Evolución de Los Puentes Atirantados_Chile2014_Sima-stockhusen Spa

7/25/2019 Evolucin de Los Puentes Atirantados_Chile2014_Sima-stockhusen Spa

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Evolucin de los Puentes Atirantados

Fernando Sima

Dr. Ing., schlaich bergermann und partner

Prof. Adj. Universidad de la Repblica (Urugua!

f.sima"sbp.de#ao Paulo, $rasil

Knut Stockhusen

Dipl.%Ing, Director schlaich bergermann und partner

do $rasil

&.stoc&husen"sbp.de

#tuttgart, Alemania

Resumen

'l gran desarrollo de la tecnologa de los puentes atirantadosen los ltimos cuarenta a)os ha permitido lograr luces *ue

hasta hace poco tiempo eran reservadas para los puentes

colgantes, superando a los + metros. Asimismo, en el

rango de luces entre + - metros, la aparicin del

pretensado e/tradorsal los puentes e/tradosados, ha

abierto un abanico de posibilidades, tanto desde el punto de

vista estructural como est0tico, para el desarrollo de esta

tipologa. As es *ue en los ltimos treinta a)os se han

construido cerca de un centenar de puentes, utili1ando las

diferentes variantes de puente con pretensado e/tradorsal

(e/tradosado tpico, con aleta trasera o panel de cables!,

basados o bien en el concepto de tablero rgido propuestopor 2. 3athivat para el viaducto de Arr4t%Darr0 en +566 o el

concepto de pilonos rgidos propuesto por 7. 3enn, siendo el

primero de estos conceptos el m8s utili1ado ho en da.

9ariantes no convencionales de atirantamiento, como el

atirantamiento bajo tablero o intradorsal, o puentes

atirantados combinados, han aparecido asimismo en los

ltimos a)os en cerca de una veintena de puentes. #i bien

recientemente se ha dedicado un esfuer1o de investigacin

importante en relacin a los puentes e/tradosados, contina

siendo una tipologa poco conocida, con criterios de dise)o

poco difundidos. 'n el caso de los puentes con

atirantamiento bajo tablero con atirantamiento combinado,

la informacin disponible es an m8s escasa. 'n el presente

trabajo se presenta un resumen del estado del conocimiento

para estas tipologas derivadas de los puentes atirantados

cl8sicos, entendidas como una evolucin natural del

concepto de atirantamiento, presentando las principales

caractersticas los criterios b8sicos de dise)o, as como

ejemplos concretos de cada una de las tipologas.

Abstract

:he technological development of cable staed bridges in thelast fort ears, has allo;ed achieving spans ;hich in the past

;ere onl reserved for suspension bridges, alread

surpassing +m. In the meantime, in the span range

bet;een + and -m, the emergence of e/tradosed

prestressing and e/tradosed bridges, has opened a range of

possibilities both from the structural and aesthetics point of

vie;. In the last thirt ears have been built near a hundred

bridges, using different variants of e/tradorsal prestressing

(tpical e/tradosed, fin%bac& or cable panel!, based either on

the concept of rigid dec& as proposed initiall b 2. 3athivat

for the Arr4t%Darre viaduct in +566 or the concept of rigid

plons proposed b 7. 3enn, being the former the most;idel used toda. ! or combined cable staed bridges have been

designed and constructed in the last ears, in over - bridges

around the ;orld. 'ven though recentl has been devoted

an important research effort on e/tradosed bridges, it is a

structural form relativel un&no;n, and the design criteria is

not ;idespread on the bridge engineering communit. In the

case of under dec& cable staed bridges or combined cable

staed bridges, the information available is even sparser. In

this paper, a summar of the state%of%art for these derived

forms of cable staed bridges are presented, in the

understanding that these are a natural evolution of the

concept. :he main characteristics of these forms, as ;ell as

basic design criteria and e/amples of practice are also

presented herein.

