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PUENTES ATIRANTADOS Y COLGANTES

VALENTINA GALEANO CATAÑO DANIELA OSPINA SAMPEDRO

GEOMETRIA 1

ANDRÉS PERÉZ

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA MEDELLIN 2012

PUENTES ATIRANTADOS Historia Primeros puentes atirantados: La estructura general de los puentes atirantados que consiste en generar soportes intermedios a una viga mediante una atadura inclinada, colgada de una torre o mástil se puede referenciar en tiempos muy lejanos, mirando por ejemplo a los egipcios que construían veleros aplicando esta idea, como también en el lejano oriente, cuando los ríos eran atravesados por puentes de bambú que estaban apoyados por pajas sujetas a los árboles que se encontraban en las orillas. En el año de 1617, Faustus Verantius, de Venecia, diseñó una cubierta de madera atirantada por varias barras inclinadas atadas a torres de albañilería y en 1784 Emmanuel Loscher, un carpintero alemán, construyó en Freibourg un puente de madera de 32m de largo, reforzado por tirantes de madera atada a una torre también de madera. En 1817, los ingenieros británicos Redpath y Brown, construyeron en las praderas del rey, un puente peatonal de 33.6m de longitud, usando cables inclinados para soportar las vigas longitudinales enrejadas en los extremos terceros de sus tramos desde lo alto de dos torres. Posteriormente, en varias partes de Europa fueron construidos algunos puentes con barras de hierro forjado, cadenas, cables o incluso madera, todos con tirantes resistiendo pisos de metal o de madera desde las torres; pero muchos de ellos se colapsaron por los fuertes vientos, ya que estos puentes no podían ser atirantados durante su construcción, y estructuralmente comenzaban a ser eficaces después de que la plataforma ya había sufrido una considerable deflexión. Los cables atirantados fueron adaptados exitosamente por John Roebling en sus grandes puentes colgantes; el primero de ellos fue el Trunk, que atraviesa el Niágara, abierto en 1885; luego el puente de Ohio en Cincinnati, inaugurado en 1867; y el más impresionante, el puente de Brooklyn en Nueva York, puesto en circulación en 1883. El primer puente exitosamente soportado sólo por cables atirantados fue diseñado por Giscard en Francia, a finales de siglo XIX, quien desarrolló un sistema de triangulación con tirantes con un arreglo radial desde lo alto de las torres. Le Cocq modificó el sistema de Giscard, transfiriendo las componentes horizontales de las fuerzas de los cables atirantados, a la rigidez de la viga; y construyó en 1925 el puente Lezardrieux sobre el río Trieux.

Puentes atirantados modernos: El primer puente moderno, soportado solamente por cables atirantados, es el Stromsund de Suecia diseñado por Dischinger y construido por la compañía alemana Demag en 1955.

El siguiente adelanto en los puentes atirantados se dio en los años sesenta con un sistema con forma de múltiples tirantes, por medio del cual un gran número de cables con diámetros pequeños fueron atados a las torres a diferentes alturas, en forma de arpa o de abanico o en forma mixta, para absorber la rigidez de la viga en pequeños intervalos. El puente Friedrich Ebert, en Bonn, Alemania, es el primero construido con múltiples cables; fue diseñado por Homberg y se terminó en 1967; está sostenido por 80 cables atirantados en ambos lados de las torres.

Usos más frecuentes de los puentes atirantados: Este tipo de puentes se usa principalmente en vanos medianos y grandes con luces que van de los 300 metros al kilómetro, como en estrechos y bahías, aunque para vanos mayores de un kilómetro, en la actualidad se usan puentes colgantes solamente, también se usan para pequeñas pasarelas peatonales.

