Trabajo de Investigacion PUENTES

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

“SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

HUARAZ - ANCASH

UNIVERSIDAD NACIONAL DE ANCASH “SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO”

UNASAM FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TRABAJO DE INVESTIGACION. “ESTUDIO

DE PUENTES ATIRANTADOS ”.

PRESENTADO POR:

DANIEL W. RONDOÑO CHAVEZ Estudiante

REVISADO POR:

ING. CLAUDIO VALVERDE RAMÍREZ Docente FIC

HUARAZ – ANCASH ANCASH – PERU PERU Abril del 2014

TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DEL CURSO DE PUENTES FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL UNASAM




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DEDICATORIA

Este trabajo de investigación lo dedico a mis padres y a mi hermanas hermanas por todo su apoyo incondicional incondicional y su comprensión, durate toda esta etapa de mi vida universitaria.

Daniel R.

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DEDICATORIA

Este trabajo de investigación lo dedico a mis padres y a mi hermanas hermanas por todo su apoyo incondicional incondicional y su comprensión, durate toda esta etapa de mi vida universitaria.

Daniel R.

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INDICE Contenido ............................................................... ...................................................................... .................................................................... .................................4 INTRODUCCION ............................ .............................................................. ...................................................................... ......................................... ..... 6 CAPITULO I: GENERALIDADES ............................

1.1. DATOS GENERALES ............................ .............................................................. ............................................................... .............................6 1.1.1. Título del Proyecto. Proyecto. ............................ .............................................................. .......................................................... ........................ 6 1.1.2. 1.2.

............................................................... .............................................. .............6 Investigador responsable responsable ..............................

FORMULACION DEL PROBLEMA .................................. ................................................................... .................................6

1.2.1.

Problema general .................................. ................................................................... ........................................................ .......................6

1.3. OBJETIVOS .................................. ................................................................... ................................................................... ........................................ ......6 1.3.1

.............................................................. ............................................................... .............................6 Objetivo General ............................

1.3.2

.................................................................... ................................................... ................6 Objetivos específicos .................................

1.4. JUSTIFICACIÓN ............................... .................................................................. .................................................................... .................................7 1.5.

LÍMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ............................... ....................................................... ........................8

..................................................................... .................................................................... .................................9 CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ..................................

2.1

.............................................................. ............................................................... .............................9 RESEÑA HISTORICA ............................

2.2.

PUENTES ATIRANTADOS. .............................. ............................................................... ................................................. ................13

................................................................... ................................................................... ...................................... .... 13 2.2.1 Definición...................................

2.2.2

14 Elementos Elementos Estructurales Estructurales de d e Puentes Atirantados ............................ 14

CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO METODOLOGICO ................................... .................................................................... ................................................ ............... 21 .................................................... ......................21 3.1 TIPIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN INVESTIGACIÓN ..............................

3.2

................................................................... ........................................... ......... 21 POBLACIÓN Y MUESTRA .................................

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3.3

FUENTES DE INFORMACION. ................................................................... 22

3.4

FORMA DE ANÁLISIS DE LAS INFORMACIONES .................................22

CAPITULO IV: DESARROLLO DEL ESTUDIO DE PUENTES ATIRANTADOS ..................... 23 4.1

ESTADO ACTUAL EN EL PERÚ ..................................................................... 23

4.1.1 Puente Atirantado Bellavista ....................................................................... 23 4.1.2 Puente Atirantado Atumpampa ................................................................. 24 4.1.3 Puente Comuneros ........................................................................................27 4.2

MODELOS DE ATIRANTAMIENTO Y VINCULACIONES ENTRE PILA Y

TABLERO.........................................................................................................................30 4.2.1 Modelos de Atirantamiento .......................................................................... 30 4.2.2 Vinculaciones entre Pila y Tablero ............................................................. 33 4.3

COMPORTAMIENTO DE PUENTES ATIRANTADOS ................................. 34

4.4

ANALISIS DE FALLAS EN PUENTES ATIRANTADOS ...............................35

4.4.1

Falla por problemas de diseño ................................................................35

4.4.2

Fallas en el material constitutivo ..........................................................36

