Graduation Thesis Berrocal

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN Versión Revisada y Acortada para la Publicación en www.network-arch.com

LOURDES BERROCAL DEL AGUA SEPTIEMBRE DE 2006

ÍNDICE Contenidos

Página

Agradecimientos

x

1.-Puentes arco 1.1.- La idea del arco 1.2.- Estructura de los puentes arco 1.3.- Clasificación de los puentes arco 1.4.- Puentes arco con tablero inferior. 1.4.1.-Puentes arco con tablero inferior en España. 1.5.- Puentes tipo Nielsen. 1.5.1.- Puentes tipo Nielsen en el mundo 1.5.2.- Puentes tipo Nielsen en España.

1 2 2 9 5 6 15 15 19

2.- Puentes arco tipo network 2.1.- ¿Qué es un puente arco tipo network? 2.2.- Elementos de un arco network. 2.2.1.- El arco. 2.2.2.- Las péndolas. 2.2.3.- El tablero. 2.2.4.- Arriostramiento superior. 2.3.- Ventajas en el comportamiento estructural. 2.3.1.-Comparación de los arcos tipo network con los arcos con péndolas verticales 2.3.2.- Características de un arco tipo network óptimo 2.4.- Puentes arco network proyectados. 2.5.- Proyectos actuales de puentes arco network

20 21 21 21 21 22 23 23

3.-Bibliografía

48

25 28 29 39

I

AGRADECIMIENTOS

Quisiera agradecer a Frank Schanack sus explicaciones y aclaraciones de las dudas que me han surgido en la elaboración de este trabajo, con gran interés y disposición.

x

1.- PUENTES ARCO

1.- PUENTES ARCO

1.1.- LA IDEA DEL ARCO El arco es una estructura que gracias a su forma, resiste las cargas que actúan sobre él, mediante un mecanismo resistente donde predominan las compresiones (Leonardo Fernández Troyano [12]). El arco ha sido durante toda la historia de la construcción la estructura resistente por excelencia. Su resistencia se debe a su forma, o lo que es lo mismo, es geometría hecha estructura resistente. El arco es un invento humano que se remonta a las culturas mesopotámicas y todo su desarrollo se ha hecho a partir de ellos, por comunicación entre las diferentes culturas que lo han utilizado. Pero, como ocurre con todas las estructuras, existe un desfase en el tiempo desde las primeras construcciones hasta los conocimientos teóricos del arco, en la Edad Moderna. En la primera definición del arco, del siglo I antes de Cristo, Varron expresaba “en una estructura de arco tanto está soportada la parte derecha sobre la izquierda, como ésta sobre aquella”. Más adelante, Leonardo da Vinci lo definía de la siguiente manera “ el arco es una fortaleza causada por dos debilidades ... está compuesto de dos cuartos de círculo, cada uno debilísimo por si tiende a caerse y de esta forma se oponen a la misma el uno del otro, las dos debilidades se convierten en una única fortaleza”. 1.2.- ESTRUCTURA DE LOS PUENTES ARCO El arco es una estructura resistente que, gracias a su forma, salva una determinada luz mediante una pieza lineal curva o poligonal, sometida básicamente a esfuerzos de compresión, evitando los esfuerzos de flexión o reduciéndolos a valores poco significativos en su comportamiento resistente. Es por tanto la estructura más adecuada para los materiales aptos para resistir compresiones, porque en él las tracciones se pueden evitar o reducir al mínimo. Para conseguir este comportamiento resistente basado en las compresiones, la forma del arco debe coincidir, o aproximarse en lo posible, a la línea generada por la trayectoria de una de las posibles composiciones de las fuerzas que actúan sobre él, es decir, a una línea antifunicular del sistema de estas fuerzas (Leonardo Fernández Troyano [12]). POLÍGONO DE VARIGNON

F1

R1

F2

F3 R2 F4

2 Trabajo de Investigación

Lourdes Berrocal del Agua

1.- PUENTES ARCO

R2 POLÍGONO FUNICULAR

R1 F4

F1

F3 F2

F2 F3

F1

F4 -R1

POLÍGONO ANTIFUNICULAR -R2

La línea antifunicular es la inversa de la línea funicular, forma que adopta un hilo flexible cuando se le aplica un sistema de fuerzas. Por ello, para cada sistema de fuerzas, habrá infinitas líneas funiculares, una por cada longitud diferente del hilo. Los extremos del arco, por condiciones de equilibrio del antifunicular de las cargas, deben ser inclinados, y por tanto las fuerzas que se transmiten a los apoyos son igualmente inclinadas. Esto quiere decir que los apoyos del arco, no sólo deben coaccionarlo verticalmente como se requiere en una viga, sino que necesitan también una coacción horizontal, condición básica para que el efecto arco se produzca. Si no hay coacción horizontal se tendrá una viga curva, no un arco. Las principales cualidades del arco son consecuencia de su comportamiento resistente : 1) La ausencia de tracciones que permite construir arcos con materiales que no resisten tracciones. 2) El arco aspira a trabajar de la forma ideal, que es mediante esfuerzos axiles únicamente, evitando las flexiones, lo que permite reducir al máximo la cantidad de materia que necesita la estructura.



