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Puentes atirantados no convencionales : comportamiento estructural y criterios de diseño

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Descripción

Esta tesis doctoral estudia dos tipos estructurales no convencionales de puentes de tirantes: los puentes con atirantamiento inferior y los puentes con atirantamiento combinado superior-inferior. Hasta ahora, las clasificaciones de puentes presolicitados mediante tendones ubicados fuera del canto del tablero tan sólo contemplan dos tipologías: los puentes atirantados y los puentes con pretensado extradosado. Es decir, sólo consideran la posibilidad de que los tirantes estén colocados por encima del trasdós del tablero.


Características

  • ISBN: 9788489670686
  • Páginas: 256
  • Tamaño: 21x30
  • Edición:
  • Idioma: Español
  • Año: 2007

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Contenido Puentes atirantados no convencionales : comportamiento estructural y criterios de diseño

Esta tesis doctoral estudia dos tipos estructurales no convencionales de puentes de tirantes: los puentes con atirantamiento inferior y los puentes con atirantamiento combinado superior-inferior. Hasta ahora, las clasificaciones de puentes presolicitados mediante tendones ubicados fuera del canto del tablero tan sólo contemplan dos tipologías: los puentes atirantados y los puentes con pretensado extradosado. Es decir, sólo consideran la posibilidad de que los tirantes estén colocados por encima del trasdós del tablero. Sin embargo, existen ya al menos una quincena de puentes construidos con atirantamiento inferior y, al menos, media docena de puentes con atirantamiento combinado. En los puentes con atirantamiento inferior, los tirantes discurren con un trazado poligonal bajo el intradós del tablero, están autoanclados en el propio tablero en las secciones de apoyo en pila y desviados mediante puntales que, trabajando a compresión, introducen las fuerzas de desviación de los tirantes en el tablero. Mediante la presolicitación de los tirantes se pueden compensar las cargas permanentes de peso propio y carga muerta, reduciendo muy significativamente las flexiones en el tablero en estado permanente y potenciando el trabajo mediante tracción de tirantes y compresión de los puntales y del tablero. Además, en la medida en la que el sistema de atirantamiento inferior es eficaz frente a sobrecarga, también se reducen las flexiones en el tablero con respecto a soluciones sin tirantes, resistiendo una fracción muy importante de la sobrecarga de uso mediante la tracción de los tirantes y la compresión de los puntales y del tablero. En los puentes con atirantamiento combinado, los tirantes discurren tanto por encima del trasdós como por debajo del intradós del tablero. Cuando el trazado discurre por encima del trasdós, los tirantes se desvían mediante los pilónos que llevan la fuerza de desviación directamente a los apoyos, mientras que cuando los tirantes discurren bajo el intradós del tablero tienen un trazado poligonal desviado mediante puntales que, trabajando a compresión, introducen las fuerzas de desviación de los tirantes en el tablero. Al igual que en el esquema anterior, mediante la presolicitación de los tirantes se compensan las cargas permanentes de peso propio y carga muerta, reduciendo las flexiones en el tablero y potenciando el trabajo mediante tracción de los tirantes y compresión de los puntales, los pilónos y el tablero. Además, en la medida en que el sistema de atirantamiento combinado también es eficaz frente a sobrecarga, se reducen las flexiones en el tablero con respecto a las que habría en un puente sin tirantes resistiendo una fracción muy importante de la sobrecarga de uso mediante la tracción de los tirantes y la compresión de los puntales, los pilónos y el tablero. Primeramente, se han analizado los parámetros que determinan la respuesta de la estructura, se ha definido un parámetro adimensional que gobierna el comportamiento de la misma y que determina si se potencia el comportamiento por tracción-compresión o, por el contrario, domina el comportamiento mediante flexión del tablero. Se ha determinado asimismo un parámetro que permite cuantificar el grado de eficacia del sistema de atirantamiento frente a sobrecarga de uso. Este