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Instituto Tecnológico de Matehuala

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MATEHUALA

Fundamentos de investigación Investigación documental: Puentes Atirantados Integrantes: Mariana Galván González Martha Aracelia Rangel Flores Andrés Medrano Soto Francisco Manuel Delfante Rodríguez Yael Imanol Zanella Limón Carrera: Ingeniería Civil Semestre: Primero Grupo: 1VB Docente: Eduardo Zapata Cossio Periodo: Agosto-Diciembre 2018

Matehuala, S.L.P.

06 de diciembre 2018

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Prólogo Los puentes atirantados fueron un gran invento diseñado en el año de 1617 para una colección de Machinae Novae Fausti Verantii siceni por un erudito veneciano llamado Fausto Veranzio el cual revolucionó a esta época por su innovador y atractivo diseño de puente pues originalmente se conformaba de una plataforma de madera lo cual como se mencionó anteriormente y estaba sostenida por cadenas de hierro suspendidas desde las torres situadas en cada una de las dos orillas. Sin embargo existe una disputa por encontrar la verdadera paternidad del origen de novedoso invento pues hay quienes creen que se acredita la paternidad a los ingenieros alemanes o incluso a los japoneses, restándole credibilidad a Fausto Veranzio. Por lo que el primer puente atirantado fue construido en el año de 1784 y fue diseñado por el alemán Carl Imanuel Löscher (1750-1813) el cual tenía 12 m de largo y estaba hecho de metal y madera. No obstante estos intentos por conseguir un puente fuerte y resistente para las diferentes actividades humanas que demandaban en esa época una comunicación constante de la población tales como son el transporte y el comercio, no fueron suficientes pues a poco tiempo los puentes fueron destruidos por el viento. Es de gran importancia resaltar que fue hasta el año de 1955 cuando el ingeniero Franz Dischinger realizó el puente atirantado en Suecia que generalmente se considera el primer puente atirantado de acero. Este fue seguido en 1961 de la pasarela sobre la calle Schiller en Stuttgart, diseñada por Fritz Leonhardt, y de los puentes de Leverkusen (1965) y de Bonn-Norte (1967), obras de Hellmut Homberg. Pero Albert Caquot fue más rápido y construiría un nuevo puente atirantado con tablero de hormigón sobre el canal de Donzère-Mondragon, el puente de Donzère-Mondragon en Pierrelatte en 1952 Un aspecto importante y que es característico de estos puentes es la disposición de los tirantes, ya que puede ser paralelos, o convergentes (radiales) respecto a la zona donde se sujetan en el pilón. Sin embargo la forma correcta en la que se debe ir formando un puente atirantado es con una estructura que consta principalmente de un armazón de concreto armado construidos por segmentos que se sostienen por los tirantes y estos a su vez sostenidos por un mástil, que sostiene los segmentos anclados a tierra en sus extremos, para formar así una columna vertebral que mantiene al puente en perfectas condiciones para resistir las adversidades de la naturaleza. Por otra parte es importante resaltar que el tablero es una estructura horizontal suspendida de los tirantes que soportan las cargas de dirección v; el cual tiene un determinado proceso de elaboración el cual es similar al de un puente atirantado. De igual manera la utilización de vigas ortotrópicas permite una construcción más rápida y con una vida útil más larga para el puente y más aparte de ser una solución económica y resistente. Vertical en el puente y que a su vez proporcionan el apoyo intermedio para 2

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las vigas. Las torres son la parte más importante dentro de la estructura de los puentes atirantados, ya que estas son las que van a soportar toda la carga que se ha de distribuir del tablero a los cables y estos a las torres. Se supone que un puente atirantado moderno debe soportar su propio peso y la carga transmitiéndola a los cimientos a través de las torres. Y este debe de soportar las cargas extremas como los fuertes vientos tormentosos, temblores, olas gigantes o impactos inesperados. Además de la llamada Carga ambiental, que se refiere a la constante exposición a los elementos del ambiente, como el calor, viento, erosión, óxido y estrés que pueden expandir o contraer los materiales de construcción o hacerlos susceptibles a la erosión y el óxido.

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ÍNDICE 1.- ¿QUE SON?.....................................................................................................

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2.- HISTORIA U ORIGEN……………………………………………………………...

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2.1.- Final del siglo XlX- inicios del siglo XX: realizaciones aisladas……………..

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2.2.- De 1952 a hoy: el auge…………………………………………………………..

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3.- CARACTERISTICAS GENERALES……………………………………………..

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4.- VARIACIONES DE PUENTES ATIRANTADOS…………………………….....

