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Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

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BienvenidosWelcomeBem-vindosBienvenueBenvenutiWillkommen

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Las informaciones y conceptos expresados en esta conferencia se hacencon el propósito de divulgar e informar de manera general sobre lostemas relacionados con el concreto.

ASOCRETO no es ni pretende ser asesor de proyectos específicos.Cualquier duda en relación con obras específicas debe ser consultada porel interesado con los diseñadores e interventores de la respectiva obra.

El uso que se haga de las informaciones y conceptos aquí expresados noconllevan responsabilidad alguna para ASOCRETO ni para losconferencistas, ya que debe ser utilizada por personas idóneas bajo suresponsabilidad y criterio. Esta información no sustituye las funciones yobligaciones de las personas contractualmente responsables de laconcepción, ejecución y vigilancia de los respectivos proyectos. Losconceptos expresados no son asesoría para una obra en particular.

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DURANTE LAS PRESENTACIONES MANTENGA LOS EQUIPOS DE COMUNICACIÓN EN SILENCIO

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SALIDA DE EMERGENCIA

RUTA EVACUACION

USTED ESTA AQUI

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Carlos PérezFREYSSINET

ESPAÑA

PUENTES

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PUENTES ATIRANTADOS

Gracias al apoyo de:

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Diseño y Construcción de Puentes atirantados.Introducción a la tecnología de los puentes atirantados. 

Carlos Pérez RodríguezFreyssinet

Page 9: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

CONTENIDO

1. Los primeros puentes atirantados2. Los puentes actuales3. Tecnología del tirante4. Tecnología del cordón5. Tecnología del anclaje6. Tecnología de la vaina7. Control de vibraciones:

Amortiguadores8. Procedimientos constructivos9. Montaje de tirantes

Page 10: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

1.‐ Los primeros puentes atirantados

Brooklyn Bridge(Roebling 1883)

Albert Bridge(Mason 1873)

Page 11: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

1.‐ Los primeros puentes atirantados

Strömsund(Dischinger 1955)

Page 12: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Severin 150+302 m(Fisher, 1960)

Düsseldorf Nord 260 m (Leonhardt -Beyer 1958)

1.‐ Los primeros puentes atirantados

Page 13: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Wadi Kuf 282 m(Morandi, 1971)

Maracaibo 235 m (Morandi 1962)

1.‐ Los primeros puentes atirantados

Page 14: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Barrios de Luna 440 m(Manterola, 1983)

Brotonne 320 m (Muller 1977)

2.‐ Los puentes actuales

Page 15: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Normandie 856 m(Vierlogeux, 1995)

2.‐ Los puentes actuales

Page 16: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Escaleritas 100 m(Pantaleón, 2005)

2.‐ Los puentes actuales

Acceso PCTCAN, 72 m(Arenas, 2007)

Page 17: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

3.‐ Tecnología del tirante

• ¿Qué tipo de cable se emplea?• ¿Cómo se sujeta el cable al tablero y al pilono?

Page 18: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

DURABILIDAD : Los tirantes son críticos para la estabilidad de la estructura.

FATIGA : Los tirantes están sometidos a cargas variables.

3.‐ Tecnología del tirante

Page 19: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cable cerrado y helicoidal (1950 ‐ 1970)

• Cables prefabricados

• Medios de instalación

– Cable pesado

– Anclajes de gran tamaño

– Gatos de grandes dimensiones

• Durabilidad limitada

– Corrosión del cable 

– Alto coste de mantenimiento (pintura)

– Flexión al anclaje

– Poca resistencia en fatiga (100 MPa)

3.‐ Tecnología del tirante

Page 20: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Galvanizedwires

Corrosion inhibitingcompound

Tight fittingpolyethylene

sheath

• Buena resistencia a fatiga

• Cables prefabricados

– compactos

• Medios de instalación

– Cables pesados

– Gatos de grandes dimensiones

• Sustitución muy limitada. Grandes problemas de mantenimiento sin corte de tráfico

• Durabilidad limitada de la vaina

Sistema de hilos paralelos PWS (1970 ‐1985)

3.‐ Tecnología del tirante

Page 21: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Sistema de hilos paralelos PWS (1970 ‐1985)