4.4.3

Fallas en el proceso constructivo ........................................................... 36

4.4.4

Fallas por condiciones de operación no consideradas ......................36

CONCLUSIONES ...........................................................................................................37 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................... 38

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INTRODUCCION El estudio de puentes atirantados es muy poco conocido en nuestro país, por ello el presente trabajo trata de contribuir al conocimiento sobre dicho tema. En el campo de la Ingeniería Civil es importante el conocimiento de puentes atirantados que se vienen desarrollando en el mundo para superar grandes luces, ya sea de ríos, depresiones o cualquier obstáculo, las cuales constituyen innovaciones dentro del campo de la ingeniería. En nuestro país estas formas de construcción se vienen adoptando y actualmente ya se cuenta con 02 puentes atirantados construidos en la región San Martin, dando así el inicio de un gran avance en la construcción de puentes. Presentamos aquí una breve investigación meramente teórica, sobre los puentes atirantados, sus características, y comportamiento, con algunos ejemplos que se consideraron importantes, por lo novedoso de sus diseños, desde el punto de vista ingenieril, también se presentan una lista de los puentes atirantados más largos del mundo, así como los puentes construidos en nuestro país; cabe señalar que en esta investigación, no nos extendemos hacia la parte matemática de la modelación de puentes. La ingeniería vino avanzando en este campo desde los antiguos puentes de arco romanos, puentes de viga, puentes de pórticos, puentes colgantes, hasta los puentes atirantados, cuya aparición se da solapada con la construcción de puentes colgantes, demostrando que se podían salvar mayores luces con un gasto menor de acero, reduciendo así costos y cargas por peso propio, también tienen la ventaja de mayor capacidad de carga y rigidez que la de los puentes colgantes. Dentro de la ingeniería civil, se denomina puente atirantado a aquel cuyo tablero se encuentra suspendido de uno o varios pilones centrales mediante un sistema de cables (tirantes). Estos puentes Los elementos estructurales básicos de los puentes atirantados son: los

tirantes, las torres (el pilón) y el tablero ; los tirantes son cables rectos que atirantan el tablero, proporcionándoles una serie de apoyos intermedios más o

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menos rígidos. Las torres (pilón) nos sirven para elevar el anclaje fijo de los tirantes, de forma que introduzcan fuerzas verticales en el tablero para crear los pseudo-apoyos; también el tablero interviene en el esquema resistente, porque los tirantes, al ser inclinados, introducen fuerzas horizontales que se deben equilibrar a través de él. Por todo ello, los tres elementos, tirantes, tablero y torres, constituyen la estructura resistente básica del puente atirantado.

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CAPITULO I: GENERALIDADES 1.1. DATOS GENERALES 1.1.1. Título del Proyecto. “ESTUDIO DE PUENTES ATIRANTADOS”

1.1.2. Investigador responsable El Trabajo de Investigación recae sobre mi persona en condición de alumno del décimo ciclo de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Nacional Santiguo Antúnez de Máyalo.



RONDOÑO CHAVEZ, Daniel Wilmer.

1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA 1.2.1. Problema general ¿Cuáles son los Modelos de Atirantamiento y como es el comportamiento de los Puentes Atirantados?

1.3. OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo General Conocer el comportamiento de los elementos resistentes (tablero, pila y tirantes) de puentes atirantados.

1.3.2 

Objetivos específicos Conocer los sistemas tradicionales de atirantamiento, en arpa o en abanico.



Estudiar los distintos modelos de vinculaciones entre pilas y tablero.



Conocer los sistemas de atirantamiento no convencionales.



Conocer los puentes atirantados existentes en el Perú.