Su estructura: Los elementos principales estructurales en los puentes atirantados son los tirantes, las torres y el tablero Los tirantes son cables rectos que atirantan el tablero, proporcionándole una serie de apoyos rígidos. Las torres sirven para elevar el anclaje fijo de los tirantes, de manera que introduzcan fuerzas verticales en el tablero para crear los pseudo-apoyos. El tablero interviene en el esquema resistente, porque los tirantes al ser inclinados introducen fuerzas horizontales que se deben equilibrar a través de el. Existen varias formas de distribuir los tirantes en los puentes, las cuales son:

Tirantes paralelos (ARPA): Los cables se diseñan de manera paralela; las componentes horizontales de la tensión en los cables que soportan la viga, cerca de la torre son más grandes que aquellos que se utilizan en el sistema de abanico. Con este sistema, las torres deben ser más altas disponer de una mayor inclinación, lo que incrementa la rigidez del sistema. Estéticamente, el sistema de arpa se considera como el más agradable a la vista.

Tirantes Semi-Arpa: Para evitar el problema del amontonamiento de los anclajes de los tirantes en el ápice de la torre, estos están espaciados a distancias convenientes en la parte superior de la torre, sin que se llegue a un arreglo paralelo.

Tirantes Radiales (ABANICO): Los cables están anclados en lo más alto de las torres, desde un mismo punto, lo que implica problemas en los detalles de las anclas.

Las torres (pilón) son la parte más importante dentro de la estructura del puente, pero esta también presenta algunas variaciones en su forma como lo vemos en la imagen:

(a) Pórtico tipo portal con miembro transversal superior. (b) Torres empotradas en la pila y sin miembro transversal superior, (c) Torres fijas a las vigas principales y sin miembro transversal superior, (d) Torre en el eje, fija a la superestructura, (e) Torre en forma de A. (f) Torre desplazada lateralmente, empotrada en la pila. {g) Torre en forma de diamante.

Dependiendo de cómo este ubicada la torre y de cómo llegan los tirantes se clasifican en:

Puente de pilón lateral:

En este tipo de puente, el pilón, no está situado en el mismo plano de la pista (longitudinal), sino un poco a un lado, este diseño permite puentes con pistas algo curvas.

Puente Asimétrico:

Este puente, usa un pilar a un extremo del puente al que llegan los cables. Estos puentes no son muy diferentes respecto a los atirantados normales. La fuerza de los cables puede ser compensada continuando estos hasta unos contrapesos en el suelo. Los cables, pueden ser sustituidos por pilares de hormigón prensado trabajando a compresión.

Puente de Contrapeso:

Es un puente similar al anterior, salvo que los cables no continúan hasta el contrapeso, sino que están anclados al pilón, y el pilón sujeta la fuerza de los cables, debido a su propio peso y su anclaje en el terreno.

Tipos de fuerzas presentes: La forma estructural básica de este tipo de puentes es una serie de triángulos interpuestos que comprimen a la torres, a los cables, y a la plataforma. Todos estos miembros del triángulo están predominantemente bajo fuerzas axiales: los cables a tensión; mientras que la torre y la plataforma están sujetos a la compresión.

Ventajas y desventajas: Ventajas:    

No requieren anclajes tan sólidos. su construcción es simple tienen además mayor rigidez que el puente colgante de por vida, y por cargas de viento. su perfil de una plataforma delgada sostenida por delgados cables en un patrón lineal desde una o dos torres altas, resulta una atracción muy llamativa.

Desventajas El índice de fallas que se presentan en los puentes atirantados en servicio, se debe a cuatro factores fundamentales: a problemas de diseño; a los materiales constitutivos; al procedimiento constructivo; y a la operación, bajo cargas vivas. Estos tipos de falla conducen a que en los materiales se presenten defectos o agrietamientos que pueden extenderse o crecer; y debido a las cargas a que se encuentra sometida la estructura en un momento dado, pueda colapsarse. O bien las fallas tener su origen en el proceso de construcción, ya sea porque no hubo un control de calidad, y por lo mismo no se cumplió con las especificaciones de la obra. Las fallas que se deben a las cargas de operación es porque las cargas vivas que se presentan son extraordinarias; o porque se rebasaron las cargas de diseño, las cuales pueden ser por el

incremento del flujo vehicular; o porque se presenten vientos con velocidades mayores a las normales; o debido a un sismo de intensidad mayor a la de diseño; o bien por una combinación de ellas.