Keywords: 7able staed bridge? e/tradosed prestressing? under dec&

cable staed bridge? combined cable staed bridge

Palabras Clave: Puente atirantado? pretensado e/tradorsal?

atirantamiento bajo tablero? atirantamiento combinado


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#ima% #toc&husen@ 'volucin de los Puentes Atirantados

2

Introduccin

#I bien el concepto de atirantamiento del tablero haba sido

usado durante la segunda parte del siglo I por 2.A. Roebling

en combinacin con cables de suspensin para los puentes de

fue acu)ado por primera ve1 por 2.

3athivat (+566! en su propuesta para el viaducto de Arr4t%

Darr0, para describir el novedoso arreglo de los cables de

pretensado dispuestos e/teriormente al canto de la seccin

anclados en una torre de poca altura, en lugar de dentro de la

seccin transversal del tablero (Gig. +!. #i bien la propuesta de

3athivat no fue construida, supona un ahorro de un H en el

consumo de materiales frente a una solucin de viga cajn de

hormign pretensado permita una utili1acin eficiente de los

cables, *ue se tesaban a niveles similares *ue los cables de

pretensado convencionales (3ermigas, -6!. Un concepto

similar a haba sido utili1ado por 7hristian 3enn en el puente

de Canter en #ui1a (9irlogeu/ --! completado en +56. 'n

este caso, *ue podra considerarse como el origen de esta

tipologa, 3enn utili1 un tablero en seccin cajn de hormign

cables embebidos en paredes de hormign armado, anclados

en torres rgidas (Gig. -!. Desde ese momento sobretodo en

los ltimos - a)os, se han construido o est8n en fase de

proecto, cerca de un centenar de puentes de esta tipologa

($enjumea, 7hio and 3aldonado -+-!, constituendo una

solucin competitiva para puentes con los luces medias, entre

los + - m.

Fi!ura ". Propuesta de 3athivat para el viaducto de Arr4t%Darr0

(3athivat, +566!.

'/iste un debate sobre la posible definicin de un puente

e/tradosado. 'l comportamiento de un puente e/tradosado seencuentra entre el comportamiento de un puente atirantado

el de un puente viga. 9arios autores (Jasuga, -K! definen el

puente e/tradosado como una tipologa intermedia entre


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puente viga atirantado, o un hbrido entre un puente

atirantado un puente viga en seccin cajn, donde la

distribucin de rigideces entre ambos es escogida de manera

*ue la rigide1 del tablero es maor *ue las del sistema de

cables, de forma *ue la o las vigas del tablero llevan la maorparte de la carga variable. Recientemente 7ollins and Con1ale1

(-+H! plantearon una definicin basada en la proporcin de

distribucin de cargas permanentes variables. Btros autores

(3ermigas -6!, definen un puente e/tradosado en funcin

nicamente de la geometra, en particular la altura de los

pilonos@ los puentes e/tradosados presentan en general pilonos

con alturas inferiores a +L6 del vano principal, mientras *ue en

los puentes atirantados cl8sicos, la relacin entre la altura del

pilono el vano, est8 en torno a +LM. :odas estas definiciones

presentan sus ventajas e inconvenientes e/isten casos donde

la aplicacin de las mismas lleva a conclusiones errneas (por

ejemplo puentes claramente atirantados *ue caeran dentro

del grupo de puentes e/tradosados, donde los cables llevan una

proporcin baja de la carga variable!. a bs*ueda de una

definicin rgida *ue permita separar las tipologas de puente

e/tradosado puente atirantado pierde completamente

sentido@ los lmites entre estas dos tipologas son sumamente

difusos e/iste una banda amplia de soluciones intermedias.

Fi!ura #. Puente de Canter (Guente@ ;;;.christian%menn.ch!