estudio se centra en la aplicación del atirantamiento no convencional a los puentes de carretera de luces medias, de en torno a los 40 metros, con tableros de hormigón pretensado. Aunque los dos puentes más grandes construidos con atirantamiento inferior y con atirantamiento combinado son metálicos, hemos elegido centrar el estudio en este tipo de puentes con tableros de hormigón pretensado tras haber constatado que mediante el atirantamiento no convencional se puede duplicar el rango de luces medias, de 40 a 80 metros, y se pueden diseñar estructuras con unas grandes posibilidades constructivas. Entre otras, cabe destacar que se amplia el rango de luces en el que se puede aplicar la construcción prefabricada mediante elementos longitudinales y el rango de luces en el que se pueden construir viaductos mediante cimbras autoportantes y autolanzables. Además, se llega a reducir el coste frente a soluciones convencionales. Se han estudiado puentes con atirantamiento inferior y atirantamiento combinado de un vano, de dos vanos, de tres vanos y viaductos continuos de múltiples vanos, con distintas configuraciones de tirantes en cada uno de los casos, todos ellos con luces de 80 metros. Asimismo, se ha estudiado la aplicación del atirantamiento no convencional para la supresión de pilas en viaductos de luces medias de 40 metros, tanto de pilas centrales como de pilas extremas próximas a los estribos, originando vanos con luces descompensadas del entorno de los 80 metros. En cada puente, se ha estudiado su comportamiento estructural en estado permanente, la redistribución de esfuerzos por acciones diferidas, la respuesta estática y dinámica frente a sobrecarga de uso y la respuesta frente a la acción térmica. Se han verificado los distintos estados límite y se han establecido criterios de diseño aplicables al proyecto. Aunque el estudio se ha centrado en puentes de carretera con luces principales de 80 metros, no hemos perdido de vista en el desarrollo de todo el trabajo la aplicación de estas tipologías a otras luces y otros materiales, de manera que muchos de los criterios que aquí se exponen y todos los grandes conceptos son aplicables con carácter general a cualquier luz y a cualquier material. Las conclusiones que se recogen del presente estudio ponen de manifiesto que el hecho de que se hayan construido poco más de una veintena de puentes con estas tipologías en todo el mundo responde al desconocimiento de las posibilidades que ofrece esta tipología por parte de una gran mayoría de los ingenieros estructurales y al hecho de que no existen, o no se han publicado, estudios previos completos y sistemáticos sobre el comportamiento de estos puentes. Su eficiente comportamiento estructural, sus posibilidades constructivas, su economía e, incluso, los valores estéticos y formales hacen de los puentes con atirantamiento inferior y con atirantamiento combinado serios competidores frente a soluciones convencionales. Tras la revisión del estado del conocimiento sobre el particular, creemos que las principales aportaciones originales de este trabajo de investigación son, además de un estudio sistemático y riguroso de las bases de proyecto de este tipo de estructuras, la aportación de nuevos esquemas estructurales que se añaden a los utilizados por las pocas realizaciones existentes; el análisis sistemático de la respuesta lineal y no lineal de los mismos frente a acciones directas e indirectas de carácter estático que permite conformar criterios de diseño; la puesta de manifiesto de la necesidad de evaluar, de modo sistemático, la respuesta dinámica de este tipo de puentes frente a las sobrecargas de uso, -aspecto éste en el que estas estructuras son muy sensibles- así como la rotura accidental de tirantes; la realización de varios estudios paramétricos llevados a cabo sobre la influencia de distintas variables,- número de puntales, esquemas isostáticos y continuos, tipos de atirantamiento , combinación de los mismos,- que permiten dar criterios de proyecto; las ideas constructivas que posibilitan extender el rango de luces a la prefabricación de tableros de puente empleando estos esquemas estáticos, así como el planteamiento, también sistemático, de la utilización de estas formas de atirantamiento para suprimir pilas en vanos centrales o laterales.

