Trabajo de Puentes Atirantados

PUENTES ATIRANTADOS

GUSTAVO YNEZ PEZEl presente trabajo de investigacin describe: la geometra, materiales, mtodos constructivos y mtodo de diseo estructural de Puentes Atirantados. El objetivo principal de esta investigacin es comprender todos los temas sealados, ya que estos conocimientos contribuirn durante el semestre en la ctedra de Puentes.

Ctedra: PuentesTrabajo de Puentes AtirantadosFecha: 28/06/2014

Contenido1.INTRODUCCIN22.GEOMETRA33.MATERIALES74.MTODOS CONSTRUCTIVOS105.METODOLOGA DE DISEO126.REFERENCIA BIBLIOGRFICA14

ndice de ilustracinIlustracin 1 Suspensin Central, Lateral y en tres Planos2Ilustracin 2 Tipo Arpa, Abanico, Semi-Arpa, Asimtrico3Ilustracin 3 Puente Brookyin3Ilustracin 4 Puente de Lezardrieux, Francia3Ilustracin 5 Componentes Principales4Ilustracin 7 Torres de Sustentacin4Ilustracin 8 Cables Principales5Ilustracin 6 Formas de las Torres4Ilustracin 9 Disposicin de los Cables Longitudinales y Transversales5Ilustracin 10 Viga Transversal5Ilustracin 11 Vigas Longitudinales6Ilustracin 12 Diagonales y Contradiagonales6Ilustracin 13 Formas generales de secciones transversales con placas ortotrpicas6Ilustracin 14 Formas generales de secciones transversales tipo enrejado7Ilustracin 15 Formas generales de secciones transversales de hormign armado7Ilustracin 16 Tabla Histrica de los Materiales7Ilustracin 18 Materiales para puentes atirantados8Ilustracin 17 Hormign proyectado en cimentacin7Ilustracin 19 Tabla de Acero Estructural9Ilustracin 20 Esquema del Cable9Ilustracin 21 Secciones de Hormign y Acero10Ilustracin 22 Tablero de Acero10Ilustracin 23 Tablero de Hormign11Ilustracin 24 Mtodo de Apoyos Falsos11Ilustracin 25 Mtodo de Volados Sucesivos12Ilustracin 26 Mtodo Lanzamiento Progresivo12Ilustracin 27 Determinacin del ancho del tablero del puente atirantado13Ilustracin 28 Esquema general del puente atirantado13Ilustracin 29 Esquema para el clculo de fuerzas axiales en los cables14

1. INTRODUCCINEn los ltimos aos, el uso de puentes atirantados ha ido evolucionando rpidamente en sus formas, tamaos y mtodos constructivos, viendo la necesidad de estudiarlos y entenderlos ms a fondo, ya que estas estructuras son altamente hiperestticas y a su vez muy flexibles, sobre todo durante su proceso constructivo debido a las grandes luces a las que estn asociados, su estudio contempla una serie de conocimientos estructurales, vinculados directamente con el anlisis de efectos de segundo orden, este anlisis ocurre cuando una estructura se deforma o se desplaza debido a la combinacin de acciones laterales y verticales formando un desplazamiento "Delta". En el proceso de diseo, las decisiones ms importantes se hacen generalmente en las primeras etapas; en donde se tiene que comprender el comportamiento fsico de la estructura, siendo esto esencial en el pre-dimensionamiento; adems, se puede contar con numerosas alternativas estructurales, en donde ms de una solucin puede ser factible; sin embargo, para su mayor eficiencia se toma en cuenta el punto de vista del consumo de material, construccin de instalaciones, tiempo de ejecucin y comportamiento fsico de la estructura, adems como en todo diseo se debe considerar una estructura liviana para de esta manera evitar grandes efectos provocados por sismo. Es importante entender cmo sus elementos estructurales van a actuar ante cargas de peso propio, barandas, calzada, vehculos y peatones; sin dejar de lado cargas extremas muy importantes que suelen causar daos catastrficos como son sismos, vientos y cargas durante el proceso constructivo. La distribucin de obenques en el tablero es una variable fundamental para controlar los esfuerzos existentes en el tablero, en su torre y en sus mismos obenques.Tipos de puentes atirantados Puente atirantado de torre lateral.- En este tipo de puente, la torre, no est situado en el mismo plano de la pista (longitudinal), sino un poco a un lado, este diseo permite puentes con pistas algo curvas. Puente atirantado asimtrico.- Este tipo de puentes, usa una torre 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 hormign prensado trabajando a compresin. Puente atirantado de torre contrapeso.- Es un puente similar al anterior, salvo que los cables no continan hasta el contrapeso, sino que estn anclados a la torre, y la torre y su anclaje en el terreno. Uno de los pioneros de este diseo es Santiago Calatrava con el Puente del Alamillo en Sevilla. Por su sistema de suspensin.- La distribucin y el sistema de suspensin es uno de los aspectos fundamentales que se debe analizar en el diseo de un puente atirantado, ya que ste no slo afecta el comportamiento y desempeo estructural del puente, sino tambin sus dimensiones, los mtodos constructivos y, al final, el costo total de construccin.Los sistemas de suspensin en general pueden ser:

Ilustracin 1 Suspensin Central, Lateral y en tres Planos Por su forma de distribucin de obenques.- Un aspecto fundamental en el diseo de puentes atirantados es la distribucin geomtrica de los obenques. En este caso, generalmente se consideran cuatro diferentes tipos de diseo:

Ilustracin 2 Tipo Arpa, Abanico, Semi-Arpa, AsimtricoCabe recalcar que dentro de la ingeniera civil, se denomina puente atirantado a aquel cuyo tablero se encuentra suspendido de uno o varios pilones centrales mediante un sistema de cables (torones). Estos se distinguen de los puentes colgantes porque en los ltimos, los cables principales se disponen de pila a pila, sosteniendo el tablero mediante cables secundarios verticales, y porque los puentes colgantes trabajan principalmente a traccin, mientras que los puentes atirantados tienen partes a traccin y otras a compresin. Existen diferentes modelos de colocacin de los tirantes dentro de estos puentes ya que estos van desde el tablero al pilar situado a un lado, y desde este, al suelo, o bien, como el Puente del Alamillo, estn unidos directamente al nico pilar y anclados al suelo.

Ilustracin 3 Puente BrookyinLos pioneros en la investigacin experimental sobre Puentes Atirantados son entre otros el Instituto de Hormign Reforzado y Pretensado (Institute for Reinforced and Prestressed Concrete (IBAP)) del Instituto de Tecnologa Federal Suizo. Su trabajo ha revelado las ventajas tcnicas y econmicas que ofrecen los puentes atirantados. Sus diseos, basados en el uso de delgados tableros los cuales consisten en un elemento simple de hormign y un sistema de cables que adems de formar parte importante de la estructura, ayudan mucho a mejorar la esttica de la misma, que anteriormente fueron inimaginables de construir.Es muy importante e interesante conocer sobre la capacidad de combinar estructuras como cables de acero y el hormign. A la vez cabe decir que no han sido suficientemente explotados a pesar de que el uso de estos sistemas puede desarrollar soluciones innovadoras a los problemas de hoy.

Ilustracin 4 Puente de Lezardrieux, FranciaLos elementos fundamentales de la estructura resistente del puente atirantado son los tirantes, las torres (el piln) y el tablero; los tirantes son cables rectos que atirantan el tablero, proporcionndoles una serie de apoyos intermedios ms o menos rgidos. ; las torres (piln) nos sirve para elevar el anclaje fijo de los tirantes, de forma que introduzcan fuerzas verticales en el tablero para crear los pseudo-apoyos; tambin el tablero interviene en el esquema resistente, porque los tirantes, al ser inclinados, introducen fuerzas horizontales que se deben equilibrar a travs de l. Por todo ello, los tres elementos, tirantes, tablero y torres, constituyen la estructura resistente bsica del puente atirantado.

2. GEOMETRALos Puentes Atirantados tienen 3 elementos bsicos que son: Torres (Piln o pilas). Cables (tirantes). Tablero.Los cuales son analizados separadamente. Esta divisin se la realiza en funcin de los procesos de construccin. A pesar de ello, se debe tomar en cuenta que estos tres elementos fundamentales dependen mucho de las caractersticas que tengan al momento de trabajar en conjunto, es por eso que a continuacin se muestran tres tipos de diseos generales.