Ilustraciones de Puentes atirantados

Tatara Bridge

Xupu Bridge.

Third Nanjing Yangtze Bridge

Baishazhou Bridge

Puente del alamillo

PUENTES COLGANTES Historia Historia: El primer puente: JACOB’S CREEK, Ubicado en Pennsylvania (U.S.A) En el año 1801, diseñado por James Finley. Este puente contaba con una longitud de 21 m considerado un puente colgante o suspendido, elaborado con materiales como: El hierro forjado y mampostería. Este puente colgante hecho con cadenas de hierro nace con la Revolución Industrial, el concepto puro de puente colgante no es nuevo (China y Latinoamérica ensayaron versiones con cuerda desde mucho tiempo atrás), este es el puente que introduce la tipología constructiva que en el mismo siglo excederá el medio kilómetro de luz libre. Emplea torres para el desvío de las cadenas, tensores verticales de suspensión y un deck rígido y nivelado. (James Finley, el diseñador, escribió un artículo acerca de las propiedades del puente suspendido con deck rígido y patentó este sistema en 1808). Después de esta propuesta se empezaron a diseñar una gran variedad de puentes como: Menai y Cowny (puestos en funcionamiento en 1826) en el Norte del País de Gales y el primer puente Hammersmith (1827) en la zona Oeste de Londres. Desde entonces puentes colgantes han sido construidos a lo largo de todo el mundo. Esta tipología de puente es prácticamente la única solución posible para salvar grandes luces (superiores a un kilómetro), por ejemplo, cuando sea peligroso para el tráfico marítimo añadir apoyos centrales temporales o permanentes, o no sea viable añadir apoyos centrales.

Usos más frecuentes: Desde la antigüedad este tipo de puentes ha sido utilizado por la humanidad para salvar obstáculos como un cuerpo de agua, estos puentes son construidos la mayoría de las veces para el tráfico automovilístico y el de peatones, e incluso soportan líneas de ferrocarril ligeras.

Elementos que contienen la estructura de los puentes colgantes: Al faltar dureza el puente lo más probable es que se vuelve tortuoso en situaciones de varios y forzudos vientos. Esta falta de dureza dificulta gran parte el sostenimiento de este. Estos puentes estas sometidos a grandes cargas de vientos., las torres actúan en un momento como fuerza en sentido curvo sobre el suelo, y notifican una gran sostenimiento cuando se emplea en terrenos frágiles, lo que conlleva a gastar una gran suma de dinero lo cual le podría salir muy caro a la constructora. Para fijar los cables que transfieren las cargas al suelo, no siempre va hacer esencial tener un suelo con gran dureza, ya que pueden anclarse a un bloque grande de cemento. El gran volumen que necesitara la tensión a la que estén dominados los cables que llevan el trabajo principal y de su desvió. Aunque el método más primario radica en anclarlos sujetándolos a unos grandes gaviones llenos de rocas por dentro. Casi todos los puentes colgantes utilizan estructura reticulada en acero para lograr así un gran soporte con una mayor facilidad de construir una carretera, comúnmente llamada (Plataforma). En las épocas pasas la suspensión en los puentes se podían hacer por cadenas enlazadas, pero a medida que la tecnología ha evolucionado los puentes modernos cuentan con múltiples cable de acero que son utilizados para lograr una variada repetición y así evitar que en el cable principal se encuentren defectos ya que esto puede crear una gran amenaza, pero si hablamos de que solo una barra del cable este malo puede llegar a ocasionar que la estructura colapse y así crear una gran tragedia. Las formas más usadas de suspensión utilizadas en grandes puentes cuentan con mayores posibilidades de manifestarse en diferentes ambientes menores que estos puentes como los de ferrocarriles o de vías. La contención con cables puede amparar como soportes para llegar a una solución más económica y con más elegancia para los puentes peatonales hechos con un gran enrejado. Un puente une dos edificios no se hace necesaria la construcción de las torres ya que los dos edificios hacen el trabajo de las torres y sostienen los cables. La suspensión con cables puede ser incrementada con la rigidez de la estructura simulando así un puente tubular. Las conformaciones más utilizadas para la construcción de las torres es en pórticos, ya que de esta forma se puede ahorrar una gran parte de dinero, pero sin dejar atrás algunas característica como, las torres deben tener el ancho mínimo, pero suficientemente amplio en la parte superior para tomar la silueta del cable. Algunos de los puentes colgantes tienen cables fijos en la parte superior de las torres. Con este orden, debido a la comparativa finura de éstas, las deflexiones de la parte superior no producen esfuerzos. Lo más recomendable es usar torres oscilantes, articuladas en la base y en la parte superior. También, es posible utilizar torres empotradas en la base.