Desde el punto de los criterios de dise)o, e/isten dos enfo*ues,

en funcin de la libertad en la eleccin del reparto de rigidecesdel sistema de cables el tablero. Por un lado siguiendo el

concepto original de 3athivat, se escoge una distribucin

apropiada de rigideces entre el tablero, el sistema de cables la

subestructura, de forma *ue la variacin de las tensiones en los

cables debido a las cargas variables sea lo suficientemente baja

para evitar problemas de fatiga en los anclajes permitir el

tesado de los cables a niveles similares a los cables de

pretensado convencional (.K a .F fpu!. 'n general esta

solucin resulta en un tablero rgido torres esbeltas.

#iguiendo este enfo*ue se proectaron construeron un gran

nmero de puentes desde la construccin del puente Bda;ara

$lue;a en 2apn (+55E!, primer puente e/tradosado

construido siguiendo el enfo*ue de tablero rgido%torre esbelta.

'l gran desarrollo de este enfo*ue se ha dado justamente en

2apn, donde se han construido cerca de E puentes de este

tipo, basados en la idea original de 3athivat desarrollos

posteriores ($enjumea, 7hio and 3aldonado, -+-!.

'l segundo enfo*ue introducido por 7hristian 3enn (+56F!corresponde a una distribucin de la rigideces similar a la de un

puente atirantado de torre rgida%tablero fle/ible, fue llevado

a la pr8ctica por primera ve1 por el propio 3enn en el proecto

del puente #unniberg en #ui1a. 'n este caso la variacin de

tensiones en el cable debido a las cargas mviles es maor se

deben limitar las tensiones m8/imas en servicio a valores

similares a los utili1ados en los cables de puentes atirantados

(.EM fpu!, para evitar problemas de fatiga en los anclajes.

3uchos autores (Dos #antos -K, 7ollins and Con1ale1 -+H!

prefieren agrupar este tipo de puentes dentro de la t ipologa de

puentes atirantados, reservando la denominacin de puente

e/tradosado para puentes de tablero rgido.

a gran maora de los puentes e/tradosados construidos hasta

la fecha, responden al primer enfo*ue de tablero rgido%pilono

esbelto. De la misma forma, la gran maora de los estudios

reali1ados, refieren tambi0n a este enfo*ue. os trabajos m8s

relevantes en el 8rea durante los primeros a)os de desarrollo

de esta tipologa, fueron desarrollados en 2apn (Bga;a,

Jatsuda and B&amoto, +556? I&eda and Jasuda, -? Btsuda

et al., --? Jasuga -K? entre otros!. Recientemente se han

presentado algunos trabajos interesantes en relacin al

comportamiento los puentes e/tradosados (7hio, --? Dos

#antos, -K? 3ermigas -6!, compilando las caractersticasde los puentes e/tradosados construidos los criterios de

dise)o ($enjumea, 7hio and 3aldonado -+, -+-!

anali1ando la influencia del procedimiento constructivo en el

comportamiento de los puentes e/tradosados ($enjumea,

#u8re1 and 7hio, -+H!.

Com$ortamiento estructural

%ablero R&!ido

os puentes e/tradosados con tablero rgido aparecen como

una solucin intermedia entre los puentes viga en seccin cajn

los puentes atirantados, con una tendencia a los primeros. 'lmecanismo resistente es una combinacin de fle/in%cortante

en la viga del tablero un mecanismo de par de fuer1as de

traccin%compresin entre cables tablero. 'l tablero es

siempre de hormign pretensado, ejecutado mediante

voladi1os sucesivos in situ o mediante dovelas prefabricadas

utili1ando =match%casting> (Gig. H!. 'sta configuracin presenta

la ventaja de *ue la variacin de tensin en los cables debidas a

las cargas variables es mu baja, lo *ue permite la utili1acin de

anclajes de pretensado convencionales el tesado de los cables

a niveles del orden de .K a .F fpu. Para ello es necesario

escoger una relacin entre la rigide1 del tablero del sistema

de cables adecuada.