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1.4. JUSTIFICACIÓN El puente es una estructura que forma parte de caminos, carreteras y líneas férreas y canalizaciones, construida sobre una depresión, río, u obstáculo cualquiera. Los puentes constan fundamentalmente de dos partes, la superestructura, o conjunto de tramos que salvan los vanos situados entre los soportes, y la infraestructura (apoyos o soportes), formada por las pilas, que soportan directamente los tramos citados, los estribos o pilas situadas en los extremos del puente, que conectan con el terraplén, y los cimientos, o apoyos de estribos y pilas encargados de transmitir al terreno todos los esfuerzos. Es así que la mayoría de los puentes atirantados que se han construido hasta la actualidad tienen en común el hecho de que los pilones, que sustentan el vano o vanos principales por medio de los tirantes, están, a su vez, unidos a puntos fijos, generalmente los estribos, por medio de cables de compensación que limitan su deformación y por tanto hacen eficaz el sistema de trabajo de los tirantes para soportar las sobrecargas que puedan actuar en el vano principal del puente. Sin embargo, en ocasiones, surge la necesidad de superar longitudes importantes con una estructura de grandes luces, que obligan a recurrir al empleo de puentes de más de 3 vanos. Este condicionante vendrá marcado por distintos tipos de accidentes topográficos como son la existencia de grandes cauces fluviales o marítimos donde los gálibos de navegación impongan estas luces, o bien por el cruce de amplios valles con alturas considerables del tablero sobre el fondo del valle, lo que conduce a pilas de gran altura. Es en estos casos donde el puente atirantado puede presentar ventajas con respecto a otros tipos de puentes.

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1.5. LÍMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN Las limitaciones de este proyecto de investigación, es que se tomó en cuenta solo la parte descriptiva, es decir que nos limitamos a desarrollar una investigación descriptiva. Por ello buscamos información acerca del tema de diferentes partes del mundo, desarrollando también los puentes atirantados construidos en nuestro País. Por otra parte el proyecto solo se limita a describir, mostrar los modelos de vinculaciones entre pilas y tablero. También se muestra sistemas tradicionales y no convencionales de atirantamiento; y no se desarrolla el análisis del comportamiento de los puentes atirantados en su totalidad, salvo en algunos casos que se obtuvieron de referencias bibliográficas.

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CAPITULO II: MARCO TEÓRICO

2.1

RESEÑA HISTORICA Los puentes atirantados pueden datar desde 1595, de los que se han encontrado diseño en un libro encontrado llamado Machinae Novae escrito por Fausto Veranzio. Muchos puentes colgantes primitivos fueron en un principio híbridos de puentes colgantes y atirantados, incluyendo el puente peatonal Dryburgh Bridge construido en 1817. James Dredge patentaría el Puente Victoria en Bath (Reino Unido, 1836) y más tarde el Albert Bridge en Londres en 1872. Los diseñadores de puentes descubrieron que la combinación de ambas tecnologías permitía construir puentes más rígidos, un ejemplo de esto es el puente de las cataratas del Niágara construido por John Augustus Roebling.

Puente peatonal Dryburgh Bridge construido en 1817 El ejemplo más antiguo y conocido de un verdadero puente atirantado es el puente de acero de Bluff Dale, situado en Bluff Dale, (Texas, Estados Unidos.) construido en 1890 por E.E. Ruyon. En pleno siglo XX los ejemplos más pioneros incluyen a A. Gisclard, con el puente de Cassagnes (1899), en el que la componente horizontal de la fuerza de los cables es compensada por un cable puntal horizontal, previniendo así la compresión significativa del tablero. Eduardo Torroja, un ingeniero español diseño un puente atirantado para el acueducto del Tempul en la provincia de Cádiz, España en 1926. Posteriormente, en varias partes de Europa, fueron construidos algunos puentes con barras de hierro forjado, cadenas, cables o incluso madera, todos con tirantes soportando pisos de metal o de madera desde las torres, pero muchos de ellos se colapsaron debido a los fuertes vientos;

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estos puentes no podían ser atirantados durante su construcción, por lo que solamente eran eficaces después de que la plataforma sufría una considerable deflexión. Los cables atirantados fueron exitosamente adoptados en los Estados Unidos, por John Roebling, para proporcionar decisivamente la rigidez extra y la estabilidad dinámica necesitada por sus grandes puentes colgantes; el primero de ellos fue el Puente Trunk que atraviesa el Niagara, abierto en 1885; luego el puente de Ohio en Cincinnati, inaugurado en 1867; y el más impresionante, el Puente de Brooklyn, en Nueva York, puesto en circulación en 1883. El Puente Franz Joseph, en Praga y el Puente Albert, en Londres, diseñados por Ordish fueron abiertos en 1868 y 1873, respectivamente, tienen una combinación de puente colgante y puente atirantado, donde el cable suspendido, fue usado sólo para sujetar el centro de la plataforma, como se aprecia en la figura.