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4.1.- Puente Atirantado Simétrico…………………………………………………….

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4.2.- Puente Atirantado Asimétrico……………………………………………………

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4.3.- Puente Atirantado Asimétrico De Pilón Lateral…………………………………

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5.- PARTES DE UN PUENTE ATIRANTADO…………………………………….....

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5.1.- La superestructura……………………………………………………………….

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5.2.- La subestructura…………………………………………………………………..

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6.- FUERZAS EJERCIDAS SOBRE EL PUENTE…………………………………..

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7.- SISTEMAS DE CABLES ATIRANTADOS……………………………………….

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INTRODUCCION Puentes atirantados es este el tema que decidimos llevar acabo nuestra investigación, ya que nos pareció que es uno de los más interesantes de los que se llevan en ingeniería civil. Además de sabemos que es un tema bastante extenso por lo cual hemos decidido ser lo más exactos posible ya que no queremos que sea una investigación muy aburrida, pero que si te lleves un conocimiento sobre este tema… Sabemos que para hacer una construcción de este tipo se hace con ayuda de matemáticas, física, hacer un diseño, pero también tenemos que tomar en cuenta más factores sobre este mismo También estos nos ayudan a pasar por montañas altas, así como cruzar río, pero también poden esta nos facilita a que sea un camino recto y que de esta manera lleguemos a nuestro destino más rápido. Entre los temas que encontraras en esta investigación que espero sean de tu mayor agrado para llegar a comprender más sobre estas estructuras son:  Encontraras que son para que de esta manera sepamos diferenciar entre los muchos tipos de puentes que existen  La historia u origen en el cual uno de los datos más interesantes es que el diseño más antiguo de un puente colgante fue en 1617 y muchas cosas más.  Sus características también lo cual, como en el primer tema nos ayudara a distinguir entre otros puentes.  Variaciones de los puentes colgantes porque también hay diferentes entre estos mismos y para saber reconocerlos e identificarlos.  Sus partes, en este tema te darás cuenta de las partes de esta estructura y la importancia de cada una de ellas para que tenga una buena calidad.  Y ya el último tema es uno de los factores más importantes ya que en ellos es la forma de identificar estos puentes que son, el sistema de cables atirantados. Por lo como que has leído hasta este momento esperamos te parezca una investigación interesante y entretenida, pero que además te deje un conocimiento sobre estas maravillosas estructuras.

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1.- ¿QUÉ SON? Es un tipo de puente cuyo tablero está suspendido de uno o varios pilones centrales mediante obenques o tirantes que enlazan la pista directamente con el pilón. Se distingue de los puentes colgantes porque en estos los cables principales se disponen de pila a pila, sosteniendo el tablero mediante cables secundarios verticales, y porque los puentes colgantes trabajan principalmente a tracción, y los atirantados tienen partes a tracción y otras a compresión. (Fotografía 1) 6

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2.- HISTORIA U ORIGEN El diseño más antiguo de un puente atirantado data de 1617. Fue publicado en Venecia por un erudito veneciano, Fausto Veranzio en una colección Machinae Novae Fausti Verantii siceni. La plataforma de madera está sostenida por cadenas de hierro suspendidas desde las torres situadas en cada una de las dos orillas. Este tipo de puente también se encuentra en África con tirantes hechos en liana, y en Asia con tirantes de bambú (Fotografía 2)

Fotografía 1

Imagen 2

Aunque se cree que el verdadero estudio de los puentes atirantados se remonta a principios de la década de 1950. En general, se acredita la paternidad a los ingenieros alemanes o incluso a los japoneses (puente Wakato), lo que parece inexacto si se consideran las fechas. Fritz Leonhardt situa en 1952 el estudio de la travesía del Rin, en Düsseldorf con tres obras de una misma familia a partir de una idea del arquitecto Friedrich Tamms: Nordbrücke, Kniebrücke y Oberkasseler Rheinbrücke, pero la realización fue más tardía. El primer puente atirantado construido data de 1784 y fue diseñado por el alemán Carl Imanuel Löscher (1750-1813). Tiene 12 m de largo y está hecho de metal y madera. Dos ingenieros británicos, James Redpath y John Brown, construyeron en 1817 la pasarela peatonal del King's Meadows Bridge sobre el río Tweed, que tenía un tramo atirantado de 33,6 m de luz. Los tirantes eran cables anclados a pilonas de fundición.26 Un sistema de cadenas inclinadas se adoptó en 1817 para el puente de la abadía Dryburgh sobre el Tweed. Tenía una luz de 79,3 m. Se había observado ya que el tráfico peatonal en el puente causaba vibraciones que podían desplazar fácilmente las cadenas. El puente fue destruido por un fuerte viento. En 1821, fue el arquitecto Poyet quien propuso construir un tablero suspendido de torres mediante barras de hierro colocadas en forma de abanico. En 1823, fue el ingeniero y matemático Henri Navier (1785-1836) quien estudió este tipo de puente con cadenas inclinadas. En 1824, el arquitecto alemán Gottfried Bandhauer (1790-1837) construyó un puente atirantado para cruzar el río Saale en Nienburg. Su luz central es de 78 m. Sin embargo, este puente tenía una flecha importante y colapsó bajo el peso de la multitud. Motley construyó un puente atirantado en Tiverton en 1837. Hartlley construyó un puente de tirantes paralelos en 1840. Al mismo tiempo, se instaló el puente del canal navegable de Manchester (Manchester Ship Canal Bridge ) con tirantes en forma de abanico. Clive propuso en 1843 un original sistema de sujeción, mezcla de cables de suspensión dispuestos en paralelo y en abanico. 7