Ilustracin 5 Componentes PrincipalesLa ilustracin 5 muestra los principales componentes de un puente atirantado consiste en un apoyada por cables conectados a una o ms torres de mesa rigidez.

2.1. Infraestructura2.1.1. TorresLa altura de la torre es una variable de diseo debido principalmente a la extensin principal del puente. Debe tener un gran valor que satisfaga a los mtodos de construccin, el tema econmico, y en especial el problema estructural. Busque este valor es parte de la pre-diseo de un puente atirantado.Las formas de las torres ms usadas estn indicadas a continuacin:La eleccin de una forma particular depender de la naturaleza esttica, econmica y de las cuestiones de solicitudes. Para puentes sometidos a viento, por ejemplo, la forma "A" tiene mayor estabilidad aerodinmica.

Ilustracin 6 Formas de las TorresEn cuanto a las condiciones de contorno de las torres, se observarn las condiciones locales del suelo y la facilidad de construccin. Torres incrustados en la base son ms fciles de construir, pero grandes tensiones de flexin transmitidos a la base. Las torres se construyen generalmente con el mvil y las secciones se fabrican acero estructural o de hormign armado.El soporte fsico de un puente atirantado est provisto por las torres de sustentacin, que son similares a aquellas presentes en puentes colgantes.

Ilustracin 7 Torres de Sustentacin2.2. Superestructura2.2.1. Cables Cables principales.- Apoyados y anclados en diversos niveles de cada una de las torres de sustentacin, y ubicados de una manera simtrica con relacin al eje de la va, se suspenden un sinnmero de cables principales, que servirn de soporte para los elementos estructurales restantes.

Ilustracin 8 Cables PrincipalesEstos cables principales funcionan como tensores para el resto de la estructura. Debido a que los cables principales soportarn casi la totalidad de las cargas del puente, se suele utilizar acero de alta resistencia.La disposicin habitual de los cables vara tanto en la direccin transversal y en la direccin longitudinal, como se puede ver en las figuras. Todos estos arreglos pueden tener pocos o muchos cables. El sistema multi - cable ha sido una tendencia de los proyectos ms recientes, en virtud de que requiere una bandeja menos rgida y presentar fuerzas de pretensado instaladas en cables ms pequeos, facilitando la construccin del puente por el mtodo de voladizo, y facilitar tambin el proceso el anclaje de los cables y de mantenimiento. Ilustracin 9 Disposicin de los Cables Longitudinales y Transversales Vigas transversales.- De la parte inferior de los cables principales de ejes opuestos, se suspenden elementos transversales (vigas) que cruzan la va a lo ancho.

Ilustracin 10 Viga Transversal Vigas longitudinales.- En la direccin longitudinal, de la parte inferior de los cables principales se suspenden y sujetan elementos longitudinales que unen todos los cables.

Ilustracin 11 Vigas LongitudinalesLas vigas transversales y longitudinales conforman una malla horizontal. La malla se arriostra y rigidiza mediante diagonales y contra diagonales.

Ilustracin 12 Diagonales y Contradiagonales Estructura de Soporte Vehicular.- Apoyada en las vigas transversales se construye la estructura que soportar directamente a los vehculos que circulan por el puente. Usualmente esta estructura es una losa de hormign, pero podra ser una estructura con planchas metlicas.

La carga viva vehicular es transmitida a su estructura de soporte; la estructura de soporte vehicular transmite la carga viva y su propio peso a las vigas transversales; las vigas transversales, a su vez, se sustentan en los cables principales; los cables principales transmiten las cargas a las torres de sustentacin; y, por ltimo, las torres de sustentacin transfieren las cargas al suelo de cimentacin.2.2.2. TableroPara el tablero hay una gran cantidad de tipos de secciones transversales de uso comn en la prctica, y su diseo dictados por las exigencias del trfico y la estabilidad aerodinmica.En general, las secciones transversales muestran las formas mostradas en las figuras, para abordar con placas ortotrpicos, armadura y reforzado / pretensado, hormign, respectivamente.