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I&eda Jasuga (-! definen el ndice de distribucin de

cargas para los puentes e/tradosados como@

N carga soportada por los cablesLcarga total / + (! (+!

#egn los autores, dicho ndice representa tambi0n la relacin

de rigideces entre los sistemas resistentes de cables tablero,

sugieren como valor lmite para un puente e/tradosado NH

, correspondiente a una variacin tensiones en los cables de

M 3Pa. 'n la pr8ctica, este coeficiente presenta valores

diferentes segn el tipo de carga aplicada.


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enfo*ue es mu reducido. ui18s el ejemplo m8s claro de este

enfo*ue sea el puente de #unniberg del propio 3enn (Gigi et

al., +55F!.

'n ese proecto 3enn consider un tablero sumamenteesbelto (Gig. E!, conectado monolticamente a las pilas, con una

relacin canto del tablero L lu1 de +-F en planta curva (RNMH

m! con una altura de los pilonos sobre el tablero de +H.6 m

(L+!. Debido a la fle/ibilidad del tablero, los cables fueron

dimensionados para una tensin m8/ima de .M fpu, similar a la

utili1ada para puentes atirantados. Gigi et al. (+55F! resaltan las

dificultades constructivas *ue implic la construccin de un

tablero tan fle/ible con un 8ngulo de los tirantes tan tendido

(tang Q.-! para el control de las deformaciones, para la cual

fue necesario reali1ar un procedimiento constructivo de doce

pasos.

Recientemente, 3ermigas (-6! reali1 un estudio

comparativo entre tres soluciones para un mismo puente de

vano central +E m@ puente viga en seccin cajn, puente

e/tradosado de tablero rgido puente e/tradosado de torre

rgida%tablero fle/ible. Adem8s del consumo de materiales, se

anali1 compar el costo final de las tres soluciones,

resultando favorable al puente e/tradosado con torre rgida. #i

bien esta comparacin depende de los costos unitarios de los

materiales en cada lugar no fueron considerados sobrecostos

por la fle/ibilidad del tablero, *ue implicara por ejemplo varias

etapas de tesado de los cables e/tradosados, dej de

manifiesto *ue la solucin de tablero fle/ible O torre rgidapuede ser econmicamente competitiva frente a otras

soluciones m8s tradicionales, con ventajas significativas desde

el punto de vista est0tico. 'l mecanismo resistente de un par de

fuer1as de traccin en los cables compresin en el tablero,

resulta en un menor consumo de materiales *ue el mecanismo

resistente combinado con la fle/in del tablero. ograr

estructuras lo m8s ligeras posibles, reduciendo el consumo de

materiales en el dise)o de puentes ( estructuras de obra civil

en general!, con todas las implicaciones *ue conlleva desde el

punto de vista estructural, constructivo, econmico de

sostenibilidad, debe ser el objetivo principal de los proectistas

(#chlaich and $ergermann, -E!.

Fi!ura *. Al1ado seccin del puente de #unniberg (adaptado de Gigi

et al., +55F!.

Puentes atirantados ba+o tablero y $uentes

combinados

#i bien el termino =atirantado bajo tablero> fue introducido

recientemente por Rui1%:er8n (-M! trabajos posteriores

(Rui1%:er8n and Aparicio, -Fa, -Fb, -6a, -6b, -+!,

las primeras ideas introducidas por los precursores de este

concepto, Grit1 eonhardt 2org #chlaich, provienen de los a)os

Fs 6s. 'l primer puente proectado construido con estas

caractersticas es el viaducto de Seitinger sobre el (Gig. M!. a tensin proporcionada

a los cables de atirantamiento inferior introduce una fuer1avertical en los puntales, correspondiente a la reaccin vertical

*ue sera proporcionada por el apoo en la pila intermedia,

frente al peso propio las cargas permanentes.