Puente Albert, cruza el río Thames en Inglaterra

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Vista lateral del Puente de las Cataratas del Niágara Otros pioneros claves en esta época son Fabrizio de Miranda, Riccardo Morandi y Fritz Leonhardt. En este período se usaban muy pocos cables como en el caso del puente de Theodor Heuss en Düsseldorf de 1958. Sin embargo el utilizar pocos cables aumentaba enormemente el costo de construcción por lo que las modernas estructuras llevan muchos más cables. El tiempo ha hecho que los puentes atirantados se hagan un lugar en el diseño de puentes y desplacen a los puentes ménsula. En nuestro país, uno de los más notables fue el puente sobre el río Apurímac, en la vecindad de Curahuasi, que formó parte del camino Imperial al Chinchaysuyo. Este

puente

E. George Squier

fue descrito que

lo

por recorrió

el

periodista en la

y

década

arqueólogo de

1860

durante sus viajes por elPerú, preparó el dibujo que se adjunta y lo publicó en un libro el año1877. Squier dice que este puente tenía una luz del orden de 45 000 mm y se hallaba a unos 35 000 mm sobre el cauce del río con su parte central a unos 4 000 mm por debajo de los extremos. Su estructura portante estaba formada por cinco cables de fibra de maguey de unos 120

mm de diámetro, sobre los que se

hallaba

la

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plataforma formada por pequeñas varas de caña atadas transversal mente con tiras de cuero sin curtir. Estos cables se reemplazaban cada año. Este

puente colgante fue usado por cerca de 500 años,

por desuso y falta de mantenimiento colapsó en la década de 1890.

Puente colgante inca sobre el rio Apurímac ( Squier 1877).

Vista del puente inca sobre el rio Apurímac ( Squier 1877).

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2.2. PUENTES ATIRANTADOS.

2.2.1 Definición. Los

puentes

atirantados

son

estructural para salvar grandes

básicamente luces

de

un

manera

desarrollo práctica,

ingeniosa, y económica, estructuralmente un puente atirantado es aquel cuyo tablero está suspendido de uno o varios pilones centrales mediante cables o tirantes. Se distingue de los puentes colgantes porque en éstos los cables principales se disponen de pila a pila, sosteniendo el tablero mediante cables secundarios verticales, y porque los puentes colgantes trabajan principalmente a tracción, y los atirantados tienen partes que trabajan a tracción y otras a compresión. Uno de los motivos que han retrasado el desarrollo de los puentes atirantados, es

su

dificultad

de

cálculo

así

como

de

construcción. Las técnicas constructivas son bastantes similares a las de concreto pretensado, en lo que respecta a transmitir cargas a los tirantes, por ello el desarrollo de los puentes atirantados ha sido algo posterior a el desarrollo de las teorías sobre el concreto pretensado. Pues básicamente existía la dificultad de entender el comportamiento de las cargas a través del tablero y de los tirantes que se veían modificados, con la transmisión de cargas a cada tirante. La mayor parte de los puentes atirantados construidos hasta la fecha consisten en uno, dos o tres vanos atirantados. En el caso de tener el puente un solo vano, existe un pilono que recoge los tirantes que sostienen dicho vano y desde el cual parten los tirantes de compensación que unen el pilono con un punto fijo en el terreno. Cuando existen dos vanos, puede ser uno de ellos el principal y funcionar como el puente atirantado de un solo vano o bien ser dos vanos simétricos con un pilono central que se ancla a los estribos fijos por medio de tirantes. El caso más habitual es el del puente de tres vanos, de los cuales el central es el vano principal con mayor luz que los dos vanos laterales, y dos pilónos

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situados uno a cada lado del vano principal. En estos dos pilónos se anclan todos los tirantes del vano central y a su vez de ellos parten nuevos tirantes que unen los pilónos a puntos fijos en los estribos del puente o en pilas intermedias que pueden estar situadas dividiendo los vanos laterales en luces menores. El puente atirantado puede presentar ventajas con respecto a otros tipos de puentes: ahorro de material en los cables con respecto a un puente colgante de igual luz, disminución del coste de las cimentaciones frente a un puente continúo de menor luz, reducción del coste del tablero para uno de igual luz, etc.