ÍNDICE
 
CAPÍTULO 1  INTRODUCCIÓN  

CAPÍTULO 2  OBJETIVOS Y ESTRUCTURA DE LA TESIS DOCTORAL  

CAPÍTULO 3  ESTADO DEL ARTE  

3.1.-Retazos históricos sobre la presolicitación de puentes  
3.2.-Puentes presolicitados mediante tendones  
3.3.-Puentes de tirantes de configuraciones no convencionales. Realizaciones  
3.3.1.-Puentes con atirantamiento inferior  
3.3.1.1.-Viaducto de Weitingen, sobre el río Neckar, Alemania (1978)  
3.3.1.2.-Pasarelas de Gut Marienhof, Dietersheim, Alemania (1987)  
3.3.1.3.-Paso Superior de Truc de la Fare, Francia (1993)  
3.3.1.4.-Viaducto de Osormort, España (1995)  
3.3.1.5.-Pasarela de Jumet. Bélgica (1998)  
3.3.1.6.-PuentedeLosadel Obispo, España (1998)  
3.3.1.7.-Pasarela del "Tobu Recreation Resort", Japón (1998)  
3.3.1.8.-Puente de Glacis en Ingolstadt, Alemania (1998)  
3.3.1.9.-Pasarela del mirador de Weil am Rhein, Alemania (1999)  
3.3.1.10.-Puente de Takehana, Japón (2000)  
3.3.1.11.-Pasarela Morino-wakuwaku-hashi, Japón (2001)  
3.3.1.12.-Pasarela sobre el río Numedalslagen. Noruega (2002)  
3.3.1.13.-Pasarela de Spinningfields, Manchester, Reino Unido (2004)  
3.3.1.14.-Viaducto de Meaux. Francia (2004)  
3.3.1.15.-PasarelaBercy-Tolbiac, París, Francia (2004-2006)  
3.3.2.-Puentes con atirantamiento combinado superior e inferior  
3.3.2.1.-Viaducto sobre el río Obere Argén. Badén-Württemberg, Alemania (1991)
3.3.2.2.-Pasarela del Miho Museum. Japón (1997)  
3.3.2.3.-Pasarela de Waschhaussteg, Lübzs, Alemania (1998)  
3.3.2.4.-Pasarela de Hiyoshi. Kyoto, Japón (1998)  
3.3.2.5.-Puente de acceso al Corte Inglés de Sanchinarro, España (2003)  
3.3.2.6.-Pasarela de la estación de Montabaur, Alemania (2003)  
3.4.-Puentes de tirantes de configuraciones no convencionales. Proyectos y Propuestas no construidos  
3.4.1.-Puentes con atirantamiento inferior  
3.4.1.1.-Puente de ferrocarril en Munich, Alemania (1982)  
3.4.1.2.-Paso superior de Kirchheim, Alemania (1987)  
3.4.1.3.-Propuesta de Christian Menn para un viaducto (1987)  
3.4.1.4.-Puente de Kámpfelbach, Alemania (1989)  
3.4.1.5.-Puente de Schornbachtal, Alemania (1989)  
3.4.1.6.-Propuesta Zubi. Puente sobre el Vinalopó, España (1990)  
3.4.1.7.-Propuesta para el viaducto de Millau, Francia (1994)  
3.4.1.8.-Pasarela de Graz, Austria (1996)  
3.5.-Investigaciones realizadas sobre puentes de tirantes no convencionales  
3.5.1.-Investigación en la ETH, Zürich, Suiza  
3.5.2.-Investigación en la Universidad de Stuttgart, Alemania  
3.5.3.-Investigación en la Universidad de Leipzig, Alemania  
3.5.4.-Investigación en el Instituto Federal Suizo de Tecnología, Lausanne, Suiza  3.5.5.-Investigación en la Universidad de Nihon, Japón  
3.6.-Problemática específica de los puentes de tirantes no convencionales  
3.6.1.-Resistenciaafatigade los anclajes de tendones  
3.6.1.1.- Anclajes convencionales depretensado exterior  
3.6.1.2.- Anclajes de puentes atirantados  
3.6.2.-Verificación del ELS de Vibraciones  
3.6.2.1.-Respuesta humana frente a las vibraciones  
3.6.2.2.-Criterios de Verificación del ELS de Vibraciones  
3.6.3.-Situación accidental de rotura de un tirante  
3.6.4.-Coeficientes parciales en ELU para puentes de tirantes  
3.6.5.-Construcción  
3.6.5.1.-Tendencias actuales en la construcción de puentes  