Ilustracin 13 Formas generales de secciones transversales con placas ortotrpicas

Ilustracin 14 Formas generales de secciones transversales tipo enrejado

Ilustracin 15 Formas generales de secciones transversales de hormign armado3. MATERIALESA lo largo de la Historia se han empleado cuatro materiales bsicos para construir puentes:la madera,la piedra,el hierroyel hormign. A estos cuatro hay que aadir otros dos que se han empleado con menor frecuencia:el ladrillo, hecho de arcilla cocida; yel aluminio, que se ha utilizado excepcionalmente para construir puentes o partes de ellos. Actualmente se estn utilizando tambin materiales compuestos, formados por fibras de materiales muy resistentes incluidos en una matriz de resina, pero todava estamos lejos de que estos materiales puedan competir en los puentes con los materiales actuales.

Ilustracin 16 Tabla Histrica de los MaterialesHORMIGN

Ilustracin 17 Hormign proyectado en cimentacinA pesar de verse suave y sin brillo en la superficie, el hormign se ha convertido en el material de construccin preferido para casi todas las estructuras del mundo y los puentes no son una excepcin. La capacidad de verter el hormign en cualquier forma o tamao lo hace ideal para la construccin de puentes, ya que no necesita de un corte o moldeo. Para aadirle ms fuerza, el hormign es a menudo es previamente comprimido y reforzado con acero. En la superficie, el hormign es propenso a la corrosin por el agua salada y loscontaminantesen el aire como el dixido de carbono y dixido de azufre. Esto se remedia usando otros materiales para cubrir la superficie.ACEROAparte de ser utilizado parareforzarel hormign, el acero es tambin muy utilizado como un material de construccin primario para puentes. En los cables para los puentes colgantes que se elevan suspendidos, es el principal material utilizado. Las resistencias a la compresin y a la traccin del acero son de 10 a 100 veces el promedio del hormign, respectivamente, permitiendo que largos tramos de puentes reciban apoyo de un menor nmero de columnas. Adems, siendo un metal, el acero tiene una ductilidad notable, o capacidad de doblarse, estirarse o deformarse sin romperse, a diferencia del hormign. Sin embargo, la corrosin es una preocupacin importante, y requiere un revestimiento de aleacin para la proteccin de los elementos.

Ilustracin 18 Materiales para puentes atirantadosA continuacin se presenta los materiales de los componentes de un puente atirantado:3.1. LOS TIRANTES (CABLES) Los tirantes estn formados por un conjunto de cables o torones, de 15.7 mm de dimetro cada uno, compuestos por siete hilos de Acero galvanizado trenzados entre s. Para protegerlos contra la corrosin y oxidacin del Acero de preesfuerzo, cada cable est cubierto por una cera a base de petrleo y envueltos por una funda de polietileno de alta densidad. Para la instalacin de dichos cables se emplea el sistema de tirantes SSI 2000 de tecnologa francesa, patentado por VSL.El nmero de cables o torones vara entre los tirantes, de acuerdo a su ubicacin. Los primeros tirantes tienen 82 torones de acero y conforme avanza se van reduciendo el nmero de torones, hasta llegar al tirante, el cual cuenta con cables de instalacin de los tirantes de acero bajo el sistema SSI 2000 de tecnologa francesa,patentado por VSL.Una ventaja de utilizacin de este sistema es que, debido al sistema de anclaje, es posible realizar una eventual reparacin o sustitucin de alguno de los cables, sin afectar la estructura. Tambin vale la pena indicar que por reglamento los torones estn trabajando al 45% de su capacidad, de manera que se tiene un amplio margen de seguridad.Existen Dos sistemas de cables los cuales son: 1. Los cables de atirantamiento son los que van conectados desde las torres o el piln hacia el tablero; estos cumplen la funcin principal de la estructura la cual es sostener al tablero donde sern repartidas las cargas segn sea la funcin que este cumpla. Los cables de atirantamiento se pueden organizar de diversas formas dentro de cada uno de los haces ya sea al borde del tablero, o un solo plano situado en su eje.2. Los cables de retencin que trabajan como sistema de atirantamiento son los que han de ser colocados para evitar los movimientos en la cabeza del piln. Estos tirantes irn anclados a puntos fijos, que pueden ir al tablero y/o a su vez, segn sea el caso, irn anclados a un sistema de contrapeso (muertos) que estn en el suelo para de esta manera dar una buena estabilidad a la estructura. Al momento de trabajar con los cables, es necesario definir el nmero de tirantes de cada haz, o lo que es lo mismo, la distancia entre los puntos de anclaje de los tirantes en el tablero. El nmero de tirantes es una de las cuestiones que ms ha evolucionado en los puentes atirantados ya que los primeros puentes de este tipo tenan muy pocos tirantes con una separacin entre anclajes que lleg a pasar de los 50m; se trataba de crear una serie de apoyos intermedios para as convertir un puente de luces grandes en uno de luces mediasGeneralmente los tirantes radiales o divergentes tienen un mejor funcionamiento que los paralelos, porque el atirantamiento es ms eficaz y se obtiene menor deflexin en las torres. Los tirantes paralelos se usan cuando la compensacin del tablero se divide en vanos pequeos, de forma que los tirantes del haz de compensacin se anclan directamente sobre pilas o muy cerca de ellas. De esta forma el atirantamiento gana rigidez y las deflexiones disminuyen tanto en la torre como en el vano principal.El cable generalmente es un miembro flexible que se encuentra solicitado a tensin. En la construccin de puentes se los conoce debido a su hechura los cuales son: formados por barras paralelas, alambres paralelos, torones paralelos, y por torones enrollados helicoidalmente. Estos diferentes tipos de cables son realizados en base de alambres. El alambre normalmente se presenta en dimetros entre los 3 y 7 mm el cual est constituido de acero con un mdulo de elasticidad semejante al acero con el que se construye edificios, pero este es ms resistente pero menos dctil. A continuacin se muestra una tabla con las caractersticas estructurales del acero