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En 1858, Rowland Mason Ordish, junto con William Henry Le Feuvre, tomó una patente sobre un sistema de puente suspendido atirantado. Fue implementado en el puente Franz Josef, en Praga, y luego en el puente Albert de Londres. 2.1.- Final del siglo XIX- inicios del XX: realizaciones aisladas Muchos de los primeros puentes suspendidos eran puentes híbridos entre las suspensiones y los atirantados, como la pasarela peatonal construida en 1817 en la abadía Dryburg. James Dredge patentaría el puente Victoria en Bath (Reino Unido, 1836) y más tarde se erigirían el puente de Albert (1872), en Londres, y el puente de Brooklyn (1883). Los diseñadores de puentes descubrieron que la combinación de ambas tecnologías permitía construir puentes más rígidos. Un ejemplo de esto es el puente de las cataratas del Niágara construido por John Augustus Roebling (18061869). El ejemplo más antiguo y conocido de un verdadero puente atirantado es el puente de acero de Bluff Dale, situado en Bluff Dale (Texas, Estados Unidos), construido en 1890 por E.E. Ruyon.2728 En pleno siglo XX, los ejemplos más pioneros incluyen a Albert Gisclard, con el puente de Cassagnes (1899), en el que la componente horizontal de la fuerza de los cables es compensada por un cable puntal horizontal, previniendo así la compresión significativa del tablero. El sistema fue asociado con el de los puentes en consola de Leinekugel Lecocq29 en el puente de Lézardrieux en 1925 en un sistema bastante complicado. Al año siguiente, Eduardo Torroja, un ingeniero español diseñó y construyó un puente atirantado para el acueducto de Tempul cerca de Jerez de la Frontera;para evitar apoyar una pila en el río, elevó el tramo central de 17 a 34 m y alivió el peso con dos juegos de cables que suspendió de las pilonas. Luego obtuvo la tensión deseada accionando gatos colocados bajo del pasaje de los cables en la parte superior de las pilonas.

2.2.- De 1952 a hoy: el auge Franz Dischinger realizó en 1955 el puente de Strömsund en Suecia que generalmente se considera el primer puente atirantado de acero. Este fue seguido en 1961 de la pasarela sobre la calle Schiller en Stuttgart, diseñada por Fritz Leonhardt, y de los puentes de Leverkusen (1965) y de Bonn-Norte (1967), obras de Hellmut Homberg. Pero Albert Caquot fue más rápido y construiría un nuevo puente atirantado con tablero de hormigón sobre el canal de Donzère-Mondragon, el puente de Donzère-Mondragon en Pierrelatte en 1952, que puede ser considerado el primer puente atirantado moderno, pero aún con una gran influencia de los diseños previos. 8

