PUENTES ATIRANTADOS HISTORIA Tiene como como antecedente antecedente histórico en el uso uso de la tipología- tensorestensores- para el ámbito de embarcaciones en Egipto. En 1595 se diseñó gráficamente un puente levadio en el libro !achinae "ovae #autor $austo %eranio&' tambi(n en 1)9* se diseña el puente de acero en +luff ,ale' Teas construido por E. E. u/on' finalmente en 1)99 se constru/e el puente de 0assagnes hecha por isclard.
DEFINICION 2n puente atirantado es un tipo de puente cu/o tablero está suspendido de uno o varios pilones centrales mediante tirantes 3ue enlaan la pista directamente con el pilón. 4e distingue de los puentes colgantes por3ue en estos los cables principales se disponen de pila a pila' sosteniendo el tablero mediante cables secundarios verticales' / por3ue los puentes colgantes trabaan principalmente a tracción' / los atirantados tienen partes a tracción / otras a compresión. El diseño / construcción construcción de puentes puentes atirantados se se basa en principios físicos físicos / matemá matemátic ticos' os' aplica aplicados dos a casos casos reales reales'' para para soluc solucion ionar ar proble problemas mas como como salvar salvar grandes luces luces / atravesar atravesar ríos' lagos' lagos' cruar montañas montañas66 pero mucho más allá' los puentes atirantados son estructuras 3ue re3uieren de un largo / arduo proceso de construcción' el cual implica diferentes etapas
ELEMENTOS
T7+8E4 El tipo de tablero a usar resulta esencial en la concepción de un puente atirantado. Tableros muy pesados no resultan prácticos por el costo económico y estructural. Es sabido que los momentos flectores aumentan en el tablero conforme éste es más rígido, lo que sugiere entonces usar tableros más bien flexibles, para así disminuir la flexión. En todo caso, no se puede dar toda la flexibilidad que uno quisiera, ya que los efectos aerodinámicos empiezan a jugar un rol decisio. !sí, la rigidez óptima no solo depende del espaciamiento de los tirantes, sino también del método de suspensión y del anc"o del tablero. En el caso de
puentes con atirantamiento central, resulta necesario disponer de tableros con alta rigidez torsio torsional nal.. #ara #ara puente puentess de atiran atirantam tamien iento to latera lateral, l, es posibl posiblee conseg conseguir uir seccio secciones nes más delgadas, dado que los momentos flectores son en general más bajos. En este caso las dimensiones mínimas estarán dadas por la flexión transersal $%alter, $%alter, &'''(.
La elección de los materiales del tablero es uno de los criterios que gobierna el costo completo del sistema, siendo los más livianos aquellos metálicos con tablero ortótropo. ortótropo. A pesar de ello, el costo de fabricación hace que sean muy caros, por lo que se preere, a pesar de su mayor peso, el uso de tableros de hormigón o mixtos. Los tableros ortótropos se reservan entonces para puentes de claros muy largos, donde el tema del peso se vuelve crítico, y por tanto, que gobierna el diseo. !n la "ig. #$% se pueden apreciar algunos tableros típicos &'ennah y (ennedy, #))*+.
