Las formas de puentes recientemente identificadas podrían permitir que se logren tramos de puentes significativamente más largos en el futuro, potencialmente haciendo un cruce sobre el Estrecho de Gibraltar, desde la Península Ibérica hasta Marruecos, factible.

Las nuevas formas de puentes utilizan una nueva técnica de modelado matemático para identificar formas óptimas para puentes de gran luz. La investigación se publica el 19 de septiembre de 2018 en la Actas de la Royal Society A .

El tramo de un puente es la distancia de la calzada suspendida entre torres, con el récord mundial actual en poco menos de 2 km. La forma más popular para tramos largos es la forma de puente colgante, como se usa para el puente Humber, aunque la forma del puente atirantado, donde los cables conectan directamente la torre a la calzada, como los que se utilizan en el Queensferry Crossing de Escocia, construido recientemente, se está volviendo cada vez más popular.

A medida que los tramos de los puentes se alargan, se necesita una proporción de la estructura que crece rápidamente solo para soportar el propio peso del puente, en lugar del tráfico que lo cruza. Esto puede crear un círculo vicioso:un aumento relativamente pequeño en el alcance requiere el uso de mucho más material, conduciendo a una estructura más pesada que requiere aún más material para soportarla. Esto también establece un límite sobre la longitud de un puente; más allá de este límite, un puente simplemente no puede soportar su propio peso.

Una opción es usar más fuerte, materiales más ligeros. Sin embargo, el acero sigue siendo la opción preferida porque es resistente, fácilmente disponible y relativamente barato. Entonces, la única otra forma de aumentar la luz es cambiar el diseño del puente.

El profesor Matthew Gilbert de la Universidad de Sheffield, quien dirigió la investigación, dijo:"El puente colgante ha existido durante cientos de años y, aunque hemos podido construir vanos más largos a través de mejoras incrementales, nunca nos hemos detenido a ver si en realidad es la mejor forma de usarla. Nuestra investigación ha demostrado que existen formas estructuralmente más eficientes, lo que podría abrir la puerta a tramos de puentes significativamente más largos en el futuro ".

La técnica ideada por el equipo se basa en la teoría desarrollada por el homónimo del profesor Gilbert, Davies Gilbert, quien a principios del siglo XIX utilizó la teoría matemática para persuadir a Thomas Telford de que los cables de suspensión en su diseño original para el puente del Estrecho de Menai en el norte de Gales seguían una curva demasiado poco profunda. También propuso una "catenaria de igual tensión" que muestra la forma óptima de un cable que tiene en cuenta la presencia de cargas de gravedad.

Al incorporar esta teoría de principios del siglo XIX en un modelo moderno de optimización matemática, el equipo ha identificado conceptos de puentes que requieren el mínimo volumen posible de material, potencialmente haciendo factibles tramos significativamente más largos.

Los diseños matemáticamente óptimos contienen regiones que se asemejan a una rueda de bicicleta, con múltiples 'radios' en lugar de una sola torre. Pero estos serían muy difíciles de construir en la práctica a gran escala. Por lo tanto, el equipo los reemplazó con torres divididas que comprenden solo dos o tres 'radios' como un compromiso que conserva la mayor parte del beneficio de los diseños óptimos. siendo un poco más fácil de construir.

Por un lapso de 5 km, que es probable que se requiera para construir el cruce del Estrecho de Gibraltar de 14 km, un diseño de puente colgante tradicional requeriría mucho más material, haciéndolo al menos un 73% más pesado que el diseño óptimo. A diferencia de, los diseños propuestos de dos y tres radios serían solo un 12 y un 6 por ciento más pesados, haciéndolos potencialmente mucho más económicos de construir.

Las nuevas formas del puente requieren menos material principalmente porque las fuerzas del tablero se transmiten de manera más eficiente a través de la superestructura del puente a los cimientos. Esto se logra manteniendo cortos los caminos de carga, y evitar esquinas afiladas entre elementos de tracción y compresión.

El equipo enfatiza que su investigación es solo el primer paso, y que las ideas no se pueden desarrollar de inmediato para la construcción de un puente de gran envergadura. El modelo actual considera solo las cargas de gravedad y aún no considera las fuerzas dinámicas que surgen del tráfico o la carga del viento. También se requiere más trabajo para abordar los problemas de construcción y mantenimiento.

Coautor, Ian Firth, de COWI, dijo:"Este es un desarrollo interesante en la búsqueda de una mayor eficiencia de materiales en el diseño de puentes de luz superlarga. Hay mucho más trabajo por hacer, especialmente en el diseño de métodos de construcción eficaces y económicos, pero tal vez algún día veamos cómo estas nuevas formas van tomando forma a través de algún amplio estuario o cruce marítimo ".