3.‐ Tecnología del tirante

Page 22: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Puente de Lanaye: hilos corroídos en zona de transición:

Sistema de hilos paralelos PWS (1970 ‐1985)

3.‐ Tecnología del tirante

Page 23: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Efectos térmicos

• Expansión del plástico = 20 veces la del acero o hormigón

– Expansión de la vaina

– Sellado al anclaje

• Durabilidad del PAD

– Foto‐oxidación (UV) 

– Fisuración bajo tensión (deformación remanente)

Sistema de hilos paralelos PWS (1970 ‐1985)

3.‐ Tecnología del tirante

Page 24: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Derivado de la tecnología del postesado– Lechada de cemento / epoxi– Filtro contra flexión

• Instalación cordón a cordón• Limitaciones de la tecnología del 

Pretensado– Baja capacidad en fatiga  : 100 MPa

– Anclaje irreversible imposibilidad de cambiar cordones

– Fisuras en la lechada  cordón sensible a la corrosión

Tirante de cordones paralelos (h. 1975)

3.‐ Tecnología del tirante

Page 25: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• La lechada de cemento no constituye una protección contra la corrosión

• La lechada disminuye la capacidad en fatiga (fretting corrosion).

Sistema de cordones paralelos: cables inyectados

3.‐ Tecnología del tirante

Page 26: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Sistema de cordones paralelos. Evolución (h. 1985)• Inyección de lechada reemplazada por 

inyección de cera

• Anclaje resistente a fatiga– Cuña fatiga desarrollada contra la 

corrosión por fricción

– Filtros de tensión de flexión (desviador)

• Anclaje reversible– Sustitución de cordón uno a uno

• Limitaciones de la protección de conjunto– Operaciones peligrosas : cera inyectada en 

caliente

– Contaminación : la corrosión puede propagarse entre los cordones

3.‐ Tecnología del tirante

Page 27: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cordón individualmente protegido (h 1988)

• Protección contra la corrosión individual– Galvanización

– Cera

– Vaina PAD

• Proceso industrial de revestimiento

• Elimina el riesgo de contaminación

• Sustitución cordón a cordón

• Otras innovaciones:– Vaina con superficie perfilada

– Amortiguadores

3.‐ Tecnología del tirante

Page 28: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cable cerrado y cable helicoidad

Hilos paralelos(PWS)

Cordones paralelos

(PSS)

1950 1960 1970 1980 1990 2000 20070%

100%

Tirantes. Cuota de mercado (sin incluir Japón & China )

3.‐ Tecnología del tirante

100%

Page 29: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cable cerrado y cable helicoidad

Hilos paralelos(PWS)

Cordones paralelos

(PSS)

1950 1960 1970 1980 1990 2000 20070%

100%

Tirantes. Cuota de mercado (sin incluir Japón & China )

Cordones paralelos

(PSS)

Hilos paralelos(PWS)

Cable cerrado y cable helicoidad

100%

3.‐ Tecnología del tirante

Page 30: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Pretensado

Extradosado

Atirantado

Otra forma de ver los puentes atirantados

3.‐ Tecnología del tirante

Page 31: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Pretensado exterior  

(Puente cajón) (ETAG)

Puente de pretensado extradosado 

(CIP)

Puente atirantado 

(CIP + FIB)

Variación de la tensión bajo cargas vivas frecuentes

<15 MPa < 50 MPa < 110 MPa

Amplitud en prueba de fatiga Δσ

< 80 MPa < 140 MPa < 200 MPa

Tensión máxima de ensayo

0,65 GUTS 0,45 GUTS 0,45 GUTS

Tensión admisible en servicio

70‐80% GUTS 60% GUTS 45 a 50 % GUTS

Resistencia a la fatiga :

3.‐ Tecnología del tirante

Page 32: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Estado actual:Estandarización del tirante: hacia un producto “maduro”

• Equipos de instalación (winches, Isotension®) y herramientas específicas

• Formación de personal altamente especializado

• Conformidad con las normativas / ensayos continuos.• PTI, fib, CIP, ACHE,• Principales desarrollos