1.- PUENTES ARCO

El arco deberá tener forma poligonal si sobre él actúan fuerzas aisladas, o forma curva si las fuerzas son continuas; es por tanto una estructura cuya forma, la línea antifunicular, es consecuencia directa de su función resistente. Al estudiar la directriz del arco de un puente, hay que tener en cuenta que el sistema de cargas es variable porque los vehículos se mueven a lo largo de él. Por ello su directriz no puede coincidir con la línea antifunicular de todos los estados de carga teórica porque ésta varía entre dos envolventes extremas y ello hace imposible en los arcos anular las flexiones para cualquier estado de carga. La magnitud de las flexiones será función de la relación carga de tráfico / carga permanente porque las debidas a la carga permanente se pueden anular, al ser una carga fija. 3) La necesidad de una coacción horizontal sobre los apoyos. Esta coacción horizontal da lugar a unas reacciones horizontales, que requieren un buen terreno de cimentación para que pueda soportar estas acciones. La transmisión de los empujes horizontales ha sido siempre uno de las mayores dificultades de la estructura arco en general y de los puentes arco en particular, porque en muchos emplazamientos, si el terreno es malo, es imposible utilizar esta estructura, o resulta excesivamente costosa. La falta de buen terreno de cimentación ha sido la causa de gran parte de los fracasos que ha habido en los puentes arco.

1.3.- CLASIFICACIÓN DE LOS PUENTES ARCO Desde el punto de vista de los materiales, las combinaciones más habituales son: 1) Arco y tablero de hormigón. 2) Arco y tablero de construcción mixta. 3) Arco metálico y tablero mixto. Desde el punto de vista de su morfología, el puente arco se divide en tres categorías: 1) Puente arco con tablero superior. 2) Puente arco con tablero intermedio. 3) Puente arco con tablero inferior. Clasificación de Javier Manterola [11. Tomo I]. Dentro de clasificación desde el punto de vista de la morfología, en la primera categoría, la transmisión de carga entre arco y tablero se realiza por pilares. En la tercera por tirantes y en el arco con tablero intermedio, una zona lo realiza por tirantes y otra por pilares. La situación relativa entre arco y tablero viene establecida por la relación flecha – luz. A partir de valores de esta relación de 1/8 a 1/10, los problemas derivados de las deformaciones de temperatura, fluencia y retracción, o de los asientos de los apoyos, son cada vez mayores. El arco con tablero inferior o con tablero intermedio son la respuesta a aquellos casos en los que la distancia entre el apoyo del arco y la vía de tráfico resulta muy pequeña. 4 Trabajo de Investigación


1.- PUENTES ARCO

Dado que este trabajo analiza los puentes arco network, un tipo especial de puentes arco con tablero inferior, se estudian únicamente los puentes de esta categoría. 1.4.- PUENTES ARCO CON TABLERO INFERIOR El puente de tablero inferior, que se puede llamar también arco superior, tiene el tablero a la altura de los arranques del arco. Esta disposición permite evitar uno de los inconvenientes mayores de los arcos, que es la transmisión de fuerzas horizontales al terreno; para ello se solidarizan el arco y el tablero, y éste sirve de tirante al arco, resistiendo las fuerzas horizontales de sus extremos mediante una tracción en él. El nombre anglosajón de este sistema es bowstring o tied arch; se ha utilizado con mucha frecuencia en puentes de uno o varios vanos, con pilas y cimientos iguales a los de un puente viga, porque las cargas que un arco bowstring transmite a las pilas son análogas a las de una viga simplemente apoyada de la misma luz. El tablero se cuelga generalmente del arco mediante péndolas, que son elementos a tracción, y por ello no necesitan rigidez; en la mayoría de los puentes se hacen con cables. La manera más habitual en que se ha resuelto transversalmente el puente arco, ha sido la disposición de dos planos de resistencia, con sus arcos y pilares o tirantes correspondientes, que recogen una porción de carga, situada excéntricamente en el tablero, en proporción inversa a su distancia a cada uno de los dos planos. En puentes arco con tablero inferior se multiplica la variedad de disposiciones relativas entre arco y tablero. Puede disponerse un único arco centrado en el tablero o dos o más planos de arcos, paralelos o tumbados uno sobre el otro. Los materiales empleados en este tipo de puentes han variado. Podemos encontrarlos tanto de hormigón como de acero o mixtos.



1.- PUENTES ARCO

1.4.1.- Puentes arco con tablero inferior en España A continuación se presentan algunos de los puentes arco con tablero inferior construidos en España.

Puente de Bach de Roda - Felipe II Situación: Barcelona. Fecha de construcción: 1985 – 1987. Proyectista: Santiago Calatrava. Luz principal: 48 m.