T:7"TE4 ,iseño de nudos TE' !74T:8 ;:8"
TIPOS DE PUENTES ;2E"TE 7T:7"T7, 7T:7"T7, ,E ;:8" 87T 8 7TE78 E78
Chords Bridge, Jerusalén 1
;2E"TE 7T:7"T7, 7T:7"T7, 74:!ET:0 74:!ET: 0
;ilón con forma asim(trica. 8os cables de un lado pueden ser sustituidos por concreto. ;2E"TE 7T:7"T7, ,E ;:8" 0"T7;E4
Puente de la Unidad, México 1
uente similar al asim-trico, salvo que los cables no continan hasta el contrapeso, sino que están anclados al pilón, y el pilón su/eta la fuer0a de los cables, debido a su propio peso y su ancla/e en el terreno
!ET,4 ,E 0"4T200:" 1imbrado general !ste m-todo es usado, generalmente, cuando el puente está locali0ado en una 0ona de ba/a altura y suelo con buena capacidad resistente. !l cruce no está congestionado con rutas o vías de tren, y el puente no tiene que atravesar una corriente
2ovelas sucesivas !l m-todo consiste en la construcción de la obra en segmentos, formando trechos que avan0an sobre el vano a ser vencido. !xisten dos t-cnicas básicas para la construcción de puentes mediante el sistema de dovelas sucesivas3 una de ellas emplea dovelas pr-$moldadas, las cuales se levantan mediante guinchos y otros equipamientos y la otra t-cnica consiste en construir las dovelas 4in loco5
Lan0amientos progresivos
!n este m-todo, la superestructura es fabricada en e n las márgenes de la obra y es empu/ada para su posición nal a lo largo de los vanos. !sta se comporta como un voladi0o a medida que va avan0ando hasta encontrar el próximo apoyo. 1ada segmento es e/ecutado sobre formas metálicas /as, siendo hormigonado contra el anterior ya concluido, permitiendo continuidad en la armadura de la región de las /untas MATERIALES UTILIZADOS
Materiales para puentes en la historia 1
'e puede ver en el cuadro que a partir del siglo 66 se comien0a a desarrollar la fabricación de cables de acero, con ella se inicia el diseo de puentes atirantados. 789L9:8A' ; cuanto a la ipologia, el puente atirantado admite variaciones signicativas, tanto en su estructura como en su forma. A. Longitudi Longitudinalmen nalmente te pueden tener tener dos torres torres y ser sim-tricos, sim-tricos, o una sola torre desde donde se atiranta todo el vano principal. <. ueden ueden tener dos dos planos de de atirantamient atirantamiento o situados situados en los bordes bordes del tablero, o un solo plano situado en su e/e. 1. ueden ueden tener muchos muchos tirantes tirantes muy próxim próximos, os, o pocos pocos tirantes tirantes muy próximos. 2. Los tirantes tirantes paralelos paralelos llamado llamado disposición disposición en arpa y tirantes radiales, radiales, en abanico. !. Las torres torres se se pueden iniciar iniciar en los cimient cimientos, os, o se pueden pueden iniciar iniciar a partir del tablero, de forma ue el con/unto tablero$ torres$ tirantes se apoya sobre pilas convencionales. ". Las torres torres pueden pueden tener tener diversas diversas formas, formas, pueden pueden estar formada formadass por dos pilas, por una sola, pueden tener forma de A, forma de =, y de > invertida, de A cerrada por la parte inferior &diamante+, una sola pila.
'!L!118?; 2!L ;@!B9 2! LA;9' 2! 1A
28'9'8189;!' 2! 1A
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arece no ser el me/or esquema desde el punto de vista est-tico.
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Los momentos Dectores en la pila son mayores, para la 0ona ba/o el tablero. Las deformaciones no son apreciables
'istema en abanicoC
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!l gran problema para el sistema en abanico , es la dicultad que se presenta para un adecuado sistema de ancla/e de los cables en las torres, ya que se generan concentraciones de esfuer0os, a veces excesivos. 2eformaciones no apreciables
'istema de semi$ arpaC
arece entonces que una solución intermedia, como la semi$ arpa puede ser muy venta/osa. A;AL8'8' 2! 28"!B!;7!' @!;7!' 1A'9 *C
1A'9 #C
1A'9 %C
1aracterísticasC • • • • •
Atirantamiento en abanico planos laterales inclinados ila tipo A 7ipología ideal para grandes luces. :ran estabilidad, a diferencia de los anteriores &especialmente por la pila tipo A+.
E4T20T274 8:E74 ,E 0"0ET 7"TE0E,E"TE4<
Cúpula del Panteón de Agripa
Templo omano dedicado a todos los dioses 0ompuesto por una amplia sala redonda adosada a un pórtico de un templo clásico.
Diáetr! de "#$# con Altura de hasta "#$#' 3ue se encuentra sobre un tambor cilíndrico de =.>m de alto. ;ara reducir las fueras de compresión la c?pula es aligerada / su sección va desde los =.>m en la base hasta 1.@m alrededor del óculo. %ó&eda' en la (i't!ria Empearon a ser utiliadas por los egipcios hace miles de años. 8os primeros pasos fueron las falsas bóvedas' donde los riñones volaban sucesivamente hasta llegar a la clave' 3ue se encargaba de cerrar / dar estabilidad al conunto.