• Amortiguadores internos• Vainas de PEAD coloreadas resistentes a los UV• Filtro de flexión en el anclaje• Tirante compacto• Protección frente a incendios

100%

3.‐ Tecnología del tirante

Page 33: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Normativa internacional:

100%

3.‐ Tecnología del tirante

Page 34: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Concepto de durabilidad según ACHE y CIP

100%

3.‐ Tecnología del tirante

Vida útil de la 

estructura

Vida útil tirante

Periodo inicial sin mantenimiento

Periodo de inspección y 

mantenimiento

Tirante no sustituible

100 años 100 años 15 años (piezas accesibles),

100 años (piezas no accesibles),

3 a 5 años

Tirante sustituible

100 años 50 años 15 años (piezas accesibles),

50 años (piezas no accesibles),

3 a 5 años

Page 35: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

3.‐ Tecnología del tirante

Page 36: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Fuerza a rotura garantizada: 

– Estándar GUTS = 1770 MPa, 

– Especial GUTS = 1860 MPa

Monostrand: Cordón semi‐adherente

4.‐ Tecnología del cordón

•Resistencia de fatiga mejorada (NFA 35‐035 rev 2001, class B)•Amplitud de tensión = 300 MPa•Fuerza máxima = 0.45 GUTS

Page 37: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Galvanizado en caliente– De 190 a 350 g/m² de zinc

– Aplicado antes del último trefilado

• Relleno de cera entre hilos y alrededor de ellos– Adherencia del revestimiento  barrera real– Lubricación evitando la corrosión por fricción

– Evita el consumo excesivo de zinc.

• Revestimiento PAD semi‐adherente– Forma diseñada para limitar el consumo de cera 

(solo 12 g/m de cera)

– Estabilizado contra los UV, resistente al choque.

Monostrand Freyssinet:Protección frente a la corrosión

4.‐ Tecnología del cordón

Page 38: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Proveedores homologados trabajando 

en el marco de acuerdos de colaboración 

• Series de ensayos con equipamiento específico

– Más de 10 ensayos de producción • Espesor y centrado de la vaina PAD

• Continuidad del revestimiento

• Resistencia al impacto

• Adherencia y estanquidad

– Ensayos de calificación antes de cada producción

• Resistencia a fatiga

• Resistente al UV

Control de calidad

4.‐ Tecnología del cordón

Page 39: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El anclaje de primera generación5.‐ Tecnología del anclaje

Page 40: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El anclaje de primera generación5.‐ Tecnología del anclaje

Page 41: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cuña de pretensado

Cuña de tirante

• Mordedura permanente sobre el cordón – No se produce corrosión por fricción.

• Capacidad en Fatiga :– Excelente curva de Woehler 

5.‐ Tecnología del anclajeLas cuñas de anclaje

Page 42: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

individual wedge only anchorage

active stuffing box

adjustment nut

El anclaje de última generación5.‐ Tecnología del anclaje

•Fatiga: Cordón + cuña resistente a fatiga.•Estanquidad: Cordón con adherencia parcial + prensa estopa activo estanco y reversible.•Relleno con inhibidor: inerte, lubricante, estable, reversible.•Filtro de tensión de flexión.

Page 43: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El filtro de tensión de flexiónCada cordón está guiado individualmente en una zona de desvío de geometría controlada

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 44: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El Filtro de tensión de flexión :

D1

D2 D3

Collar de desvío

Prensaestopa Bloque de anclaje con retén

σ1σ

• flexión < 250 MPa en la zona de transición,

• flexión < 50 MPa en el anclaje.