1.- PUENTES ARCO

Puente de la Barqueta Situación: Sevilla. Fecha de construcción: 1988. Proyectistas: APIA XXI. Luz principal: 165 m. Anchura: 30 m. Premiado en 1993 con el Premio de la Convención Europea de la Construcción Metálica.



1.- PUENTES ARCO

Puente de Lusitania Situación: Mérida. Fecha de construcción: 1988 – 1991. Proyectista: Santiago Calatrava. Luz principal: 189 m. Anchura: 42 m.

Pasarela la Devesa Situación: Ripoll. Fecha de construcción: 1989 – 1991. Luz principal : 44 m. Proyectista: Santiago Calatrava.



1.- PUENTES ARCO

Puente del Puerto Situación: Ondarroa, País Vasco. Fecha de construcción: 1989 – 1995. Proyectista: Santiago Calatrava. Longitud: 71,5 m.

Puente de Alcantarilla sobre el río Segura Situación: Alcantarilla, Murcia. Fecha de construcción: 1991. Proyectista: Carlos Fernández Casado, S.L. Luz principal: 64 m. Longitud total: 656 m. Materiales: hormigón.



1.- PUENTES ARCO

Pasarela en Plentzia Situación: Plentzia, País Vasco. Fecha de construcción: 1991 – 1992. Proyectistas: Carlos Fernández Casado, S.L. Luz: 117,6 m. Anchura: 10 m. Materiales: toda la estructura es metálica, salvo el tablero que es mixto.



1.- PUENTES ARCO

Puente de las Oblatas Situación: Pamplona. Fecha de construcción: 1992. Proyectista: APIA XXI. Luz principal: 50 m. Anchura: 27,60 m.



1.- PUENTES ARCO

Pasarela Campo Volantín Situación: Bilbao. Fecha de construcción: 1994. Proyectista: Santiago Calatrava. Luz principal: 75 m.



1.- PUENTES ARCO

Puente de la Alameda Situación: sobre el cauce del río Turia, Valencia. Fecha de construcción: 1991 – 1995. Proyectista: Santiago Calatrava. Luz principal: 130 m. Anchura: 14 m.

Viaducto del Barrial Situación: Madrid. Fecha de construcción: 1999. Proyectista: APIA XXI. Luz principal: 90 m.



1.- PUENTES ARCO

Puente sobre el río Ebro en Logroño Situación: Logroño. Fecha de construcción: 2003. Proyectista: Carlos Fernández Casado, S.L. Luz: 140 m.

Puente al Tercer Milenio Situación: Zaragoza. Fecha de construcción: actualmente se encuentra en fase de construcción. Proyectista: Arenas y Asociados. Luz: 216 m.



1.- PUENTES ARCO

1.5.- PUENTES TIPO NIELSEN El ingeniero Octavius F. Nielsen, en el segundo cuarto del siglo XX creó un sistema para dar rigidez a la unión arco-tablero en los arcos intermedios o superiores. Consiste en inclinar las péndolas en dos direcciones simétricas respecto de la vertical de forma que se crea una celosía que mejora significativamente la colaboración arco-tablero para cargas concentradas o disimétricas, y por ello permite disminuir sensiblemente las dimensiones de estos dos elementos (Leonardo Fernández Troyano [12]). En el año 1926, O. F. Nielsen patentó los arcos atirantados con tirantes inclinados. En Suecia se construyeron sesenta puentes de este tipo, aproximadamente [1]. En el sistema Nielsen aparecen esfuerzos alternativos de compresión y tracción en las péndolas extremas y por ello es necesario, o bien pretensarlas, o bien no contar con ellas cuando teóricamente hayan aparecido compresiones. 1.5.1.- Puentes tipo Nielsen en el mundo Puente Shinfukuzaki Situación: Japón. Año de construcción: 1966. Luz: 58 m. Anchura: 18,5 m. Uso: puente de carretera.



1.- PUENTES ARCO

Puente Beneckeallee Situación: Hannover, Alemania. Año de construcción: 1995. Luz: 63 m. Anchura: 21 m. Uso: puente de carretera.



1.- PUENTES ARCO

Puente Osaka Monorraíl Yodogawa Situación: Osaka, Japón. Año de construcción: 1997. Luz: cinco vanos, cada uno de ellos de 106 m. Uso: puente ferroviario.

Puente Nakanoseto Situación: Ohsaki-Shimojima, Japón. Año de construcción: 1998. Luz: 251 m.



1.- PUENTES ARCO

Puente New Main Situación: Sulzbach, Alemania. Año de construcción: 2000. Proyectista: Schöming-Plan Gmbh, Kleinostheim. Luz: 150 m. Anchura: 7 m. Uso: puente de carretera.

Puente Nordring Situación: Marktheidenfeld, Alemania. Año de construcción: 2002. Luz: 135 m. Uso: puente de carretera.