2.2.2 Elementos Estructurales de Puentes Atirantados Los elementos fundamentales de la estructura resistente del puente atirantado son los tirantes, las torres (el pilón) y el tablero.

Los Tirantes (Cables) Existen Dos sistemas de cables los cuales son: 

Los cables de atirantamiento.



Los cables de retención.

Los cables de atirantamiento son los que van conectados desde las torres o el pilón hacia el tablero; estos cumplen la función principal de la estructura la cual es sostener al tablero donde serán repartidas las cargas según sea la función que este cumpla. Los cables de atirantamiento se pueden organizar de diversas formas dentro de cada uno de los haces ya sea al borde del tablero, o un solo plano situado en su eje.

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Puente con dos planos de atirantamiento

Atirantamiento situado en su eje.

Los cables de retención que trabajan como sistema de atirantamiento son los que han de ser colocados para evitar los movimientos en la cabeza del pilón. Estos tirantes irán anclados a puntos fijos, que pueden ir al tablero y/o a su vez, según sea el caso, irán anclados a un sistema de contrapeso (muertos) que están en el suelo para de esta manera dar una buena estabilidad a la estructura. Al momento de trabajar con los cables, es necesario definir el número de tirantes de cada haz, o lo que es lo mismo, la distancia entre los puntos de anclaje de los tirantes en el tablero.

El

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número de tirantes es una de las cuestiones que más ha evolucionado en los puentes atirantados ya que los primeros puentes de este tipo tenían muy pocos tirantes con una separación entre anclajes que llegó a pasar de los 50m; se trataba de crear una serie de apoyos intermedios para así convertir un puente de luces grandes en uno de luces medias. En los puentes atirantados actuales el número de tirantes ha aumentado en gran porcentaje; ahora se utilizan distancias entre anclajes mucho menores, de forma que la flexión que podemos llamar local, que es la debida a la distancia entre los apoyos generados por los tirantes, es insignificante respecto a la flexión que se produce por la deformación general de la estructura.

Las Torres (Pilón) Las torres, son la parte más importante dentro de la estructura de los puentes atirantados, ya que estos son los que van a soportar toda la carga que se ha de distribuir del tablero a los cables y estos al pilón o torres. Generalmente la altura de estas torres está en función de la luz libre que tendrá el tablero entre sus puntos de apoyo. Longitudinalmente pueden tener dos torres y ser simétricos, o una sola torre desde donde se atiranta todo el vano principal.

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Las torres se pueden iniciar en los cimientos, o se pueden iniciar a partir del tablero, de forma que el conjunto tablero-torres-tirantes se apoya sobre pilas convencionales. Las torres pueden tener diversas formas; pueden estar formadas por dos pilas, por una sola, pueden tener forma de A, forma de A prolongada verticalmente, entre otras formas. A continuación se presentan algunos tipos de torres dadas según su geometría: 

La A prolongada superiormente con un pilar vertical, que es la torre Y invertida; esta solución se ha utilizado en varios grandes puentes.



La A cerrada bajo el tablero para reducir el ancho total de la base, forma que se ha llamado un diamante

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

La A invertida.



La Pila Aporticada que como su nombre lo dice forma un pórtico simple.

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

Pilas Gemelas



Pilón tipo Diamante que se asemeja a la unión de una A cerrada con una A invertida

Entre otras incontables formas que existen en el medio, pero estas son las más conocidas y las más utilizadas.