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 45: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Con filtro de flexión :

5.‐ Tecnología del anclaje

• Sin filtro de flexión:

No existe tubo de encofradoni tubo guía

PILONO

Page 46: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Importancia del filtro de tension de flexión

• Con filtro de flexión :

5.‐ Tecnología del anclaje

• Sin filtro de flexión:

Tubo estructural

Tubo de encofrado

Page 47: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Con filtro de flexión :

5.‐ Tecnología del anclaje

• Sin filtro de flexión:

Page 48: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Protección contra la corrosión

– Prensa estopa activo patentado

– Anclaje reversible: inyección localizada de cera

– Todos los componentes están tratados contra la corrosión

• Conformidad con los requisitos de la FIB, CIP, ACHE

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 49: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Ensayo CIP de Estanquidad

Bloque de anclajesobre pista deslizante

Tubo de acero

Anclaje

2. Calentador [20 ‐ 70°C]

Agua coloreada

1. Gato para carga axial[0.20 ‐ 0.50 GUTS ]

h ≈ 3m

3. Gato de acción transversal

[+/‐ 25 mrad]

Duración total del ensayo = 6 semanas

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 50: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Ensayo según CIP, realizado en 2002.

5.‐ Tecnología del anclaje

Ensayo CIP de Estanquidad

Page 51: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Ensayos a escala real en fatiga seguidos por rotura conforme a PTI, FIB, CIP, ACHE

02468

0.95 GUTS

0.45 GUTS

2 millones de ciclos

Fuerza

Tiempo

Ensayo del PTI

Ensayos de fatiga del tirante completo5.‐ Tecnología del anclaje

Page 52: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,100 1,000 10,000Number of cycles

Fatig

ue s

tres

s ra

nge

(MPa

)

0.45 GUTS 0.30 GUTS 0.25 GUTS

1,000 x

Curva de Wohler del anclaje

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 53: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Silla Multitubo

• Prestaciones:– Punto fijo en el pilono (resiste cargas 

asimétricas en cualquier vano sin deslizamiento del cordón)

– Resistencia a fatiga axial

– Resistencia a fatiga a flexión

• Permite:– Protección contra la corrosión continua

– Facilidad de sustitución del cable

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 54: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Principales ventajas :– Continuidad real de la doble barrera del cordón: no 

se interrumpe la vaina de protección individual en la silla,

– No hay rozamiento (Acero‐Acero o Acero‐Lechada)– Filtro de flexión (un desviador a la salida de la silla)– Facilidad de sustitución individual de cada cordón

Silla Multitubo5.‐ Tecnología del anclaje

Page 55: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Primer proyecto ejecutado en 2003 : Sungai Muar

5.‐ Tecnología del anclajeSillas multitubo

Page 56: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Shindae bridge (Korea, 2006)

Nga Tu So(Vietnam, 2005)

Sillas multitubo5.‐ Tecnología del anclaje

Page 57: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El Mek Nimir(Sudan, 2007)

Sillas multitubo

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 58: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Riga bridge

(Latvia, 2007)

Sillas multitubo

5.‐ Tecnología del anclaje

Page 59: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Capa externa– Coloreada, tratada contra los UV

• Capa interna– Resistencia mecánica

• Dos fileteados helicoidales– Vibración inducida por lluvia y viento combinado

• Espesor / ratio de diámetro (SDR)– Optimizado para secciones no inyectadas : ex 200mm x 6.2mm

Vaina coextrusionada

6.‐ Tecnología de la vaina

Page 60: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Durabilidad UV• Formulación de un PAD resistente a la foto oxidación

• Ensayo de envejecimiento acelerado: 3 a 5 veces más duradero que un tubo negro o de color con formulación estándar.

• Evaluación de la durabilidad: Basado en la radiación UV local

• Estabilidad del color 

6.‐ Tecnología de la vaina

Page 61: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Resistencia al aire de un tirante (empuje estático)

• El area total de un tirante y su empuje estático es considerable

Dair CDUdrag ...21 2ρ=

Curve force deck/stay

Tirantes

Tablero & Pila

Flexión transversal

Span200 600400 800 1000

6.‐ Tecnología de la vaina

Efecto del viento

Page 62: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Vano principal : 856 m

• Flexión vertical en el eje tablero‐pilono provocada por:– tirantes 55% 

– por tablero 45%

• Vaina compacta en dos semicáscaras

Ejemplo. Pte. de Normandía

6.‐ Tecnología de la vaina

Page 63: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Drag coefficient of stay pipe Diámetro de vaina = 0.2 metros

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Wind speed (m/s)

Cd

smooth

simple spiral

double spiral

Ensayo de coef. de arrastre CSTB (08‐2003)