CAPÍTULO 4 BASES DEL ESTUDIO Y ALCANCE DE LAS SOLUCIONES CONSIDERADAS  

4.1 .-Materiales  
4.2.-Acciones  
4.2.1 .-Acciones permanentes  
4.2.1.1.-Peso propio  
4.2.1.2.-Carga muerta  
4.2.1.3.-Pretensado  
4.2.1.4.-Atirantado  
4.2.2.-Acciones diferidas  
4.2.2.1.-Retracción  
4.2.2.2.-Fluencia  
4.2.2.3.-Relajación del acero del pretensado interno  
4.2.2.4.-Relajación del acero de los tirantes  
4.2.3.-Sobrecarga de uso  
4.2.3.1.-Acción estática  
4.2.3.2.-Acción dinámica  
4.2.4.-Temperatura  
4.2.4.1.-Acciones térmicas consideradas  
4.2.4.2.-Situaciones térmicas: Combinaciones de acciones térmicas  
4.2.5.-Rotura accidental de tendones  
4.3.-Evaluación de la respuesta de la estructura frente a las acciones consideradas  
4.3.1.-Programa de cálculo electrónico empleado  
4.3.2.-Respuesta frente a acciones permanentes a tiempo cero  
4.3.3.-Respuesta frente a acciones permanentes a tiempo infinito  
4.3.4.-Respuesta frente a la sobrecarga de uso  
4.3.4.1.-Acción estática  
4.3.4.2.-Acción dinámica  
4.3.5.-Respuesta frente a la temperatura  
4.3.6.-Respuesta ante la no linealidad mecánica y geométrica  
4.3.6.1.-Influenciadelano linealidad mecánica  
4.3.6.2.-Influencia de la no linealidad geométrica  
4.3.7.-Respuesta frente a la rotura accidental de tendones  
4.4.-Verificación de Estados límite  
4.4.1.-Estados límite de servicio  
4.4.1.1.-Estado Límite de Descompresión  
4.4.1.2.-Estado Límite de Fisuración Controlada  
4.4.1.3.-Estado Límite de Fisuración por Compresión  
4.4.1.4.-Estado Límite de Vibraciones  
4.4.2.-Estados límite últimos  
4.4.2.1.-Estados límite últimos considerados  
4.4.2.2.-Formato de seguridad empleado  
4.5.-Aproximación al coste de las soluciones  
4.5.1.-Unidades de obra valoradas cuantitativamente  
4.5.2.-Unidades de obra valoradas cualitativamente  
4.6.-Análisis previos para la determinación del ámbito del estudio  
4.6.1-Parámetros que gobiernan la respuesta estructural de un puente con atirantamiento inferior  
4.6.1.1.-Puente con atirantamiento inferior con un puntal  
4.6.1.1.1.- Parámetro adimensional que rige el comportamiento  
4.6.1.1.2.- Respuesta estructural en función del parámetro adimensional  
4.6.1.2.-Puente con atirantamiento inferior con múltiples puntales  
4.6.1.2.1.- Parámetro adimensional que rige el comportamiento  
4.6.1.2.2.- Respuesta estructural en función del parámetro adimensional  
4.6.1.3.-Puente con atirantamiento inferior. Caso General  
4.6.1.3.1.- Parámetro adimensional que rige el comportamiento  
4.6.1.3.2.- Respuesta estructural en función del parámetro adimensional  
4.6.2.-Análisis paramétricos previos  
4.6.2.1.- Análisis para determinar el rango de luces de aplicación de las soluciones de un solo vano con atirantamiento inferior y con pretensado intradosal  
4.6.2.2.- Análisis para determinar otros parámetros geométricos y grados de presolicitación  
4.6.3.-Conclusiones de los estudios previos  
4.7.-Tipos estructurales considerados en este trabajo  
4.7.1.-Consideraciones generales acerca de lo distintos elementos estructurales que conforman el puente  
4.7.1.1.-Tablero  
4.7.1.2.-Pilónos  
4.7.1.3.-Tirantes  
4.7.1.4.-Puntales  
4.7.1.5.-Contrapesos  
4.7.2.-Tipos estructurales estudiados  

CAPÍTULO 5 PUENTES DE UN SOLO VANO  

5.1.-Puentes pretensados convencionales  
5.2.-Puentes con atirantamiento inferior  
5.2.1.-Puentes con atirantamiento inferior con un puntal  
5.2.2.-Puentes con atirantamiento inferior con dos puntales  
5.2.3.-Puentes con atirantamiento inferior con múltiples puntales  
5.3.-Puentes con atirantamiento combinado superior e inferior  
5.3.1.-Puentes con atirantamiento combinado  
5.3.2.-Puentes con atirantamiento combinado con pilónos inclinados  
5.4.-Análisis comparativo de las soluciones adoptadas y elección de la solución o soluciones  más adecuadas  
5.5.-Respuestano lineal  
5.5.1.-No linealidad geométrica y mecánica en Puentes con atirantamiento inferior con dos puntales  
5.5.2.- No linealidad geométrica y mecánica en Puentes con atirantamiento inferior con múltiples puntales  
5.6.-Rotura accidental de tirantes. Comportamiento dinámico  
5.6.1.-Rotura de tirantes en Puentes con atirantamiento inferior con dos puntales
5.6.2.-Rotura de tirantes en Puentes con atirantamiento inferior con múltiples puntales  
5.7.-Criterios de diseño aplicables al proyecto de puentes de un solo vano con atirantamiento no convencional  
5.7.1.-Puentes con atirantamiento inferior  
5.7.2.-Puentes con atirantamiento combinado  