8a primera bóveda propiamente dicha fue la bóveda de cañón.
Hangare' de Orl) *+,-+. 4e puede considerar un hito histórico en la utiliación de elementos de lamina plegadas. 4upone un record mundial no solo por sus dimensiones sino en los metros c?bicos de concreto empleados por volumen ?til de construcción6 a esto se le añade una mano de obra reducida / una gran velocidad de eecución.
Hangar R!a ) el Turin Turin E/i0iti!n Hall *+,"1. ,e ;ier 8uigi "ervi 0874:$:070:" 0874:$:0 70:" ,E 8474 ,E 074077 ,E 0"0ET 7!7, 4eg?n su forma
4eg?n la lu
%O2EDAS3 Ante4edente'3 0readas para solucionar dos problemas históricos< •
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8a necesidad de procurarse cobio a trav(s de una superficie 3ue resguarde de las condiciones climatológicas eternas. El significado 3ue los ar3uitectos e ingenieros han 3uerido dar a los espacios cubiertos.
San Martín de Frómista, Palencia !spa"a 1
SaintSé#erin, Paris Francia 1
De5ini4ión3 El cilindro es la superficie reglada formada por las rectas 3ue pasan por una circunferencia / son perpendiculares al plano 3ue la contiene. •
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Es una estructura 3ue cierra superiormente un espacio' así como al arco cierra un vano o una abertura. 8a bóveda es siempre tridimensional / necesitará para su representación diversas pro/ecciones. pro /ecciones. ;oseen una forma geom(trica generada por el movimiento de un arco generatri a lo largo de un ee. ;or regla general este elemento constructivo sirve para cubrir el espacio comprendido entre dos muros o una serie depilares alineados.
Eleent!' de la 0ó&eda3
C!p!rtaient! e'tru4tural *0ó&eda 4il6ndri4a.
C!p!rtaient! e'tru4tural *laina 4il6ndri4a. 4i en lugar de plantear los apo/os sobre el lado ma/or' se sit?an sobre los testeros' obtenemos una lámina cilíndrica' cu/o mecanismo resistente es mu/ diferente al de una bóveda a pesar de ser formalmente similar. El hecho de 3ue las generatrices sean continuas permite 3ue la bóveda trabae a fleión seg?n esa dirección' lo 3ue provoca 3ue cada arco se a/ude de los contiguos' repartiendo el eceso de carga 3ue puede concentrarse sobre (l' produciendo así la desaparición de la función primaria de arco.
El funcionamiento tensional de una lámina dea de ser el de una bóveda' pasando a ser más semeante al de una viga. 4u deformación es igual a la de una lona atirantada entre dos arcos finales rígidos' r ígidos' hasta activar suficientes esfueros cortantes / normales como para poder poder transmitir la carga a los arcos etremos. Este nuevo estado tensional somete al material a tracciones' 3uedando invalidados los sistemas tradicionales de sillería o de ladrillos.
Pr!4e'! 4!n'tru4ti&! ,esde sus inicios se ha practicado en su construcción el empleo de estructuras auiliares de carácter provisional cu/a función era la de soporte de las pieas 3ue forma la superficie de la l a bóveda. Estas estructuras' denominadas cimbras' encarecían la construcción de bóvedas. Eran generalmente de madera / re3uerían de la participación de carpinteros altamente especialiados. 7 veces veces la cimbra era de gran tamaño' al menos' tan grande como lo era la bóveda. ,ebido a este inconveniente' desde los inicios de la construcción de bóvedas' se ha intentado meorar las t(cnicas constructivas con el obeto de evitar el uso de cimbras #en lo 3ue se denomina construcción Aal aireA&' o reduciendo su uso lo más posible. Tradicionalmente' Tradicionalmente' la construcción se realiaba mediante una ligera inclinación para evitar el empleo de cimbras' pero el sistema evolucionó hacia el empleo de dovelas a lo largo de toda la generatri' como si se tratara de un ?nico arco' con esto se conseguía evitar la separación / desnivelación posible entre arcos.