6.‐ Tecnología de la vaina

Page 64: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Tubo perfilado: diseñado para reducir el empuje estático– CD = 0.60 versus 0.80 para diseño de PWS a Re > 5.105

• Diámetro reducido D– Empleado para cordón de 1860 MPa,

– Requiere métodos de enfilado especial

Vaina compacta

6.‐ Tecnología de la vaina

Page 65: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Ø215

91

Ø225

109

Ø250

Ø240

121 130

Ø15

0

42

Ø195

75

Ø200

85

Ø17

0

57

Bay Chai, Vietnam 2003

6.‐ Tecnología de la vainaVaina compacta

Page 66: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Compacta– Cordón monostrand

– Diámetro de 19.5 mm

• Super compacta• Cordón monostrand especial 

• Diámetro total = 18.5 (+0 –0.3)

– Mejor control de la extrusión de la vaina. Utilización de PEAD 100 en lugar de PEAD 80.

– Misma resistencia a impactos y estanquidad

15.7 mm

1.3 mm

1.3 mm 

6.‐ Tecnología de la vainaVaina compacta

Page 67: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Standard Compact Super compact

Fuerza de arrastre (drag):•25 % de reducción•5 % inferior que el PWS

Diámetro externo / Número de cordones

6.‐ Tecnología de la vaina

Page 68: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Los tirantes son dispositivos muy sensibles a las vibraciones– Buen comportamiento a fatiga (poca fricción) 

reducido amortiguamiento intrínseco– El amortiguamiento intrínseco se puede aumentar con amortiguadores 

adicionales (internos o externos)

• Medida del amortiguamiento:  Decremento logarítmico y factor de amortiguamiento.

7.‐ Vibraciones del tirante

ξ≈πξ==δ+

3.62AAlog

1n

n

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

0 5 10 15

Time

Stay

am

plitu

de An

An+1

Page 69: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Amortiguamiento total de un tirante en servicio 

δtotal = δintrinseco + δestructura + δaero

• La respuesta aero‐elástica de un tirante en el aire provoca:

– Una fricción del tirante en el aire  amortiguamiento aero‐elástico

– El amortiguamiento total aumenta con la velocidad del viento. 

μωρπ

=δ Daero

UDC

Fricción del cable Amortiguador Fricción 

en el aire

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 70: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Los fenómenos aerodinámicos sobre los tirantes son complejos 

• Se pueden identificar más de 15 causas de vibración

• Algunas de las más frecuentes son :1. Instabilidad inducida por viento y lluvia 

combinados 2. Excitación paramétrica 3. Buffeting4. Vortex shedding5. Wake galloping6. Galloping debido al hielo

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 71: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• En caso de lluvia con viento moderado :

– Dos hilos de agua escurren a lo largo del tirante

– El hilo superior oscila y provoca la inestabilidad del tirante

• Vibración de gran amplitud (más de 1 m)

viento U = 7 a 15m/s

Vibraciones combinadas lluvia‐viento

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 72: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Amplitud

Velocidad de viento

Sin fileteado

Con fileteado

7m/s 15m/s

• El doble fileteado de la vaina

– Extrusionado durante el proceso industrial

– Rompe los hilos de agua

– Mitiga eficazmente la vibración

• Ensayado en el CSTB y el DMI

Vibraciones combinadas lluvia‐viento

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 73: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Respuesta del tablero y pilono ante vientos de régimen turbulento: desplazamiento periódico de los puntos de anclaje:– Flexión vertical– Flexión transversal

– Torsión

Excitación paramétrica7.‐ Vibraciones del tirante

Page 74: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Vientos de régimen turbulento sobre grandes obstáculos precedentes al puente

• Respuesta dinámica del tirante– La amplitud depende del amortiguamiento total dtot = dint + daero

• Amplitud pequeña bajo vientos moderados (15 m/s)– Aumentar el amortiguamiento colocando amortiguadores

Buffeting

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 75: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Obstáculo en viento de caudal laminar ‐>Vórtices de Von Karman

• Vortex shedding ‐> oscilación de la fuerza vertical Fv

Number Strouhal22.0UDf

)tf2(cosF)t(Fv

==⋅

π=

Fv

Vortex Shedding

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 76: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Vórtices debidos a cables colocados antes del viento– Cables gemelos– Vientos longitudinales