1.- PUENTES ARCO

1.5.2.- Puentes tipo Nielsen en España Puente Portal de Castilla - Vitoria Situación: Vitoria. Fecha de construcción: 1994. Proyectista: Carlos Fernández Casado, S.L Luz: 64 m. Uso: puente de ferrocarril. Materiales: el tablero es de hormigón pretensado.



2.- PUENTES ARCO TIPO NETWORK


2.1.- ¿QUÉ ES UN PUENTE ARCO TIPO NETWORK? Per Tveit inventó los puentes arco tipo network en 1955 ( Per Tveit [3]). Él los define como aquellos puentes con péndolas inclinadas en los cuales las péndolas son interceptadas por otras péndolas en al menos dos ocasiones. Este tipo de puentes son muy rígidos y por este motivo pueden ser empleados en puentes ferroviarios. 2.2.- ELEMENTOS DE UN ARCO NETWORK 2.2.1.- El arco a) Forma: Se recomienda que los arcos sean de directriz circular porque, al tener curvatura constante, es más fácil su construcción. La flecha del arco, altura de la clave sobre los apoyos, se limita principalmente por razones estéticas. Per Tveit recomienda valores de flecha alrededor del 15 % de la luz del arco. En el caso de los puentes japoneses con arco network se han utilizado flechas que oscilan entre el 14 % y el 17 % de su luz (Per Tveit [3]). b) Materiales: Hasta 1950 casi todos los puentes arco con péndolas inclinadas se construían con arcos de hormigón. Así se aprovechaba el buen comportamiento del hormigón frente a los esfuerzos de compresión que aparecen en el arco. Después se comenzaron a construir arcos de acero, reduciéndose el coste de la cimbra y el tiempo de construcción. Per Tveit propuso emplear acero laminado para los arcos de puentes no muy anchos, con distancia entre arcos inferior a los 18 metros. Los arcos podrían ser perfiles en H o en U. De este modo se reduce la cantidad de soldaduras a realizar repercutiendo en el coste de la obra favorablemente. Sin embargo, esta solución no ha tenido una buena acogida ya que hasta este momento no se ha construido ningún arco con perfiles laminados. c) Comportamiento estructural: El arco se apoya en tramos de muy pequeña longitud por las péndolas. Solicitado casi exclusivamente por esfuerzos de compresión. Una gran parte del esfuerzo cortante la absorbe la componente vertical de la fuerza en el arco.

2.2.2.- Las péndolas a) Forma: Son barras de acero de diámetros menores de 100 mm. Para facilitar las labores de colocación, todas las péndolas deben tener la misma sección transversal. Así el número de detalles constructivos diferentes se reduce, abaratando el coste (Per Tveit [3]). b) Materiales. Las péndolas son de acero. En los puentes network se pueden aprovechar todas las ventajas de los aceros de alta resistencia (Per Tveit [3] página 40). 21 Trabajo de Investigación



c) Comportamiento estructural: Las péndolas se encargan del reparto de carga entre los cordones superior, el arco, e inferior, el tablero. Así, los momentos flectores en los cordones son muy pequeños. La variación del esfuerzo cortante es absorbida por las péndolas. Si se elige bien la distribución de las péndolas, el esfuerzo máximo en todas ellas es el mismo. d) Elección de la red de péndolas: Para unas condiciones determinadas, el número de péndolas necesario en un puente arco tipo network es mucho mayor que en un puente arco con péndolas verticales. El número adecuado de péndolas es una de las preguntas más importantes en el diseño de un puente network y debe ser estudiado con interés. Si se colocan muchas péndolas será más sencillo su recambio sin alterar el tráfico. Además, así será más difícil que la rotura de alguna de las péndolas por el choque de un vehículo ocasione daños graves. Si se elige una inclinación muy escarpada de las péndolas puede haber problemas de relajación. Y una inclinación demasiado pequeña aumenta la flexión producida por las cargas concentradas. Las uniones péndola-arco y péndola-tablero, los nodos, deben cumplir lo siguiente: - La distancia entre nodos en el arco será un valor único, es decir, los nodos se colocan equidistantes a lo largo del arco. Por lo tanto, la red de tirantes queda determinada con dos valores: la distancia entre nodos en el arco y el ángulo que forman los tirantes con la tangente al arco en cada punto (el mismo valor en todos los nodos). e) Relajación: Cuando alguna de las péndolas entra en relajación por carga asimétrica, el momento flector en los cordones aumenta y la resistencia al pandeo en el arco disminuye porque el apoyo del arco es menos rígido. Esto se ve compensado con la reducción de esfuerzo axil en el arco. Para estados límite últimos (ELU) se puede permitir que algunas de las péndolas se relajen debido a la carga sobre parte del vano. En estados límite de servicio (ELS) conviene que todas las péndolas estén en tensión. En el cruce de péndolas, se conectan para impedir oscilaciones. 2.2.3.- El tablero a) Materiales: Se pueden emplear tanto tableros de hormigón como metálicos o mixtos. b) Comportamiento estructural: La red de péndolas constituye un sistema de apoyos a lo largo del tablero que reduce la flexión longitudinal. La principal solicitación en el tablero es el esfuerzo axil. La flexión transversal es de mayor importancia que la flexión longitudinal. La rigidez de un tablero network es del orden de 1/15 de la rigidez de un puente arco con péndolas verticales (comparación entre el puente de Straubing, con péndolas verticales, y la propuesta network [3]).




