Un ferrocarril tiene que cruzar ríos, y los ríos rara vez esperan a un sitio conveniente. El mismo río puede necesitar un vano corto en un punto y uno muy largo en otro, así que los ingenieros tienen un pequeño conjunto de diseños para elegir. Todos cumplen la misma función: recoger el peso de un tren y llevarlo con seguridad al suelo en ambas orillas.
Dos fuerzas y nada más
Si desmontas cualquier puente, solo quedan dos tipos de fuerza interna. Compresión aprieta un material; tracción lo estira. La piedra, el ladrillo y el hormigón son fuertes a compresión y débiles a tracción. El acero es fuerte en ambas, pero un elemento largo y esbelto de acero sometido a compresión puede pandear, mientras que el mismo elemento a tracción no. Cada tipo de puente es una forma distinta de disponer estas dos fuerzas.
Viga: la respuesta más sencilla
Una viga, o larguero, es un tablero rígido apoyado en un soporte en cada extremo. Bajo una carga se curva ligeramente, lo que comprime la parte superior y estira la inferior. Como el material cerca del centro de la altura trabaja poco, las vigas reales colocan su acero arriba y abajo, en forma de doble T o de caja hueca. Las vigas son baratas de construir y fáciles de inspeccionar, y dominan los cruces cortos, normalmente de unas decenas de metros. Salvar más que eso requiere una viga más profunda y pesada, y el peso propio de la viga pronto pasa a ser la mayor parte de la carga. Las vigas cajón continuas, que pasan sobre varios apoyos, amplían el alcance a 100 metros o más.
Arco: que la forma haga el trabajo
Un arco convierte la carga vertical en una compresión a lo largo de su curva, y esa compresión empuja también hacia los lados en sus pies. El terreno o los estribos deben resistir ese empuje lateral. Por eso los arcos encajan en los desfiladeros rocosos, y por eso los constructores romanos y victorianos podían usar piedra, que es débil a tracción pero excelente a compresión. Los arcos de acero llegan mucho más lejos: el Puente de la Bahía de Sídney, que lleva trenes además de tráfico rodado, tiene un vano principal de arco de 503 metros.
Celosía: triángulos por todas partes
Un triángulo no puede cambiar de forma sin que cambie la longitud de uno de sus lados, así que una estructura de triángulos es rígida con muy poco acero. En una celosía cada barra está traccionada o comprimida a lo largo de su longitud, y a nada se le pide que se doble. Eso hace que las celosías sean ligeras para su rigidez, por lo que la era ferroviaria del hierro y el acero produjo tantas, desde vanos cortos hasta los grandes voladizos. El Puente Forth, en Escocia, inaugurado en 1890, tiene dos vanos voladizos principales de 521 metros cada uno. Es una estructura de celosía y todavía hoy transporta trenes pesados.
Los ríos deciden cuál de estos necesita una línea. Nuestro artículo sobre por qué los ferrocarriles siguen los ríos explica por qué las líneas llegan allí en primer lugar; el cruce es el precio. En Valley Rail: Train Tycoon arrastras vía de ciudad en ciudad y cruzas el río por un puente de uno de cinco estilos, que es la misma elección que enfrentan los ingenieros en la vida real, solo que con menos acero.
Colgante: los vanos más largos
Un puente colgante cuelga su tablero de tirantes verticales unidos a cables principales, que pasan por encima de torres altas y están firmemente anclados en cada extremo. Los cables soportan la carga a tracción pura, y la tracción es la forma más eficiente de usar el acero, así que ningún otro tipo llega tan lejos. El Golden Gate tiene un vano principal de 1,280 metros, y el Puente Akashi Kaikyō de Japón, 1,991 metros. Ambos son puentes para carretera.
Un cable adopta la forma que le da la carga. Una viga, un arco o una celosía resisten un cambio de forma siendo rígidos; un puente colgante lo resiste sobre todo siendo pesado.
Por qué los ferrocarriles rara vez usan colgantes
La misma flexibilidad que hace económico a un puente colgante es un problema para los trenes, por tres razones relacionadas.
- La carga es pesada y concentrada. Un tren de mercancías pesa mucho más por metro que el tráfico rodado, y se apoya en unos pocos ejes. En un vano largo de cable, un tren pesado es una gran parte de la carga total, así que el cable se reconfigura alrededor de él.
- La vía necesita una línea suave. El tablero se hunde bajo el tren y se eleva delante de él, así que las ruedas siempre están subiendo una pequeña colina local. Los ferrocarriles miden las pendientes en fracciones de por ciento, como en nuestro artículo sobre la pendiente limitante, así que incluso una depresión modesta cuesta tracción real y marcha áspera.
- La repetición desgasta. Cada tren vuelve a flexionar el tablero, los tirantes y los cables. Las celosías y vigas rígidas se deforman mucho menos, y una celosía de rigidez bajo el tablero es lo que permite que los pocos puentes colgantes para ferrocarril funcionen en absoluto.
Por eso un cruce ferroviario largo suele ser una celosía, una viga cajón, un arco o un diseño atirantado, que es más rígido que un colgante verdadero. Cuanto más pesada la mercancía, más fuerte es el argumento. Para el tráfico en sí, véase cómo funcionan las cadenas de mercancías.
Valley Rail: Train Tycoon te permite cruzar el río por un puente de uno de cinco estilos, y luego comprar un tren y explotar la ruta. El dinero que gana cada viaje existe solo dentro del juego y no tiene valor en dinero real. Valley Rail está en pruebas cerradas y aún no está disponible públicamente.