• Solución : – Incrementar el amortiguamiento– Colocar cables transversales

Viento laminarsi L< x.D3 < x < 5L

Wake Galloping

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 77: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Log dec

Amplitud

Amortiguador viscoso

Amortiguador de fricción

Los amortiguadores de fricción no mitigan las pequeñas vibraciones y los altos modos debidos a vortex shedding

La eficacia de los amortiguadores de fricción disminuye si aumenta la vibración

El amortiguador viscoso da un log dec constante

Amortiguadores de fricción vs viscosos

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 78: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Amortiguador elastomérico interno

•Diábolo de elastómero con material viscoelástico

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 79: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

IHD IRD

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 80: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Pistón de PEAD

Cámara de acero

Aceite viscoso

Collar en dos cascaras sobre el tirante

Amortiguador hidráulico interno (IHD)

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 81: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Aplicación del IHD• No provoca un impacto 

estético

• Carrera  aprox. 40mm (1.6”)

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 82: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Amortiguador radial (IRD)

• Tres amortiguadores articulados colocados contra el tirante. 

• Ley global simétrica: 

– 2 en tracción + 1 compresión

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 83: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 84: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Amortiguadores externos• Cuando lo requiere la geometría de 

las zonas de anclaje:

– Distancia dmuy pequeña

– Longitud de cable  L > 300m

• Fijo

– Brotonne

– Elorn

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 85: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Amortiguadores externos

• Articulados :– Normandía

– Ting Kau

T é t a

H

1328

.904m

m

T h is s e c t io n is s q u a r e a tt h is p o in t t o a v o id p y lo nr o t a t io n

T u b e D ia 2 1 9 t h ic k 5o rT u b e D ia 2 1 9 t h ic k 1 0

3 7 .7 3 0 °

A n g le t é t a

AN G L E Alp h a

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 86: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cables transversales (agujas)

• Proporciona puntos “fijos” a lo largo del tirante

– Cambiar las frecuencias del tirante

• Útil para tirantes muy largos 

– Más de 400 metros

– En caso de inestabilidad paramétrica

• Desarrollo de un sistema para el puente de Normandía

– Más de 3 años de I+D

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 87: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cables transversales (agujas)• Emplea un cable especial

– Alto amortiguamiento intrínseco

– Eventualmente requiere anclajes esféricos

• Anclaje intermedio

– Resistente a fatiga

– Filtro de flexión

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 88: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Cables transversales. Puente de Normandía

7.‐ Vibraciones del tirante

Page 89: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Alto rendimiento. • Velocidad de ejecución:  1 tirante por equipo y día.• Minimizar la incidencia en el ciclo de construcción.• Equipos muy ligeros.• Sistema semi‐industrial con utillaje específico. Control de calidad sencillo y eficaz.

• Adecuación a distintos sistemas de montaje.– Posibilidad de variar el mapa de cargas durante el tesado

• Preservar las propiedades del tirante.– Durabilidad.

• Garantizar la integridad de las barreras de protección del acero.• Garantizar  la sustituibilidad de cordones.

– Resistencia a la fatiga• Evitar la “doble mordedura”• Isotensión ®

8.‐Montaje de tirantes

Características del sistema de montaje

Page 90: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Permite movimientos del carro durante el tesado

• Construcción por voladizos sucesivos

8.‐ Procedimientos constructivos

Page 91: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Uso de tirantes definitivos como temporales

• Construcción mediante empuje

8.‐ Procedimientos constructivos

Page 92: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Construcción por izado de dovelas

8.‐ Procedimientos constructivos

Page 93: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Construcción sobre apoyos provisionales

8.‐ Procedimientos constructivos

Page 94: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Preparación de la vaina

3000

50 320

800 A TEMP MIN

80 L AVTLH1

LH2 INFLH2 sup 313

L corte

240 L pelado

• Preparación del cordón patrón: Precortado en fábrica.

Cálculo de longitud de vainas

9.‐Montaje de tirantes

Page 95: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Soldadura de vaina

• Soldadura por termofusión (presión y temperatura).