c) Tipología: En el diseño de un puente arco tipo network óptimo una losa de hormigón constituye el tablero. Con tableros metálicos, aunque no sean el diseño óptimo, se obtienen otras ventajas como la rapidez de construcción y la reducción de material ( el peso total del puente se reduce a la mitad, comparando con un puente network con tablero de hormigón). Y los tableros mixtos son la solución intermedia de las dos anteriores ( Per Tveit [3]). Clasificación general atendiendo a la distancia entre arcos: 1) Para distancias entre arcos de hasta doce metros se pueden emplear tableros de hormigón. 2) Para distancias mayores puede ser necesario un pretensado transversal. 3) Distancias superiores a los dieciocho metros pueden necesitar vigas transversales metálicas que refuercen el tablero, que puede ser mixto. Pueden usarse hormigones de alta resistencia. La misión principal de las vigas de borde es dar cabida a las cargas concentradas debidas a las cargas de los tirantes y el pretensado longitudinal. El momento flector en la dirección transversal de la losa es generalmente mayor que el momento flector en la viga de borde. Por lo tanto el tablero de hormigón no necesita grandes vigas de borde. 2.2.4.- Arriostramiento superior Debido a la flexión transversal puede resultar necesario arriostrar los arcos o aumentar su sección transversal . Para distancias medias, resulta más económico arriostrar los arcos. Al aumentar la distancia entre los arcos resulta más económico aumentar la sección de los arcos. 2.3.- VENTAJAS EN EL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL Per Tveit explica las ventajas de los puentes arco tipo network a partir de un puente arco construido en Tailandia en 1942 ( Per Tveit [3] página 4), que se muestra en la siguiente figura. En este puente de hormigón las péndolas son barras de acero que no admiten compresiones. Para los materiales y cargas de aquella época este puente resultaba una estructura adecuada. Cuando las péndolas entran en tensión, el puente se comporta como una viga en celosía con pequeñas flexiones en los cordones superior, el arco, e inferior, el tablero.




Para las cargas y materiales actuales, muchas péndolas sufrirían relajación debido a la carga actuante sobre una parte del vano.

La sobrecarga actuando en parte del vano puede conducir a la relajación de las péndolas.

Esta tendencia a la relajación se puede corregir aumentando la distancia entre nodos. Sin embargo, así aumenta la flexión local en el tablero y disminuye la longitud de pandeo del arco.

Aumentando la distancia entre nodos rebajamos la tendencia a la relajación de las péndolas.

Entre los nodos del arco la tendencia será a desplazarse hacia arriba y entre los nodos del tablero será a desplazarse hacia abajo. Si colocamos una red de péndolas entre los nodos reducimos la longitud de pandeo y la flexión. Si añadimos más redes de péndolas acentuamos este efecto.

Puente arco con dos redes de péndolas.

Puente arco tipo network.




Una gran parte del esfuerzo cortante llega a los apoyos a través de la componente vertical de la fuerza en el arco. Mucha de la variación del esfuerzo cortante es absorbida por la variación de fuerza en las péndolas. Las péndolas distribuyen la carga entre el arco y el tablero de modo que sufran pequeñas flexiones. 2.3.1.- Comparación de los arcos tipo network con los arcos con péndolas verticales Los puentes arco tipo network están sometidos a flexiones mucho menores que los puentes arco con péndolas verticales. El puente se comporta como una viga simple con una gran rigidez y pocos movimientos verticales [3]. Ante cargas uniformemente distribuidas en toda la luz, el puente arco con péndolas verticales es la solución óptima. Las flexiones son pequeñas.

Arco con péndolas verticales, carga uniformemente distribuida.

Cuando la carga actúa en parte del puente, el arco intenta moverse hacia el lado contrario originando flexiones que tienen que ser soportadas por el arco y el tablero.

Arco con péndolas verticales, carga parcial.

Una inclinación de las péndolas puede prevenir los movimientos horizontales del arco.

Arco con péndolas inclinadas, carga parcial.




En los arcos network las péndolas inclinadas disminuyen los movimientos del arco, de modo que las flexiones son el resultado de cargas locales y el arco y el tablero están sometidos a esfuerzos axiles principalmente.

A continuación se comparan las líneas de influencia de dos puentes arco de 200 metros de longitud. La solución con péndolas verticales se construyó sobre el Danubio, en Bavaria, en 1977. Per Tveit diseñó el arco network para un congreso en Viena en el año 1980. El tablero del puente sobre el Danubio, Straubing, está formado por una losa ortótropa y vigas de borde. El del arco network es de hormigón y su rigidez es 1/15 que la del tablero del puente con péndolas verticales. Los dos arcos tienen aproximadamente la misma sección transversal y la misma rigidez.