Apli4a4ión
CUPULAS Ante4edente'3 El uso de la c?pula se remonta a la civiliación mic(nica' sin embargo el ma/or eponente de este m(todo constructivo' El ;anteón de 7gripa' 7gripa' fue hecho por el :mperio omano #1@* d.0.&
;anteón de 7gripa
Templo omano dedicado a todos los dioses. 8a c?pula tiene un diámetro de >B.Bm al igual 3ue su altura' 4e encuentra sobre un tambor cilíndrico de =.>m de alto. ;ara reducir las fueras de compresión la c?pula es aligerada / su sección va desde los =.>m en la base hasta 1.@m alrededor del óculo. 4anta !aría di $iori +runelleschi constru/e una c?pula' de geometría octogonal / con una sección en doble lamina. 0onstrucción en piedra 8a piedra fue uno de los l os materiales más utiliado en la construcción de c?pulas hasta la aparición del concreto armado
De5ini4ión3 8a c?pula o domo es un elemento ar3uitectónico' 3ue se obtiene de la rotación de una curva plana alrededor de un ee vertical #4uperficie& / resiste solo fueras de compresión' para ello se evita la tendencia al aumento del diámetro en la base mediante un elemento mas rígido a todo lo largo del soporte.
;or lo general tienen forma semiesf(rica' aun3ue' tambi(n las ha/ elípticas. El termino c?pula proviene del italiano cupola con raíces r aíces latinas cupella / esta del idioma griego Cupellon' 3ue significa D;e3ueña taa.
C!p!rtaient! e'tru4tural3
Pr!4e'! 4!n'tru4ti&!
Apli4a4ión
PARA%OLOIDE HIPER%OLICO De5ini4ión3 2na de las superficies 3ue más se han aplicado en ar3uitectura es la bautiada con el nombre de paraboloide hiperbólico. audí fue uno de los 3ue la
emplearon' pero 3uien más la ha trabaado ha sido $(li 0andela. ,entro de la fauna de las superficies' el paraboloide hiperbólico es un esp(cimen /a conocido por los griegos.
8o 3ue las curvas cónicas #la elipse' la parábola / la hip(rbole& son para la dimensión dos' en dimensión tres lo son las superficies cuádricas. 8os nombres de estas superficies tienen 3ue ver con las curvas 3ue aparecen como secciones con planos. En el paraboloide hiperbólico' una de las superficies cuádricas' estas secciones son parábolas e hip(rbolas. 4in embargo la propiedad realmente importante' la 3ue motivó el inter(s tanto de audí como de $(li 0andela' es el hecho de 3ue el paraboloide hiperbólico' aun siendo una superficie curvada' se puede construir con líneas rectas. 8o ?nico 3ue se tiene 3ue hacer es ir variando el ángulo de inclinación de una recta 3ue se mueve encima de otra curva. Este tipo de superficies los geómetras las denominamos superficies regladas. Es de suponer 3ue esta propiedad es la 3ue permitía a audí dar las instrucciones precisas a sus obreros / al capata cuando (stos tenían 3ue construir un paraboloide hiperbólico en el techo de la 4agrada $amilia #iniciada el año 1))B&. 0onstrucción de un paraboloide a partir de > puntos El proceso de construcción de un paraboloide podría seguir los siguientes pasos6 ,ados cuatro puntos en el espacio 3ue no est(n en un mismo plano' ha/ un ?nico paraboloide hiperbólico 3ue pasa precisamente por estos cuatro puntos. Fsta es la misma propiedad 3ue dice 3ue dos puntos determinan una ?nica recta. 8o 3ue tenían 3ue hacer los obreros era unir con sendas barras uno de los pares de puntos de una parte' / el otro par opuesto por la otra. ,espu(s sólo se tiene 3ue dear resbalar otra barra sobre las dos anteriores manteniendo una velocidad constante en los etremos.
Si'tea ) 4!p!rtaient! e'tru4tural
APLICACI7N3