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Otros pioneros clave en esa época fueron Fabrizio de Miranda, Riccardo Morandi y Fritz Leonhardt. En este momento se usaban muy pocos cables, como en el caso del puente de Theodor Heuss en Düsseldorf de 1958. Sin embargo, el empleo de pocos cables aumentaba enormemente el costo de construcción, por lo que los puentes modernos tienen muchos más cables. El tiempo ha hecho que los puentes atirantados se hagan un lugar en el diseño de puentes y desplacen a los puentes en ménsula. https://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_los_puentes 3.- CARACTERISTICAS GENERALES Se caracterizan por la forma de los pilones (forma de H, de Y invertida, de A, de A cerrada por la parte inferior (diamante), una sola pila...), y si los tirantes están sujetos a ambos lados de la pista, o si la sujetan desde el centro (dos planos de atirantamiento, o uno solo respectivamente). También es característico la disposición de los tirantes, ya que puede ser paralelos, o convergentes (radiales) respecto a la zona donde se sujetan en el pilón. También pueden tener un gran número de tirantes próximos, o pocos y separados, como en los diseños más antiguos. (Imagen 3). Imagen 3 Está estructurado por un tablero que es soportado elásticamente en varios puntos a lo largo de su extensión por cables inclinados; la estructura consta principalmente de un armazón de concreto armado construidos por segmentos que se sostienen por los tirantes y estos a su vez sostenidos por un mástil, que sostiene los segmentos anclados a tierra en sus extremos, para formar así una columna vertebral que mantiene al puente en perfectas condiciones para resistir las adversidades de la naturaleza. La resistencia depende de sus tirantes, ya que estos son los que sostienen los segmentos y a su vez la estructura de la construcción, por lo tanto, de ello depende la integridad física del puente, depende la calidad con que se hicieron los tirantes y su flexibilidad, también por la rigidez del mástil que es el que sostiene a los tirantes, es decir, la obra funciona en pro de los tirantes. http://torrojaingenieria.es/Publicaciones/634ACHE%202015%20Puentes%20extradosados.pdf

4.- VARIACIONES DE PUENTES ATIRANTADOS

4.1.- Puente Atirantado Simétrico 9

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Cuando tienen un doble plano de atirantamiento en sus torres. En estos casos los puentes atirantados suelen tener dos o más torres sobre la pista. De acuerdo a la forma de ubicación de sus tirantes pueden ser de diseño mono tirante, arpa, abanico o estrella (Imagen 4).

4.2.- Puente atirantado asimétrico

Imagen 4

Usa un solo 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 (Imagen 5).

Imagen 5 4.3.- Puente Atirantado Asimétrico de Pilón Lateral Se caracteriza por tener un único plano de atirantamiento que no está ubicado en el mismo plano de la pista, sino a un lado y permite construir puentes con pistas más c http://diccionario.sensagent.com/Puente%20atirantado/es-es/urvadas.

5.- PARTES DE UN PUENTE ATIRANTADO

5.1.- La superestructura Está conformada por los componentes estructurales del puente atirantado y que constituyen el tramo horizontal, como el tablero o pista, y sus componentes. Tablero o pista 10

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Es una estructura horizontal suspendida de los tirantes que soportan las cargas de dirección v. Principales elementos que conforman el tablero Su eje es generalmente un cajón cerrado con voladizos laterales, mientras que sus bordes están formados por una plataforma ortotrópica de vigas metálicas longitudinales y su pista por la capa de rodamiento. Puede tener también bordes peatonales, aceras, postes, pasamanos, etc. Proceso de elaboración del tablero o pista de un puente atirantado En su elaboración se utiliza concreto preresforzado, el cual es comprimido para que sea capaz de resistir los esfuerzos de tensión y mejorar su comportamiento elástico. La utilización de vigas ortotrópicas permite una construcción más rápida y con una vida útil más larga para el puente, una solución económica y resistente. Vertical en el puente y que a su vez proporcionan el apoyo intermedio para las vigas. Los Tirantes u Obenques son cables rectos que atirantan el tablero Representan los elementos fundamentales de la estructura resistente, proporcionando en el puente atirantado una serie de apoyos intermedios más o menos rígidos. La sección transversal del tablero depende en gran medida de la disposición de los tirantes Resistencia que deben tener los tirantes u obenques Los tirantes son un medio de apoyo cuasi-continuo y elástico del tablero. Están anclados y apoyados en diversos niveles de cada una de las torres de sustentación, y ubicados de manera simétrica con relación al eje de la vía y servirán de soporte para los elementos estructurales restantes. ¿Cuántos tirantes deben tener estas estructuras? Depende. Los puentes atirantados pueden tener un gran número de obenques próximos, o pocos y separados. También pueden ser colocados de forma paralela o convergente (radial) respecto a la zona donde se sujeta en el pilón. El Vano El vano o luz como elemento arquitectónico y constructivo, no estructural, se refiere a la distancia en proyección horizontal entre apoyos en un puente atirantado y, generalmente, determinan la cantidad y forma de las torres a construir. 5.2.- La subestructura