Ilustracin 19 Tabla de Acero Estructural3.2. CABLES Los cables tienen la caracterstica de resistir grandes fuerzas de tensin, pero a relacin de las barras prismticas, estos no resisten fuerzas de compresin y poseen poca resistencia a la flexin, razn por la cual toman forma de curva. Los cables de acero estn compuestos por elementos bsicos que son: alambres, torones y alma. Dependiendo la necesidad existen cables de acabado negro o galvanizado. La realizacin de torones se la hace torciendo los alambres entre s alrededor de un alambre central llevando una posicin geomtrica.

Ilustracin 20 Esquema del Cable3.3. LAS TORRES (PILN) Las torres, son la parte ms importante dentro de la estructura de los puentes atirantados, ya que estos son los que van a soportar toda la carga que se ha de distribuir del tablero a los cables y estos al piln o torres. Generalmente la altura de estas torres est en funcin de la luz libre que tendr el tablero entre sus puntos de apoyo. Longitudinalmente pueden tener dos torres y ser simtricos, o una sola torre desde donde se atiranta todo el vano principal.Las torres se pueden iniciar en los cimientos, o se pueden iniciar a partir del tablero, de forma que el conjunto tablero-torres-tirantes se apoya sobre pilas convencionales. Las torres pueden tener diversas formas; pueden estar formadas por dos pilas, por una sola, pueden tener forma de A, forma de A prolongada verticalmente, entre otras formas. A continuacin se presentan algunos tipos de torres dadas segn su geometra3.4. EL TABLEROEl tablero es muy importante dentro del esquema resistente bsico de la estructura del puente atirantado ya que va a resistir las componentes horizontales que le transmiten los tirantes. Estas componentes generalmente se equilibran en el propio tablero porque su resultante, igual que en la torre, debe ser nula. La seccin transversal del tablero depende en gran medida de la disposicin de los tirantes. En los puentes atirantados en el eje, generalmente es un tablero tipo cajn cerrado con voladizos laterales (dovelas), y en los puentes atirantados en los bordes, generalmente est formada por dos vigas longitudinales situadas en los bordes del tablero, enlazadas entre s por vigas transversales; no obstante, tanto en uno como en el otro sistema de atirantamiento caben diferentes variantes de la seccin transversal. Dependiendo de las dimensiones y del uso que se le va a dar al puente, se puede definir diversas formas de realizar el tablero, ya que este puede ser de tipo cajn realizado en hormign, se puede trabajar con estructuras metlicas, etc. El tablero cumplir la funcin de transmitir todas las cargas que vayan a este hacia a los cables y estos a su vez hacia el piln.