Fi!ura ,. 9iaducto de Seitinger

2org #chlaich present en +56- una propuesta preliminar para

un puente de ferrocarril en 3unich, utili1ando el concepto de

atirantamiento bajo tablero (Tolgate, +55F!, propuesta *ue

finalmente no prosper. Algunos a)os m8s tarde, en +56F, el

mismo #chlaich propuso para el paso superior de Jirchhein un

prtico de pilas inclinadas con un vano central de EM m una

losa de .E m, con cables de atirantamiento bajo tablero (Gig.

K!. Debido de las dudas surgidas entre los ingenieros de la

autoridad alemana de carreteras, acerca de la accesibilidad de

los cables de atirantamiento para mantenimiento, as como el

temor de un posible colapso de la estructura debido a la

eventual rotura de los cables, en la estructura finalmente

construida los cables de atirantamiento fueron sustituidos por

pretensado interior.


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Fi!ura -. Paso superior de Jirchhein. Propuesta incluendo cables de

atirantamiento bajo tablero (superior! la solucin finalmente

ejecutada con cables de pretensado interior (inferior!.

A pesar de estos primeros intentos infructuosos de #chlaich, en

los siguientes a)os fueron propuestos ejecutados, un nmero

importante de puentes pasarelas, utili1ando el concepto de

atirantamiento bajo tablero, un nuevo concepto de puente

con atirantamiento combinado, como en el caso del viaducto

de Bbere Argen (+55+!, Gig. F. a solucin adoptada de

combinar atirantamiento bajo tablero atirantamiento

superior cl8sico, permite mejorar la eficiencia del tablero con

atirantamiento inferior, en el caso de vanos continuos. #e

utili1a el mismo concepto *ue para el atirantamiento inferior,

consistente en alejar los cables a fin de aumentar el bra1o del

par. 'l resultado es una estructura notable con un vano final de

-M6 m, como consecuencia de las condiciones impuestas por las

caractersticas geot0cnicas de terreno.

Fi!ura .. 9iaducto de Bber Argen.

'studios iniciales reali1ados por 3enn and Cavreau (+55!, asi

como estudios m8s recientes de Rui1%:er8n and Aparicio

(-6b! han dejado en evidencia la ineficiencia de los puentes

atirantados bajo tablero continuos, para resistir los momentos

sobre los apoos intermedios. 'sto no ha impedido *ue se

haan ejecutado algunas estructuras notables de este tipo,

como por ejemplo el viaducto de Bsormort de 2avier

3anterola.

Com$ortamiento estructural de los $uentes

con atirantamiento ba+o tablero

'l nmero de trabajos publicados en relacin al

comportamiento estructural de los puentes con atirantado bajo

tablero Lo combinados no es mu e/tensa. 38s all8 de los

trabajos iniciales a citados, el principal esfuer1o de

investigacin en esta 8rea comien1a con Rui1%:er8n (-M!. 'n

ese trabajo de tesis doctoral, se estudi el comportamiento

estructural los criterios de dise)o de puentes atirantados no

convencionales, incluendo atirantado bajo tablero puentes

atirantados combinados. 'n trabajos posteriores los autores

Rui1%:er8n and Aparicio (Gig. 6! estudiaron el comportamiento

resistente de este tipo de puentes (Rui1%:er8n and Aparicio,

-Fa, -Fb!, proponiendo criterios de dise)o tanto para

puentes de un solo vano, como para vanos mltiples (Rui1%

:er8n and Aparicio -6a, -6b!, as el comportamientofrente a la rotura accidental de los cables bajo sobrecargas de

tr8fico (Rui1%:er8n and Aparicio -5, -+!.

#e presentan a continuacin las principales caractersticas de

este tipo de puentes atirantados (Rui1%:er8n and Aparicio,

-+!@

a! Alta eficiencia del sistema de atirantamiento.