Comparando las líneas de influencia del momento flector en el tablero se observa que la flexión en el tablero del arco network es de mucha menor importancia que en el arco con péndolas verticales. Por lo tanto, los arcos network necesitan secciones de dimensiones más reducidas repercutiendo favorablemente en el coste final. En este caso, las toneladas de acero empleadas en el arco con péndolas verticales es el doble que las del arco network. La reducción de acero en los puentes network ha sido objeto de estudio. En el año 2001 se comparó el acero necesario en puentes network con el que se utilizó en puentes arco con péndolas verticales construidos en Alemania.




Los puentes marcados con una N no llevan arriostramiento superior, entre los arcos. En el acero estructural se ha incluido el acero de pretensado. En la figura se indica la fecha de construcción de los puentes. La conclusión de este análisis es que los puentes network emplean mucho menos acero que el resto de puentes. También se comprobó que la armadura (reinforcement) necesaria en el tablero de los puentes network es menor que la que necesitan los puentes con tableros formados con vigas de acero bajo la losa de hormigón.

2.3.2.- Características de un arco tipo network óptimo Per Tveit resume las características de los arcos network optimizados en : 1) Estética. La esbeltez en los puentes está asociada a su embellecimiento y los puentes network se encuentran entre los más esbeltos 2) Momentos flectores de poca magnitud en el tablero y los arcos, debido a la rigidez que aporta la red de péndolas. 3) Todas las péndolas tienen la misma sección y su tensión se encuentra próxima a su máxima capacidad. 4) Pequeños esfuerzos de flexión debido a la corta distancia entre nodos en los arcos y el tablero. 5) Distancia entre péndolas que permita el uso de un cordón inferior temporal, que junto con el acero estructural conforma una estructura resistente para el montaje del puente. El cordón inferior temporal es una estructura metálica que se emplea en la construcción del puente. Cuando se emplea este sistema, se construye el puente fuera de su posición y después se traslada a ella. La losa de hormigón se coloca in situ y por este motivo se necesita una estructura auxiliar en el transporte, el cordón inferior temporal. Una vez en su posición, el puente no necesita el cordón 28 Trabajo de Investigación



inferior temporal, la losa de hormigón ya cumple su función, así que el cordón inferior temporal se puede retirar y emplear en la construcción de otros puentes. 6) La inclinación de las péndolas no debe provocar momentos flectores elevados en el conjunto tablero-arcos debido a la relajación de las péndolas. 7) No se recomienda el uso de vigas metálicas en el cordón inferior porque reducen la esbeltez del puente y encarecen el coste del tablero.

2.4.- PUENTES ARCO NETWORK PROYECTADOS A continuación se presentan algunos de los puentes network que se han construido. Los dos primeros, en Steinkjer y Boldstadstraumen (1963), tienen la particularidad de ser arcos network optimizados ( Per Tveit ), es decir, con tablero de hormigón pretensado. Y no es hasta el año 2004 cuando se realiza el siguiente puente network optimizado, sobre el río Luznice, en Bechyne, República Checa. Puente Steinkjer Situación: Steinkjer, Noruega. Año de construcción: 1963. Luz: 80 m. Uso: puente de carretera. Proyectista: Per Tveit. Sus arcos son metálicos y el tablero es de hormigón pretensado. Este ha sido el primer puente arco tipo network diseñado en el mundo. Fue construido porque resultó la solución más económica frente al resto de alternativas propuestas. Hoy en día aún sigue en uso. Fue diseñado para que sus péndolas no sufrieran relajación para los casos de carga ordinarios.




Puente Bolstadstraumen Situación: Bolstadstraumen, Noruega. Año de construcción: 1963. Luz: 84 m. Uso: puente de carretera. Proyectista: Per Tveit. Ha sido el puente arco más esbelto durante más de cuarenta años. Es el segundo puente arco tipo network construido. También resultó elegido, como el de Steinkjer, porque su coste era inferior al del resto de las propuestas. Fue diseñado para que sus péndolas no sufrieran relajación para los casos de carga ordinarios. Materiales: sus arcos son metálicos y el tablero es de hormigón pretensado. Se emplearon 44 toneladas de acero estructural y 7 toneladas de acero de pretensado.




Puente Fehmarnsund Situación: Fehmarnsund, Alemania. Año de construcción: 1963. Luz: 248 m. Usos: puente para ferrocarril y carretera.

Puente Ounoura Situación: Japón. Año de construcción: 1972. Luz: 195 m.




Puente Nagara Año de construcción: 1980. Luz: 153 m.

Puente Nada Situación: Kobe, Japón. Año de construcción: 1983. Luz: 190 m. Anchura: 18 m. Uso: puente de carretera.




Puente Sesoko Situación: Okinawa, Japón. Año de construcción: 1984. Luz: 139,5 m.