Ilustracin 21 Secciones de Hormign y AceroComo ya se mencion anteriormente, en los primeros Puentes Atirantados modernos para reducir el nmero de tirantes era necesario usar tableros relativamente rgidos y en acero. Con la aparicin de los puentes de cables mltiples, se ha favorecido al desarrollo de los tableros de hormign y ha logrado desaparecer la necesidad de proveer secciones transversales de alto grado de rigidez. Gracias a los avances que se ha tenido en el estudio de estos puentes se ha logrado disear tableros mucho ms flexibles. Sin embargo, se debe de tomar en cuenta que la rigidez ptima del tablero no solo depende del espaciamiento de los tirantes sino tambin del armado y del material en que este sea construido. En el caso de puentes con sistemas de suspensin lateral es posible trabajar con tableros delgados dado que la deflexin longitudinal es relativamente baja y no existiran problemas de rigidez torsional. Las dimensiones mnimas estn gobernadas por los momentos transversales y por las cargas que se producen en los puntos de anclaje.3.4.1. Tablero de acero

Ilustracin 22 Tablero de AceroEl uso del acero en tableros metlicos tiene muchas ventajas, una de ellas es que se puede realizar el tablero por tramos y despus ser colocado en obra, ahorrando as tiempo y dinero. La desventaja es que al usar acero en la seccin transversal, es de 2 a 4 veces ms costoso que su equivalente en hormign. Dentro de las estructuras de pequeos a medianos vanos, los cables representan solamente del 10 al 20% del costo total de la obra; es por eso que es recomendable que la estructura del tablero se la realice por dovelas (cajones huecos debidamente arriostrados) en el caso que se disee con grandes vanos longitudinales, ya que de esta manera se disminuyen los efectos de torsin en el centro del vano y se tiene un ahorro en el uso de materiales normalmente utiliza acero ASTM A588.

3.4.2. Tableros de hormign

Ilustracin 23 Tablero de HormignLa idea de usar sistemas de vanos mltiples fue inicialmente desarrollada con estructuras de acero, pero gracias al uso de sistemas de prefabricados con pre-esfuerzo, ha sido posible llevar esto a estructuras de hormign. El hecho de colocar prefabricados en cada tramo en conjunto con los cables tensores hace que las cargas en las secciones transversales sean moderadas durante la construccin y el equipo necesario para la ereccin de la estructura se reduzca al mnimo.

4. MTODOS CONSTRUCTIVOSEs muy importante tomar en cuenta el tipo de proceso constructivo que se va a tener al momento de construir el puente, esto basndose en las caractersticas del terreno y en la tecnologa existente.Los principales mtodos constructivos de los puentes atirantados son los siguientes: Mtodo de Apoyos Falsos Mtodo de Voladizos Sucesivos Mtodo de Lanzamientos Progresivos4.1. Ilustracin 24 Mtodo de Apoyos FalsosMtodo de Apoyos FalsosEste mtodo es usado, generalmente, cuando el puente est localizado en una zona de baja altura y suelo con buena capacidad resistente. El cruce no est congestionado con rutas o vas de tren, el puente no tiene que atravesar una fuente de agua de profundidad media o grande.En los puentes atirantados, este mtodo se convierte en un sistema complicado. La superestructura est apoyada temporalmente en torres de apuntalamiento, entre estas torres y la superestructura hay gatos hidrulicos, los cuales levantan la plataforma una vez que la misma est asegurada, posteriormente se instala los tirantes, luego se procede a quitar los apuntalamientos y de esta manera se tensan los tirantes por accin del peso propio de la plataforma.

4.2. Mtodo de Voladizos SucesivosEl mtodo consiste en la construccin de la obra en segmentos (dovelas), formando tramos que avanzan sobre el vano a ser vencido. Existen dos tcnicas bsicas para la construccin utilizando este sistema; una de ella emplea dovelas pre-fabricadas, las cuales se levantan mediante sistemas de gras, y la otra tcnica consiste en construir las dovelas in situ.Cuando las dovelas son armadas in situ, el hormigonado es realizado utilizando encofrados mviles anclados en los tramos ya construidos y cuando se alcanza la resistencia establecida las dovelas son postensadas.Las dovelas pre-fabricadas son elaboradas en la planta de fabricacin y transportadas por medio de reticulados metlicos hasta la extremidad del voladizo, donde son postensadas longitudinalmente.