Definiendo la eficiencia del sistema de cables a partir

de un coeficiente *ue representa la fraccin del

momento e/terno isost8tico *ue es resistido por el

sistema de cables atirantados. a eficiencia del

sistema de atirantamiento es inversamente

proporcional a la rigide1 relativa entre el tablero el

sistema de atirantamiento.7uanto menor es el valor

de la rigide1 relativa del tablero frente al sistema de

atirantamiento, maor es la eficiencia del sistema de

atirantamiento.

b! a reduccin de vano de fle/in se alcan1a f8cilmente

pretensando los cables de manera *ue la

componente vertical de las fuer1as introducidas en el

tablero a trav0s de los puntales, es igual a la reaccin

vertical de una viga continua e*uivalente sobre aapoos en los puntos de cone/in entre puntales

tablero. A maor eficiencia de sistema de

atirantamiento, menor es la componente de las

fuer1as en los cables atirantados en estado

permanente debidas al pretensado activo de los

cables, maor es la componente atribuible a la

respuesta pasiva debida a peso propio cargas

permanentes. Asimismo, a menor rigide1 a fle/in del

tablero, maor eficiencia del sistema de

atirantamiento, menores las p0rdidas en los cables

en consecuencia, menor redistribucin de esfuer1os

debidos a efectos diferidos.


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Fi!ura /. Diferentes disposiciones de atirantado bajo tablero

atirantamiento combinado estudiados por Rui1%:er8n and Aparicio(-+!.

c! Cran eficiencia frente a cargas de tr8fico. Para ello es

necesario dise)ar una disposicin de cables con

e/centricidades importantes en las secciones crticas

del tablero rigideces relativas bajas entre tablero a

fle/in el sistema de atirantamiento. 7umpliendo

estas condiciones, la respuesta del sistema frente a

las cargas de tr8fico es principalmente a/ial, en lugar

de fle/ional. 9alores de eficiencia mu altos (N.5!

pueden ser f8cilmente alcan1ados.

d! Cran sensibilidad a las vibraciones debidas a la

sobrecarga de tr8fico. a reduccin de la respuesta

fle/ional la reduccin de la masa debido al trabajo

a/il, lleva a un incremento significativo de las

aceleraciones en el tablero debidas a la sobrecarga de

tr8fico. 's habitual *ue el dise)o de este tipo de

estructuras sea gobernado por el '# de vibraciones.

e! Dise)o sostenible, debido al reducido consumo de

materiales. a reduccin de la respuesta fle/ional

frente a un aumento de la respuesta a/ial, resulta en

un consumo menor de materiales, en comparacin

con estructuras convencionales, cumpliendo con

consideraciones de sostenibilidad.

f!


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Re)erencias

$enjumea, 2., #u8re1 3. and 7hio, C. (-+H!. =7omportamiento

estructural de los puentes e/tradosados durante construccin por

voladi1os sucesivos.> Revista 'IA, v +, n-, p. +++%+-M.

$enjumea, 2., 7hio, C. and 3aldonado, '. (-+!. =7omportamiento

estructural criterios de dise)o de los puentes e/tradosados@

visin general estado del arte.> Revista Ingeniera de

7onstruccin, v -M, nH, p. H6H%H56.

$enjumea, 2., 7hio, C. and 3aldonado, '. (-+-!. =Puentes

e/tradosados@ evolucin tendencias actuales.> :ecnura, v +K, n

HH, p. +FH%+66.

7hio, C. (-!. 7omportamiento estructural criterios de dise)o de los

puentes con pretensado e/tradosado. :esis Doctoral. $arcelona@

Universidad Polit0cnica de 7atalu)a.

7ollins D. and Con1ale1 A.#. (-+H! ='/tradosed and cable%staed%

bridges, e/ploring the boundaries> Proc. Bf the I7' O $ridge

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'ngenharia de 'structuras e GondaVoes O 'scola Polit0cnica da

Universidade de #o Paulo

Gigi T., 3enn 7., $an1inger D. and $acchetta A. (+55F!. =#unniberg

$ridge,Josters, #;it1erland> #tructural 'ngineering International,

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