Puente Gran Mizuho Situación: río Toyohira, Japón. Año de construcción: 1986. Luz: 148,8 m. Anchura: 28 m. Uso: puente de carretera.




Puente Terashima Situación: Japón. Año de construcción: 1988. Luz: 160m.

Puente Utsumi Situación: Hiroshima, Japón. Año de construcción: 1990. Luz: 220 m. Uso: puente de carretera.




Puente Shinhamadera Situación: Osaka, Japón. Año de construcción: 1991. Luz: 254 m. Anchura: 20,3 m.

Puente Kishiwada Situación: Osaka, Japón. Año de construcción: 1993. Luz: 445 m.




Puente Shinkizu-gawa Situación: Osaka, Japón. Año de construcción: 1994. Luz: 305 m. Anchura: 11,25 m. Uso: puente de carretera.

Puente Nishinomiyako Situación: Hyogo, Japón. Año de construcción: 1994. Luz: 252 m. Anchura: 31,2 m. Uso: puente de carretera.




Puente Gran Okamura Situación: Hiroshima, Japón. Año de construcción: 1995. Luz: 228 m.

Puente sobre el río Hualien Liwu Situación: parque nacional de Taroko, Taiwan. Año de construcción: 1997. Luz: 150 m para el vano principal (2400 m. de longitud total). Anchura: 25 m para el vano principal.




Puente Bamban Situación: Tarlac, Filipinas. Año de construcción: 1998. Luz: 174 m. Anchura: 12,44 m. Uso: puente de carretera.




2.5.- PROYECTOS ACTUALES DE PUENTES ARCO NETWORK En este apartado se recogen los puentes network proyectados, algunos ya construidos, en los últimos años. Hay que resaltar que últimamente se han construido los primeros puentes arco network en países como España, Polonia y República Checa. Actualmente está en fase de construcción otro en Estados Unidos.

Puente Goshiki Zakura Situación: Kohoku JOT, Japón. Año de construcción: 2002. Luz: 141 m. Uso: puente de carretera.

Puente Bechyne Situación: sobre el río Luznice, en Bechyne, República Checa. Período de construcción: octubre 2002 – agosto 2004. Diseñado por Ladislav Sasek, del grupo Mott MacDonald, este puente sustituye a un puente anterior, construido en 1883 [14]. Empresa contratista: Swietelsky. Coste: 1.000.000 $. Los datos del puente son: Cantidad necesaria de acero: 101,5 t/m2 . Luz: 41 m. 39 Trabajo de Investigación



Flecha: 6 m. Anchura: 7,1 m. Diámetro de los tirantes: 40 mm. Es el primer puente arco network construido en la República Checa. Y el tercero en el mundo con arcos metálicos y tablero de hormigón pretensado.

Puente sobre el río Dziwna Situación: en el by-pass de Wolin, Polonia. Período de construcción: abril 2002 – octubre 2003. Empresas constructoras: Mostostal Warswaza y Acciona. Luz: 165 m. Flecha: 25 m. Materiales: el arco es metálico y el tablero es una losa de hormigón. Es el arco metálico más largo de Polonia.




Puente Schulenburg Situación: Berlín, Alemania. Diseñado por Wolfram Beyer. Premiado con el Premio Gottfried Brendel de 2006 de TU Dresden [5]. El proyecto consiste en la sustitución del puente Schulenburg en Berlín – Spandau por un puente arco tipo network. Se trata de un puente de carretera.

Los datos del puente son: Materiales: los arcos son de acero y el tablero mixto. Las cantidades necesarias por metro cuadrado de área del puente son 116 t/m2 de acero estructural, 88 t/m2 de armadura y 486 t/m2 de hormigón. Luz. 90 m. Flecha: 12,75 m. Anchura: una calzada de 12 metros y dos pasos peatonales, cada uno de 2,50 metros. Número de péndolas: 40 en cada plano de arco. Diámetro de las péndolas: 60 mm.




Puente No BW 50.1 Situación: en el cruce de las autovías B2 y BAB 38, al sur de Leipzig, Alemania. Fecha de inauguración: mayo del 2006. Inicialmente se había proyectado un puente arco con péndolas verticales. Fue en la fase de construcción cuando la empresa constructora Alpine Bau Deutschland GmbH, junto con sus ingenieros de la empresa GMG Ingenieurpartnerschaft, propuso modificar el diseño adoptando una red de péndolas como la de un puente arco network. Al encontrarse ya en fase de construcción no fue posible adoptar todos los cambios para aprovechar el comportamiento estructural del arco tipo network. De este modo, se redujeron los espesores de las chapas de acero estructural de los arcos y las vigas de rigidez. Aun así, se consiguió un ahorro del 30 por ciento del acero estructural. Los datos del puente son: 800 t acero estructural. Luz: 87,9 m. Anchura entre arcos : 28,1m. Número de péndolas: 22 en cada plano de arco, equidistantes en la viga de rigidez. Diámetro de las péndolas: 90mm.