CAPÍTULO 6 PUENTES CONTINUOS DE MÚLTIPLES VANOS  

6.1.-Puentes pretensados convencionales  
6.2.-Puentes con atirantamiento inferior  
6.2.1.-Puentes con atirantamiento inferior con un puntal  
6.2.2.-Puentes con atirantamiento inferior con dos puntales  
6.3.-Puentes con atirantamiento combinado superior e inferior  
6.3.1.-Puentes con atirantamiento combinado con tendones pasantes  
6.3.2.-Puentes con atirantamiento combinado con tendones anclados  
6.4.-Análisis comparativo de las soluciones adoptadas y elección de la más adecuada  
6.5.-Criterios de diseño aplicables al proyecto de puentes continuos con atirantamiento no convencional  
6.5.1.-Puentes continuos con atirantamiento inferior  
6.5.2.-Puentes semicontinuos con atirantamiento inferior  
6.5.3.-Puentes continuos con atirantamiento combinado  

CAPÍTULO 7 PUENTES DE DOS VANOS  

7.1.-Introducción  
7.2.-Puentes con atirantamiento combinado  
7.2.1.-Puentes con atirantamiento combinado con tendones anclados  
7.3.-Criterios de diseño aplicables al proyecto de puentes de dos vanos con atirantamiento no convencional  

CAPÍTULO 8 PUENTES DE TRES VANOS  

8.1.-Introducción  
8.2.-Puentes con atirantamiento combinado  
8.2.1.-Puentes con atirantamiento combinado con tendones pasantes  
8.2.2.-Puentes con atirantamiento combinado con tendones anclados  
8.3.-Análisis comparativo de las soluciones adoptadas y elección de la más adecuada  
8.4.-Criterios de diseño aplicables al proyecto de puentes de tres vanos con atirantamiento no convencional  
8.4.1.-Puentes continuos con atirantamiento inferior  
8.4.2.-Puentes con atirantamiento combinado  

CAPÍTULO 9 SUPRESIÓN DE UNA PILA CENTRAL EN UN VIADUCTO  

9.1.-Introducción  
9.2.-Supresión de una pila central mediante atirantamiento inferior  
9.2.1.-Supresión mediante atirantamiento inferior con un puntal  
9.2.2.-Supresión mediante atirantamiento inferior con dos puntales  
9.2.3.-Supresión mediante atirantamiento inferior creando un vano independiente 

9.3.-Supresión de una pila central mediante atirantamiento combinado  
9.3.1.-Supresión mediante atirantamiento combinado pasante  
9.4.-Análisis comparativo de las soluciones adoptadas y elección de la más adecuada  
9.5.-Criterios de diseño aplicables al proyecto de puentes en los que se ha suprimido una pila central mediante el atirantamiento no convencional  
9.5.1.-Supresión mediante la disposición de un atirantamiento intradosal manteniendo la continuidad del tablero  
9.5.2.-Supresión mediante la disposición de un vano con atirantamiento intradosal y dos viaductos de acceso independientes  
9.5.3.-Supresión mediante la disposición de un atirantamiento combinado manteniendo la continuidad del tablero  

CAPÍTULO 10 SUPRESIÓN DE LA PILA EXTREMA DE UN VIADUCTO  

10.1.-Introducción  
10.2.-Supresión de una pila extrema mediante atirantamiento inferior  
10.2.l.-Supresión mediante atirantamiento inferior con un puntal  
10.3.-Supresión de una pila extrema mediante atirantamiento combinado  
10.3.l.-Supresión mediante atirantamiento combinado con el pilono sobre la pila  
10.3.2.-Supresión mediante atirantamiento combinado con el pilono sobre el estribo  
10.4.-Análisis comparativo de las soluciones adoptadas y elección de la más adecuada  
10.5.- Criterios de diseño aplicables al proyecto de puentes en los que se ha suprimido una pila extrema mediante el atirantamiento no convencional  
10.5.l.-Supresión mediante la disposición de un atirantamiento intradosal manteniendo la continuidad del tablero  
10.5.2.-Supresión mediante la disposición de un atirantamiento combinado manteniendo la continuidad del tablero  

CAPÍTULO 11 RESUMEN, CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN  

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS  

ANEJO I  PUENTES CON ATIRANTAMIENTO INFERIOR CON UN PUNTAL ESTUDIO PARAMÉTRICO  
ANEJO II  RESPUESTA NO LINEAL GEOMÉTRICA EN PUENTES ATIRANTADOS  INFERIORMENTE Y EN PUENTES COLGANTES  
ANEJO III SOBRE EL VALOR DE LOS COEFICIENTES DE AMPLIFICACIÓN DINÁMICA

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