El Tablero El tablero es muy importante dentro del esquema resistente básico de la estructura del puente atirantado ya que va a resistir las componentes horizontales que le transmiten los tirantes. Estas componentes generalmente se equilibran en el propio tablero porque su resultante, igual que en la torre, debe ser nula. La sección transversal del tablero depende en gran medida de la disposición de los tirantes. En los puentes atirantados en el eje, generalmente es un tablero tipo cajón cerrado con voladizos

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laterales (dovelas), y en los puentes atirantados en los bordes, generalmente está formada por dos vigas longitudinales situadas en los bordes del tablero, enlazadas entre sí por vigas transversales; no obstante, tanto en uno como en el otro sistema de atirantamiento caben diferentes variantes de la sección transversal. Dependiendo de las dimensiones y del uso que se le va a dar al puente, se puede definir diversas formas de realizar el tablero, ya que este puede ser de tipo cajón realizado en hormigón, se puede trabajar con estructuras metálicas, etc.

El tablero cumplirá la

función de transmitir todas las cargas que vayan a este hacia a los cables y estos a su vez hacia el pilón.

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CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO El desarrollo de este proyecto, se hizo mediante la investigación descriptiva, que implica la investigación documental; con el fin de obtener la información necesaria para lograr cumplir con los objetivos establecidos para este proyecto. La información de carácter documental, que se realizó (tal como su nombre lo indica), apoyándose en fuentes de carácter documental, esto es, en documentos de cualquier especie, como la consulta de libros, artículos o ensayos de revistas, etc.

3.1

TIPIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

En el presente trabajo de investigación se empleó el método de investigación “Descriptiva” debido a que se realizaron distintas

actividades que están basadas en: 

Se consultaron y se desarrollaron con las diferentes fuentes bibliográficas relacionadas a los puentes atirantados.

3.2

POBLACIÓN Y MUESTRA

La población para este estudio lo constituyen todos los puentes atirantados desarrollados a nivel mundial. La muestra para este estudio lo constituyen los puentes atirantados desarrollados en nuestro país.

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3.3

FUENTES DE INFORMACION.

3.3.1 Fuentes Primarias. Para efectos de esta investigación no se utilizaron las fuente de información primaria ya que esto incluye las entrevistas, cuestionarios y observaciones, que se realizan a los actores directos en del proyecto de investigación.

3.3.2 Fuentes Secundarias. Correspondieron a aquellas fuentes que brindaban información ya elaborada, o existente, y no necesariamente del mismo tema que se está investigando. Algunas de las fuentes usadas para la elaboración de este proyecto son: libros de tesis sobre puentes atirantados y colgantes, entre otros.

3.4

FORMA DE ANÁLISIS DE LAS INFORMACIONES El procedimiento que se siguió para lograr los objetivos del presente trabajo fue el siguiente: 

Se realizó la búsqueda de información y el análisis de referencias bibliografías teóricas y prácticas sobre puentes atirantados.



Se evaluó la situación actual de nuestro país en cuanto a construcciones de puentes atirantados.



Se analizaron los problemas que ocurren en puentes atirantados.



Se realizó un análisis descriptivo del diseño de puentes atirantados.

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CAPITULO IV: DESARROLLO DEL ESTUDIO DE PUENTES ATIRANTADOS 4.1

ESTADO ACTUAL EN EL PERÚ En los últimos años el país ha mejorado su infraestructura y su desarrollo vial, es por eso que se han aplicado nuevas técnicas de construcción que han sido ya utilizadas en otros países alrededor del mundo. Una de las técnicas de construcción con mayor desarrollo a nivel mundial es la de Puentes Atirantados, cada vez más deslumbrantes e inimaginables. También en el Perú, como medio de solución vial se ha decidido realizar la construcción de Puentes Atirantados. El primero es el Puente sobre el río Huallaga, y el segundo el Puente Atirantado Sobre el río Cumbaza en la ciudad de Tarapoto, ambos en la región San Martín.

4.1.1 Puente Atirantado Bellavista Inaugurado en octubre del 2010, cruza el río Huallaga, en el departamento de San Martín. Permite la interconexión de las provincias de Bellavista y Mariscal Cáceres con la carretera Marginal de la Selva o Fernando Belaúnde Terry. Con sus 320 000 mm de un extremo al otro, es el más largo puente atirantado del país. Su atirantado es de tipo simétrico. La estructura de su plataforma es de metal, y está sostenida por dos grandes torres de concreto de 58 000 mm de altura en forma de diamante, situadas a 190 000 mm entre sí. Desde ellas se descuelgan tirantes tipo semi-arpa. Su losa de concreto, de 12400 mm de ancho, posee dos carriles vehiculares. Su cimentación es profunda, y está basada en pilotes de 1 200 mm de diámetro y longitudes que van de 14 500 a 17 000 mm.