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Se encuentra conformada por los elementos estructurales que soportan la superestructura, las torres que son los apoyos centrales y los cimientos que son los encargados de transmitir al terreno los esfuerzos. Las Torres o Pilones Las torres son la parte más importante dentro de la estructura de los puentes atirantados, ya que estas son las que van a soportar toda la carga que se ha de distribuir del tablero a los cables y estos a las torres. Las torres se pueden iniciar en los cimientos o a partir del tablero, de forma que el conjunto tablero-torres-tirantes se apoya sobre pilas convencionales construidas en los cimientos. ¿Cómo se distribuyen las torres de los grandes puentes atirantados? Cuando los puentes tienen planos de atirantamiento en ambos bordes del tablero suelen construirse dos torres verticales o ligeramente inclinadas unidas entre sí por vigas horizontales que conforman la pista. En este tipo de puentes las torres están soportadas sobre pilas, las cuales se encuentran conectadas a los cimientos construidos directamente en el subsuelo firme. https://puentesatirantados.wordpress.com/2015/04/08/hola-mundo/ 6.- FUERZAS EJERCIDAS SOBRE EL PUENTE Fuerza de compresión: es la resultante de las tensiones o presiones que existe sobre el tablero, originadas por el componente horizontal de la fuerza ejercida en los tirantes que provienen de las torres y que ocasionan una tendencia a su acortamiento o encogimiento. Fuerza de tracción: es el esfuerzo a que está sometido el tablero por la aplicación de las fuerzas provenientes de los tirantes que actúan en sentido opuesto hacia las torres y que tienden a estirarlo. Fuerza de gravedad: está representada por la carga que tiene que soportar el puente y el peso propio del puente a través de los cables, produciéndose una tensión que deberá ser mayor del otro extremo al del peso del puente en los anclajes. El puente debe soportar su propio peso y la carga transmitiéndola a los cimientos a través de las torres. Fuerza cortante: está presente en la suma de todas las fuerzas externas (viento, perpendiculares al eje de la torre o pilón y que actúan esencialmente sobre uno de sus lados (momento flextor). Carga viva, en ocasiones, llamada también carga probabilística o carga impuesta, se refiere a los vehículos, animales o humanos se espera cruzarán el puente

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Carga muerta, también llamada carga estructural o carga permanente, es el peso del puente mismo. Los soportes constructivos (torres, vigas, anclajes) soportan la fuerza de gravedad del puente que determina qué tan largo y ancho se puede extender el puente. Carga dinámica, a veces llamada carga de desplazamiento, se refiere a las cargas extremas causadas por situaciones extenuantes, como fuertes vientos tormentosos, temblores, olas gigantes o impactos inesperados. Carga ambiental, se refiere a la constante exposición a los elementos del ambiente, como el calor, viento, erosión, óxido y estrés que pueden expandir o contraer los materiales de construcción o hacerlos susceptibles a la erosión y el óxido.

7.- SISTEMAS DE CABLES ATIRANTADOS 1. En sistema de abanico, “fan”: 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. (Figura 6) 2. El sistema de arpa, “harp”: 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 Figura 6 abanico. Con este sistema, las torres deben ser más altas disponer una mayor inclinación, lo que incrementa la rigidez del sistema. Estéticamente, el sistema de arpa se considera como el más agradable a la vista. (Figura 6)

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3. Sistema de semi-arpa, “semi-harp”: 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. https://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt301.pdf

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CONCLUSION Como se ha podido apreciar, los puentes son estructuras que pueden cambiar la vida de los seres humanos, pues significan más que el acceso a un territorio inicialmente dividido por características geográficas, sino que representan una serie de oportunidades para las sociedades involucradas, ya sea en el ámbito social, cultural y económico. Es por eso que la fabricación de puentes se torna tan importante, donde existen abundantes desniveles territoriales y características geográficas que pueden dividir y aislar pueblos enteros. Esto muestra que las ventajas superan significativamente a las desventajas, con vertiendo la construcción de puentes en una inversión rentable y de gran beneficio para las comunidades involucradas, ya sea como parte del plan de gobierno brindando a los pueblos o en el ámbito de empresas particulares acortando trechos para agilizar su recorrido de producción. La fabricación del puente y la elección de sus materiales estará dado principalmente por un análisis del territorio donde se pretende y su coeficiente de elasticidad y su tendencia a la dilatación, siendo

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Bibliografía

http://diccionario.sensagent.com/Puente%20atirantado/es-es/ https://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_los_puentes https://puentesatirantados.wordpress.com/2015/04/08/hola-mundo/ http://torrojaingenieria.es/Publicaciones/634ACHE%202015%20Puentes%20extradosados.pdf

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Referencias http://diccionario.sensagent.com/Puente%20atirantado/es-es/ https://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_los_puentes https://puentesatirantados.wordpress.com/2015/04/08/hola-mundo/ http://torrojaingenieria.es/Publicaciones/634-ACHE%202015%20Puentes%20extradosados.pdf

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