Ilustracin 25 Mtodo de Volados SucesivosEntre las dovelas se puede usar o no adhesivo epxico, que sirve para lubricar la superficie, disminuir los efectos de las imperfecciones de las juntas entre las mismas, impermeabilizar la junta y contribuir para la transmisin de las tensiones provenientes de los esfuerzos cortantes.

4.3. Mtodo de Lanzamientos ProgresivosEn este mtodo, la superestructura es fabricada en las mrgenes de la obra (planta de prefabricacin) y es empujada para su posicin final a lo largo de los vanos. Esta se comporta como un voladizo a medida que va avanzando hasta encontrar el prximo apoyo (estribo) al otro extremo de la margen opuesta de la obra.

Ilustracin 26 Mtodo Lanzamiento ProgresivoCada segmento es ejecutado sobre formas metlicas fijas, siendo hormigonado contra el anterior ya concluido, permitiendo continuidad en la armadura de la regin de las juntas. La estructura es empujada por gatos hidrulicos y sobre aparatos de apoyo deslizantes de Tefln sobre los pilares que, dependiendo del tamao del vano, pueden ser permanentes o provisorios. Una vez que el trecho delantero de la estructura queda en voladizo hasta alcanzar los apoyos, se utiliza un reticulado metlico fijado a este lugar que alcanza el apoyo antes de la estructura disminuyendo el voladizo y reduciendo el momento negativo durante la fase constructiva.5. METODOLOGA DE DISEO Puede disearse desde dos enfoques, debido a la libertad con que se cuenta para elegir la distribucin de rigidez entre los cables y el tablero para soportar la carga viva. En el primer enfoque, se usa una distribucin de rigideces apropiada entre el tablero, los cables y la subestructura, de modo tal que la variacin de tensin en los cables debido a la carga viva, no sobrepase los lmites establecidos por las especificaciones en Estado Lmite de Servicio (ELS)y estos puedan ser tesados al mximo. En general, un tablero rgido acompaado de vinculacin fija entre la torre, el tablero y los pilares, tal y como se us en los primeros puentes extradosados.Para describir la metodologa de diseo se ha considerado un ejemplo prctico de aplicacin de puentes atirantados en la va de acceso al nuevo aeropuerto de Quito. Se modela un puente atirantado en abanico con sus torres y tablero de hormign armado y formado por un vano central y dos adyacentes. El tramo central se considera de 145 metros, estando otras dimensiones importantes dadas por las siguientes relaciones:5.1. Longitud del panel tipo o distancia entre apoyos de cables.Se recomienda, de acuerdo a dimensiones de estructuras ya existentes con vanos entre 137 y 150 metros, usar paneles con una longitud de 20 metros. El panel central puede ser ms largo pues no resiste fuerzas de compresin como los otros. En este caso y nuevamente por experiencia se pueden usar paneles entre un 20 y 30% ms largos.5.2. Altura de las torresLa altura de las torres se determina por la inclinacin ptima de los cables que se considera est entre los 25 y 65 grados, siendo su mejor valor 45. En este caso:

Este valor es aproximadamente igual a un quinto de la luz del vano central. No coincide con otras recomendaciones para la altura de la torre que en funcin de la longitud del vano central vara entre un sexto y un octavo.5.3. Longitud de los vanos adyacentesDepende de las caractersticas geomtricas del sitio de implantacin del puente pero debe ser la suficiente para albergar el mismo nmero de cables que inciden en la torre desde el vano central y con igual espaciamiento. Si su longitud fuera menor el estribo tender a levantarse y si fuera mayor los cables que unen los puntos ms extremos no trabajan a toda su capacidad. La referencia indica que para conseguir la simetra de los cables en las torres, y especficamente para este caso en que hay 3 cables a cada lado, se puede usar una relacin entre la luz lateral y la luz principal de 3/7.5.4. Caractersticas del tableroDe acuerdo a referencia la altura del tablero vara entre 1/15 y 1/18 de la longitud del tablero o entre 1/100 y 1/200 de la longitud del vano central. Para el caso presente esto da valores entre 1.33 y 1.41 metros si se usa la longitud del tablero igual a 20 metros y entre 1.45 y 0.725 metros si se usa la del vano central igual a 145 metros. Aqu se escoge el mayor valor comn a los dos criterios que es 1.33 metros. Sin embargo, de acuerdo a referencia la altura de la viga del tablero vara entre 1/60 y 1/80 de la luz del vano central, es decir, en este caso, entre 2.4 y 1.8 metros. En todo caso esta misma referencia indica que las deflexiones por carga viva estn entre 1/400 y 1/500 de la luz del vano central.

