxito en 1851 en el puente Rochester, en Kent, Inglaterra. El sistema empleado en el puente

Brooklyn consistía en prefabricar con madera

cajones invertidos que terminaban en bordes afilados de hierro que se hundían poco a poco con el peso de los grandes bloques de las torres, que se iban colocando encima. Entre los bordes y el techo del caisson se dejaba un espacio para trabajar la excavación y, para evitar que entrara el agua por los filos o por cualquier grieta de la madera, se inyectaba aire comprimido a una presión mayor que la del agua. La excavación misma tuvo que hacerse con picos y palas, barretas, carretillas y gatas hidráulicas para romper las rocas. De modo excepcional, se usó explosivos

dentro del caisson. El material excavado se sacaba por un ducto construido en el techo, en el que además había una cámara de presión para permitir el movimiento del personal. Cuando se alcanzó la profundidad requerida para encontrar un suelo resistente, el espacio de trabajo de los caissones se rellenó con concreto. El lento avance en el hundimiento de los caissones (al comienzo unos 15 centímetros por semana) requería de un esfuerzo especial de los obreros a cargo de la excavación.

Esta

larga

permanencia

en

un

ambiente

presurizado, unida a los cambios rápidos de presión al entrar y salir del ambiente de trabajo, fue motivo de que muchos operarios contrajeran la enfermedad de las articulaciones, que a la larga terminaba en parálisis y hasta la muerte. 2.6.5. Los Anclajes Los anclajes son sólidas estructuras cúbica de piedra de mampostería, que miden 119 por 132 metros en la base, y el aumento de unos 28m de alto por encima de la marca de agua. Su peso es de aproximadamente 60 000 toneladas cada uno, que se utiliza para resistir la atracción de los cables.

2.6.6. Los Cables El puente está formado por 2 grandes torres en los extremos. Los cuatro cables de acero encargados de sujetar la plataforma del puente, unen las torres de anclaje en cada orilla del río con los cables verticales que soportan la plataforma. Cada uno de los 4 cables principales tiene un diámetro de 40 centímetros y está compuesto por 19 hilos de acero. La plataforma del camino cuelga en ligas de acero con un diámetro de 2 pulgadas encadenadas a partir de dos pares de cables, las catenarias, de 16 pulgadas de diámetro. Cada cable se compone de 5 296 alambres de acero. Cada uno de los cuatro cables es capaz de sostener una carga viva de 12 000 toneladas. El puente de Brooklyn supuso un desafío técnico, al utilizarse por primera vez acero para la elaboración de cuatro gigantescos cables, desde los que parten otros verticales que soportan la plataforma con la ayuda de dos torres de granito.

Red de cables. 2.6.7. Pavimento El puente cuenta con dos niveles: el inferior con dos calzadas de tres carriles cada una por la que circulan a

diario más de 150 000 vehículos. El nivel superior es una pasarela para uso peatonal y para ciclistas. La anchura total del puente es de 26 m., con una altura de las torres por encima del nivel del río de 84 m., una altura de la calzada desde el río de 40 m., una longitud de cada uno de los 4 cables principales de 1 100 m., así como un diámetro de 40 cm.

Área peatonal del puente

III.ELABORACION DE MAQUETA 3.1. MATERIALES

Maderas de balsa

Fibras de cartón

Cúter

Cuerdas de guitarra

Regla milimetrada

Tijera

Luces LED

Hilo de coser

Lámina de MDF

Pegamento

Lápices

Alicates

3.2. ELABORACIÓN 3.2.1 Elaboración de planos ( AutoCAD )

TORRE

Vista

frontal

Vista lateral

CIMIENTOS

Detalle

de

cimientos

PLATAFORMA

Detalle de plataforma

TENSORES

los

ELEVACIÓN

GENERAL

3.2.2 Procedimiento de construcción MAQUETA 1 1.-Ploteo de los planos.

2.-Corte y planos

en

3.- Armado de piezas

pegado

de

“cartón maqueta”.

IV. CONCLUSIONES  Los casi 128 años de edad cumplidos por el puente Brooklyn han probado cómo el hombre puede superar las limitaciones tecnológicas utilizando su creatividad e ingenio. En muchos aspectos, esta emblemática realización de la ingeniería se adelantó a su tiempo y sentó una escuela de construcción de puentes colgantes que, si bien ha venido perfeccionándose en las últimas décadas, no ha abandonado los principios básicos empleados en ella.  El nombre de John A. Roebling figura desde entonces en la historia de la ingeniería, al lado de los geniales ingenieros que dieron un gran paso adelante, desarrollando el uso del hierro en el diseño de puentes: Thomas Telford, Robert Stephenson, I.K. Brunel, pero la decisión de emplear cables de acero para soportar

las

cargas

de

los

puentes

colgantes

recae

exclusivamente en Roebling.  Aparte de la calidad científica y técnica que significó el diseño del puente y la selección de los materiales principales, tiene dimensiones especiales la actuación heroica de quienes hicieron frente a la desgracia y llevaron su tarea hasta el último momento, incluyendo veinte o treinta hombres que dejaron su vida en el propósito común. Todo este cuadro de hechos lamentables dio lugar a positivas investigaciones de prevención de accidentes y enfermedades de trabajo.  La construcción del puente Brooklyn es, por todas estas razones, motivo de orgullo de la ingeniería mundial y parte esencial del paisaje de Nueva York. Y hace apenas unos ños, el famoso puente, situado a corta distancia del emplazamiento de las torres gemelas del World Trade Center, volvió a la notoriedad al servir como vía de escape a horrorizados neoyorquinos que huían del lugar de la tragedia.

V. BIBLIOGRAFÍA  http://www.vivenuevayork.com/visitar/puentebrooklyn.php  http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Brooklyn  http://www.taringa.net/posts/videos/1186195/77-Bateriasjuntas-bajo-el-puente-de-Brooklyn.html  http://maps.google.com/maps? hl=es&biw=1419&bih=724&noj=1&q=PUENTE+DE+BROOKLYN &um=1&ie=UTF-8&hq=&hnear=Brooklyn+Bridge,+New+York, +NY, +EEUU&gl=pe&ei=BASSTZrjOeW10QGIio3NBw&sa=X&oi=geoc ode_result&ct=title&resnum=1&ved=0CB0Q8gEwAA.  http://magnet.xataka.com/un-mundo-fascinante/asi-seconstruyo-el-puente-de-brooklyn

VI.VI ANEXOS 6.1 PLANOS