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La estructura metálica de este puente, la más larga fabricada en el país, es obra del Servicio Industrial de la Marina (SIMA). Su construcción, efectuada por el gobierno regional de San Martín (a través del Proyecto Especial Huallaga Central y Bajo Mayo) demandó una inversión de US$ 17 millones.

Puente Atirantado Bellavista (Luz de 320 000mm)-San Martin-Perú.

4.1.2 Puente Atirantado Atumpampa El puente Atumpampa, ubicado sobre el río Cumbaza, en el distrito de Tarapoto, provincia de Tarapoto, departamento de San Martín,

pertenece al “Proyecto Especial Huallaga

Central y Bajo Mayo” (PEHCBM), y es uno de los primeros

puentes atirantados vehiculares que se han construido en el Perú. Este puente atirantado vehicular de 84 000 mm de luz, está conformado por dos torres inclinadas de concreto armado de

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27 000 mm de altitud, y por dos vigas de rigidez metálicas longitudinales con peralte variable, que, en conjunto con las vigas transversales y los largueros metálicos, forman el emparrillado estructural que soporta el tablero de concreto armado de 160 mm de espesor, el cual a su vez es soportado por 24 pares de tirantes de barras Dywidag de Ø32mm de diámetro, 12 por cada lado del tablero. La empresa contratista que se encargó de la ejecución de esta obra fue el “Servicio Industrial de la Marina S.A.” (SIMA) en

conjunto con el PEHCBM. La empresa

subcontratista

SAMAYCA Ingenieros S.A.C. se encargó de la Ingeniería de Detalles del proceso de tensado de los tirantes, además del suministro, montaje, instalación, tensado e inyección de los mismos.

Descripción del puente El

puente Atumpampa consta de tres tramos: dos tramos

exteriores de 12 400 mm de luz, y un tramo central de 59 200 mm de luz. El tramo central es el que debe ser sostenido por un total de 24 tirantes (6 en cada columna de ambas torres), cada uno de los cuales está conformado por dos barras Dywidag de 32 mm de diámetro. Por otro lado, cada uno de los 16 tirantes adicionales (4 en cada columna de ambas torres), que conectan a las dos torres con las cámaras de anclaje ubicadas en los estribos, están conformados por una barra Dywidag de 36 mm de diámetro. El tablero está conformado por dos vigas de rigidez metálicas de sección I, que recorren en forma de arco los 84 000 mm de luz del puente Atumpampa, y cuyo peralte varía entre 800 mm y 1000 mm. La contra flecha del arco en el centro de luz es de 1600 mm.

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Por otro lado, la losa de concreto de 160 mm de espesor se apoya en seis largueros metálicos de sección I, uniformemente espaciados a lo largo de los 7200 mm que tiene el ancho del tablero. Los largueros transmiten las cargas a las vigas transversales metálicas, que a su vez, las transmiten a las vigas de rigidez ubicadas en los extremos. Las vigas transversales están espaciadas cada 4000 mm, y su intersección con las vigas de rigidez coincide con los puntos de anclaje de los tirantes. Se empleó 8 apoyos de Neopreno de dureza, 60 Shore A de 25 X 400 X 600 mm con una plancha de refuerzo interno de 3 mm de espesor.

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El puente Atumpampa (Luz de 84 000 mm) -San Martin-Perú.