Para el ancho del tablero se usarn las siguientes dimensiones:

Ilustracin 27 Determinacin del ancho del tablero del puente atirantadoLa seccin del tablero ser la de una viga cajn con 20 cm de espesor de paredes. Vale la pena recalcar que estos valores iniciales sern ajustados buscando un ptimo en la utilizacin del material, es decir las menores dimensiones.En la figura, a continuacin, se muestra el puente atirantado hasta aqu planteado con sus dimensiones generales:

Ilustracin 28 Esquema general del puente atirantado5.5. Dimensiones de los cablesEl tablero acta como una viga continua sobre apoyos rgidos si las fuerzas en los cables reducen las deformaciones de la viga en los apoyos a cero. Las reacciones en estos apoyos igualan las componentes verticales de los cables de acuerdo al esquema mostrado en la figura

Ilustracin 29 Esquema para el clculo de fuerzas axiales en los cablesFrmulas para el clculo:

Los cables se disean para cargas de servicio, calculndose el rea de la seccin transversal Ai necesaria para el cable i como.

En donde a es el esfuerzo unitario admisible para el acero del cable. Se calcula como:Donde tu es la resistencia a la tensin mnima especificada del acero. Para torones de pretensado de 7 alambres, de 15.2 mm de dimetro (ASTM A416), tu es igual a 19023 Kg/cm2, y para alambre de 6.35 mm de dimetro (ASTM A421), es 16909 Kg/cm2.En este modelo si se usan torones de pretensado de 7 alambres, el esfuerzo unitario admisible es 8560 Kg/cm2. Las reacciones Ri para cables intermedios pueden calcularse como:

Donde w es la carga uniforme muerta y viva sobre el tablero y s es el espaciamiento entre cables. Para el clculo de la Fuerza F1 que acta en el cable extremo conectado al estribo, se requiere calcular inicialmente la fuerza horizontal Fh sobre la torre.Las reacciones Ri son debidas a carga muerta y viva en apoyos en el vano central en tanto que las recciones Ri lo son por carga muerta nicamente y en apoyos en el vano lateral. Los ngulos i y i son los que forman los cables con el tablero en el vano central y lateral respectivamente. Se observa que la mxima carga horizontal sobre la torre se da cuando adicionalmente a la carga muerta hay carga viva en el tramo central.Si los cables en el vano lateral son idnticos a los del vano central se tiene:Donde L es la carga viva en un tablero.

5.6. Dimensiones de la torreLa seccin transversal Ag se predisea para resistir una carga de compresin P0 dada por las cargas incidentes sobre la mitad de todo el largo del puente

Donde fc es el esfuerzo de rotura del hormign a los 28 das utilizndose aqu un valor de 350 Kg/cm2 y fy es el esfuerzo de fluencia de las varillas de refuerzo en este caso igual a 4200 Kg/cm2.

6. REFERENCIA BIBLIOGRFICA

Artculos: publiespe.espe.edu.ec/academicas/memoria/.../puentes/atirantados CEINCI-ESPE Ing Pablo Caiza 2006 Retos en Puentes 2006, IngMsc. Pablo CaizaLibros: Puentes soportados por cables un futuro ilusionante Cable Stayed Bridges, Theory and Design, M.STroitsky, DSc 1997 Puentes atirantados orgenes, juventud, madurez y diseos recientes PUENTES ATIRANTADOS EN MADRID

Cdigos: AASHTO (LRFD) ASTM American Society of Civil Engineers (ASCE)

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