Puente sobre el río Providence Situación: Providence (Rhode Island), EE.UU. Su construcción comenzó en junio de 2004 y su inauguración está prevista para el año 2008. Las fotos de su construcción, desde su fabricación en taller hasta la construcción in situ se pueden ver en internet (http://www.pineapplestudios.com/IWAYSite/index.html) . Luz: 121 m. 43 Trabajo de Investigación



Anchura: 47 m. Uso: puente de carretera.

Fabricación del arco en taller. Febrero 2005.

Colocación de los tirantes. Febrero 2006.




Elevación del puente. Agosto 2006.

Construcción del tablero. Septiembre 2006.

Puente Mieres Situación: sobre el río Caudal, en Mieres, Asturias. Proyectista: Carlos Fernández Casado, S.L. Uso: puente de ferrocarril. 45 Trabajo de Investigación



Es el primer puente arco tipo network construido en España; vemos que sus péndolas se interceptan entre sí en más de dos ocasiones En el libro alemán “Dirk Bühler. Brückenbau im 20. Jahrhundert”, se hace referencia a este puente como puente Lohse-Nielsen. Pero por sus características, podemos decir que es un puente arco network.

Puente Brandangersund Situación: Brandargensundet, Noruega. Proyectista: Rolf Magne Larsen. Su inauguración está prevista para el año 2008. Luz: 220 m. Anchura: 6,8 m. Uso: puente de carretera.




Puente sobre el río Carbón Situación: Cusco, Perú. Proyectista: Eduardo Hennings Marianyi. Su inauguración está prevista para el año 2008. Luz: 120 m. Flecha: 16,20 m. Anchura: 6,8 m. Uso: puente de carretera.



3.- BIBLIOGRAFÍA

3.- BIBLIOGRAFÍA

Conversaciones con Frank Schanack. Febrero 2006 – Septiembre 2006. BIBLIOGRAFÍA ESPECIALIZADA EN ARCOS NETWORK [1]

http://www.network-arch.com/es/home.htm

[2]

http://pchome.grm.hia.no/~ptveit/

[3] An Introduction to the Network Arch. Lectures at NTNU Trondheim on August 15th 2006 by Per Tveit. http://pchome.grm.hia.no/~ptveit/Lectures%20NTNU%20August%202006.pdf [4] Calculation of a Double Track Railway Network Arch Bridge Applying the European Standards. Benjamin Brunn. Frank Schanack. August 2003. http://www.network-arch.com/download/graduation_thesis_brunn_schanack.pdf [5] Diseño de un Arco Tipo Network – Puente Schulenburg, Berlín http://www.network-arch.com/download/beyer_schulenburgbruecke_2006_espanol.pdf [6] Network Arches for Railway Bridges Benjamin Brunn. Frank Schanack. Uwe Steimann. http://www.network-arch.com/download/railway_network_arches.pdf [7] Preliminary Design of Network Arch Road Bridges. Examples with spans of 135 and 160 metres Edition 10/03/03. http://pchome.grm.hia.no/~ptveit/Preliminary_135_and_160_m.pdf [8] The Network Arch. Bits of Manuscript after Lectures in 42 Countries Per Tveit. Internet Edition in March 2006. http://pchome.grm.hia.no/~ptveit/The%20Network%20Arch.pdf

BIBLIOGRAFÍA GENERAL Libros [9] Aparatos de Apoyo para Puentes y Estructuras Juan J. Arenas . Ángel C. Aparicio. 1980. Universidad de Cantabria. Cátedra de Puentes.



3.- BIBLIOGRAFÍA

[10] Prontuario de Estructuras Metálicas 6 ª Edición Editada por el CEDEX. 2002. [11] Puentes: Tomos I al VI Javier Manterola. [12] Tierra sobre el agua. Visión Histórica Universal de los Puentes Leonardo Fernández Troyano. 1999. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Colección de Ciencias, Humanidades e Ingeniería N º 55. Artículos de revistas Cauce [13] El puente sobre el río Clariano, en Onteniente. Mayo-Junio 1999 (N º 92). Arturo Llorca Acebedo. Civil Engineering [14] Less is More. April 2006. Ladislav Sasek. Hormigón y Acero [15] Puente de ferrocarril sobre el Ebro en Zaragoza. Cuarto trimestre de 2005 (N º 238). Cristóbal Medina. Monografía M-10 de ACHE [16] Comprobación de un tablero mixto. Enero de 2006. Comisión 5, Grupo de trabajo 5/3 “Puentes mixtos”. Revista de Obras Públicas [17] Puentes Arco con Tablero Inferior. Septiembre 2003 (N º 3.436). Javier Manterola Armisén. [18] Puentes de Ferrocarril de Alta Velocidad. Abril 1999 (N º 3.386). Javier Manterola Armisén, Miguel Ángel Astiz Suárez y Antonio Martínez Cutillas.



Graduation Thesis Berrocal

Recommend Documents