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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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
'ngineering, v +KK, n E, p. -H+%-H5.
Dos #antos D3 (-K! 7omportamento 'strutural de Pontes com
Protenso no '/tradorso. :esis de 3estrado, Departamento de
'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,
n F, v +, p. K%6.
Cimsing
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