Etapas constructivas:        

Limpieza del terreno. Reconsideración. Excavación. Construcción de los pilones, ya sea en estructura de cemento o acero, Utilizando por ejemplo, tubos con un diámetro grande. Utilización de los cables principales. Acoplamiento de las péndolas y las vigas para dar dureza. Tablero, ya sea de tablones de madera o losas de cemento de delgado espesor. Acabados.

Tipos de fuerzas presentes: Fuerzas de atracción y compresión: En un puente colgante intervienen los dos tipos de fuerza tanto el de atracción como el de compresión es decir: 

La fuerza de tracción: (Es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto y llegan a estirarlo). En un puente colgante la fuerza de tracción se localiza en los cables principales. Lo cual el cuerpo está sometido a un esfuerzo de tracción sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la tracción. La fuerza de tracción es la que intenta estirar un objeto (tira de sus extremos fuerza que soportan cables de acero en puentes colgantes, etc.)



La fuerza de compresión: (Es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen o un acortamiento en determinada dirección). La fuerza de compresión es la contraria a la de tracción, intenta comprimir un objeto en el sentido de la fuerza. La fuerza de compresión es un estado de tensión en el cual las partículas se aprietan entre sí. Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla sometida a una solicitación a la compresión.

Ventajas y Desventajas: Ventajas: 

El puente colgante se puede decir que es el único que permite ocultar las luces más grandes.



Los elementos que forman la viaducto son lo suficientemente rápidos para que puedan ser manipulados por los empleados sin necesitar una maquinaria especial.



Este se considera una estructura muy flexible. Si se evitan cargas precisas de mayor nivel se pueden producir movimientos importantes. .



Pueden tener la plataforma de gran altura accediendo el paso de embarcaderos muy altos.



No es necesario apoyos en el centro durante su terminación, dándole el paso así a construir sobre profundos cañones o cursos de agua muy turbulentas.

Desventajas: 

Es necesario mantenimiento en varias ocasiones para evitar el deterioro ya que una gran porción de la estructura es hecha en metal. Los tubos metálicos por lo general deben ser pintados y el estado de los cables se debe revisar En varias oportunidades.

Ilustraciones Puentes Colgantes

Puente del Gran Belt

Puente colgante en Bilbao

Puente Yangluo

Puente del Estrecho de Mackinac

Golden Gate

Cibergrafia: http://lospuentescolgantes.blogspot.com/2009/01/los-puentes-colgantes.html http://www.estruktural.net/Estruktural/Historia_de_Puentes/Entries/2009/11/21_1801_JACOB%E2%80 %99S_CREEK__EL_PRIMER_PUENTE_COLGANTE_SUSPENDIDO_DEL_MUNDO.html http://www.construmatica.com/construpedia/Puentes_Colgantes_y_Hamaca_en_Construcci%C3%B3n_ para_el_Desarrollo http://www.ingenierocivilinfo.com/2012/02/puentes-atirantados-configuraciones-de.html http://www.imt.mx/archivos/publicaciones/publicaciontecnica/pt301.pdf