• Control de temperatura en cada medición (a= 19E‐5).

Soldadura de vaina

9.‐Montaje de tirantes

Page 96: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Izado de vaina

• Con cabestrante o grúa

9.‐Montaje de tirantes

Page 97: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Izado de vaina

9.‐Montaje de tirantes

Page 98: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Tesado del cordón patrón

9.‐Montaje de tirantes

Page 99: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Banco de corte

CabrestanteIzado cordón a cordón• Los cordones se instalan uno a 

uno o por parejas:

– Desenfundado de la extremidad superior

– Conexión a un cable guía (winches)

– Izado– Introducción en el anclaje 

superior– Corte de la punta inferior del 

cordón– Desenfundado de la punta 

inferior– Enfilado en el anclaje inferior– Tesado por isotensión

9.‐Montaje de tirantes

Page 100: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Acceso exterior al

anclaje superior

Winches

Bobinas

Rueda desviadora

9.‐Montaje de tirantes

Page 101: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Cabrestante (Winch) hidráulico• Hasta 6 m/s !!

• Todos los equipos con control remoto

• Curva de parada (control hidráulico)

9.‐Montaje de tirantes

Page 102: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Desbobinadora hidráulica

Regulación de la velocidad desde el control remoto

Bobinas de longitud prefijada: Aprovechamiento óptimo del acero

9.‐Montaje de tirantes

Page 103: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• “Lanzadera” entre los cordones y el winche

9.‐Montaje de tirantes

Page 104: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

La lanzadera se introduce en la vaina global y se iza por dentro de la vaina mediante los cabrestantes

El diseño de la lanzadera impide los cruces de cordones

Rueda de desvío

9.‐Montaje de tirantes

Page 105: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Plataforma exterior del pilono:• Los cordones se desacoplan de la lanzadera y se enfilan 

en el anclaje superior

9.‐Montaje de tirantes

Page 106: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Montaje de las cuñas en el anclaje pasivo

9.‐Montaje de tirantes

Page 107: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El banco de corte permite controlar la longitud de corte y el  desenfundado de los cordones

Regulación de la posición de corte

Punto de corte

Cordón

Útil de desenfundado

9.‐Montaje de tirantes

Page 108: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El banco de corte contiene numerosos útiles específicos para realizar la preparación de las puntas con seguridad y rapidez.

9.‐Montaje de tirantes

Page 109: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Una vez preparado en el banco de corte, el extremo inferior del cordón se enfila en el anclaje inferior a través del tubo de encofrado

9.‐Montaje de tirantes

Page 110: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Silla, célula de carga y gato de tesado

9.‐Montaje de tirantes

Page 111: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Utillaje específico para el montaje de tirantes, desarrollado y optimizado a lo largo de más de 30 años de proyectos en los cinco continentes.

9.‐Montaje de tirantes

Page 112: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Flexión y deformación durante el tesado “cordón a cordón”

• Cada vez que tesamos un cordón el tablero y la pila se deforman ⇒ la carga unitaria disminuye !

• Isotensión® : tesamos cada cordón con la misma carga que tiene el primer cordón (cordón patrón) en ese momento

9.‐Montaje de tirantes

Page 113: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• El único sistema de tesado con instrumentación que asegura la misma tensión en todos los cordones

• Permite las operaciones y movimientos de carga en el tablero :

– La secuencia de tesado no se altera si varia la carga sobre el tablero.

Tesado por Isotensión®

9.‐Montaje de tirantes

Page 114: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Calibrado de las células y gatos contra una célula patrón

9.‐Montaje de tirantes

Page 115: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Equipos ligeros, de fácil transporte e instalación

9.‐Montaje de tirantes

Page 116: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Instalación de capot e inyección de cera

El anclaje regulable puede ajustarse después de la inyección , sin necesidad de retirar la cera.

9.‐Montaje de tirantes

Page 117: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Ajuste con gato anular

9.‐Montaje de tirantes

Page 118: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Instalación de amortiguadores hidráulicos

9.‐Montaje de tirantes

Page 119: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

– Durante la construcción, • Mediante la célula de carga de isotensión.• Células en los tirantes instalados previamente.• Pesaje con gato unifilar• Pesaje con gato anular (multitorón)

– En servicio,• Mediante células de carga definitivas (instrumentación permanente)

• Análisis de cuerda vibrante

Monitorización de fuerza en tirantes

9.‐Montaje de tirantes

Page 120: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

Prestaciones adicionales en servicio

• Método de la cuerda vibrante mejorado,  – Cuerda vibrante en 100% de los tirantes.

– Pesaje inicial de algunos tirantes representativos. 

– Determinación de la longitud ficticia libre para calculo de frecuencia.

μπω T

LnF n

n 22==

Desviador

Lo=L anclaje a anclaje

LtLbL1

Desviador

Page 121: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

El método consiste en provocar un movimiento vertical del tirante y registrar sus vibraciones con un acelerómetro y un analizador de frecuencias.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

0.5

1

1.5

2

2.5

3Frequency Spectrum

Hz

FFT

Am

plitu

de

Stay: 6 Measurement Set: 2 Number of samples used: 2μ 4096=max_ay 0.331 g= red( )max_ax 5.659 g= blue( )

0 10 20 30 40 502

1

0

1

2

y-axisx-axis

Time Domain Plot of Measurement

Time (s)

Acc

eler

atio

n (g

)

N 5100=

9.‐Montaje de tirantes

Page 122: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Pesaje con gato anular:  – Corrección de la fuerza mediante pesaje de algunos tirantes con gatos 

hidráulicos huecos – Calculo de la relación matemática entre Lo y L1 extrapolada a todos los 

tirantes con una regresión lineal.

• Ventajas:– Proporciona una referencia y en un futuro solo se repite la cuerda vibrante para 

deducir la fuerza = ahorro de coste.

deformation of components during loading

To be considered

Elongation of the stay cable, zone to be conisdered

Forc

e

Elongation

tangent line

Not to be considered

LIFT OFF FORCE

9.‐Montaje de tirantes

Page 123: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Protección contra el fuego:– Resistencia de una hora en un fuego con 1100ºC de temperatura de 

llama = fuego de hidrocarburos– En la longitud libre = Fireban ® de MECATISS,– En la zona de transición: Tubo AVD, guía, zonas de anclaje: proyección 

con un material compuesto intumescente.

• No implica ninguna modificación para el montaje,

• Se puede implementar sobre tirantes existentes.

9.‐Montaje de tirantes

Page 124: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

MANUAL DE INSPECCIÓN• Registros para recoger datos: análisis con bases de datos y 

programa de gestión de datos “moderno” – SCAN PRINT®• Objetivo: recoger los datos con herramienta informática de campo.

– Procedimientos estándar de inspección,‐ Hacer un “punto cero” completo para las estructuras que no han recibido 

mantenimiento.‐ Ofrecer un mantenimiento progresivo a la vez que se realiza la inspección en 

las tareas sencillas (tornillos, juntas,...)

9.‐Montaje de tirantes

Page 125: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Ciclo de montaje de dovelas 10 días

• Montaje de 2 tirantes en  2 días en cada ciclo

Ratios productivos: Rion‐Antirion

9.‐Montaje de tirantes

Page 126: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Vano central: 850 m.

• Ciclo de izado de dovelas 9 días

• Montaje de 4 tirantes en 3 días en cada ciclo

Ratios productivos: Normandía

9.‐Montaje de tirantes

Page 127: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Ciclo de montaje de 20 días en dovelas de 4 tirantes.

• Montaje de 4 tirantes en 8 días en cada ciclo

Ratios productivos: Puente Orinoquia

9.‐Montaje de tirantes

Page 128: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Ciclo de montaje de una dovela cada 4 días

• Montaje de 1 tirante en 1 día en cada ciclo

Pte. del Centenario sobre Canal de Panamá

9.‐Montaje de tirantes

Page 129: Diseno y Construccion de Puentes Atirantados_Carlos Perez

• Ciclo de montaje de una dovela cada 3 días

• Montaje de 1 tirante en 1 día en cada ciclo

Ratios productivos: Ting Kau

9.‐Montaje de tirantes