4.1.3 Puente Comuneros Al amparo del Convenio Marco de Cooperación Interinstitucional suscrito entre SIMA-PERU S.A. y el Gobierno Regional de Junín se ha establecido la fabricación de cinco puentes, entre otros el Puente Comuneros. El Puente Comuneros tendrá 300 000 mm de longitud y será considerado el segundo más largo del país, siendo el primero el puente Bellavista, de 320 000 mm de longitud, ubicado en la región San Martín, construido igualmente por SIMAPERU S.A. Este puente será de doble vía, del tipo atirantado y estará ubicado sobre el río Mantaro, conectando los distritos de Chilca y Tres de Diciembre, Provincia de Huancayo, Departamento de Junín. Las torres o pilones se han conf igurado en forma de “H” y serán de concreto reforzado, mientras que los tirantes están conformados por cables tipo strand de alta resistencia, anclados en la torre y en la viga; además contará con iluminación nocturna.

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El puente Comuneros, se justifica ante la dificultad para el traslado de la producción agropecuaria y de las personas, de la zona sur de Huancayo a los principales mercados de la región, teniendo como beneficiarios a los distritos de Chongos Bajo, San Juan de Jarpa, Yanacancha y Tres de Diciembre en Chupaca, precisó Cerrón Rojas; también dinamizará la economía de los poblados de la zona altina del Canipaco y los distritos de Huancayo, El Tambo y Chilca. El

puente Comuneros beneficiará aproximadamente a 224 mil

habitantes de esa zona, permitiéndoles trasladar sus productos agropecuarios hacia la ciudad de Huancayo y también como vía de acceso para los distritos de Chilca y 3 de Diciembre. Este proyecto valorizado en 41 millones de Nuevos Soles aproximadamente, quedará concluido en el presente año 2014.

Puente Comuneros (Maqueta del puente atirantado)-Junín-Perú.

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Puente Comuneros (proceso constructivo de las torres)-Junín-Perú.

Puente Comuneros (Luz de 300 000 mm)-Junín-Perú.

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4.2

MODELOS DE ATIRANTAMIENTO Y VINCULACIONES ENTRE PILA Y TABLERO Un puente atirantado tiene una o más torres, de las cuales cables soportan el tablero del puente. Hay dos modelos principales de atirantamiento: Arpa y Abanico; y con dos variantes que son: semi-arpa y asimétrico.

4.2.1 Modelos de Atirantamiento Modelo Tipo Arpa: los cables son casi paralelo, de modo que la altura de su fijación a la torre es similar a la distancia desde la torre a su montaje en el tablero.

Modelo Tipo Abanico: los cables se conectan a todo o pasan por encima de la parte superior de las torres. El diseño de tipo abanico es estructuralmente superior con momento mínimo que se aplica a las torres. El modelo abanico se caracteriza porque todos sus cables de atirantamiento nacen de la cabeza del pilón (es decir desde un mismo punto), el cual puede ofrecer muchas ventajas: 

Las fuerzas horizontales introducidas por los cables en el tablero son bajas.



Las

deflexiones

longitudinales

de

los

pilones

son

muy

moderados. 

Los movimientos del tablero debido a cambios de temperatura, pueden ser absorbidos por puntos de expansión convencional ubicados en los estribos, aun si la conexión horizontal entre los pilones y el tablero es libre.



La flexibilidad de la estructura es favorable cuando hay movimientos horizontales del tablero e incrementa la estabilidad ante la acción sísmica.



La alta capacidad de los cables de retención, anclados a través de las primeras pilas o los estribos, reduce las deflexiones en los pilones y en el tablero.

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A primera vista, los puentes de tipo abanico aparentan ser menos atractivos que los puentes de tipo arpa, porque el efecto óptico nos hace ver que los cables se cruzan dependiendo del ángulo de observación, sin embargo esta desventaja no parece causar

tanto

efecto

en

los

puentes

de

largos

vanos

longitudinales.

Modelo Tipo Semi - Arpa: Una solución intermedia entre los puentes de tipo arpa y los puentes de tipo abanico es los puentes semi - arpa en el cual se combinan las ventajas que ofrecen estos dos sistemas de puentes atirantados. La configuración de un puente semi – arpa ha sido una solución para los puentes actuales. Al colocar los cables de atirantamiento en la parte superior del pilón, se puede obtener un buen diseño en la distribución de los mismos.

Los cables situados así, tienen una pendiente con

mayor tendencia a la posición vertical que los de tipo arpa, lo cual hace posible reducir la rigidez en las conexiones horizontales entre el pilón y el tablero. Con el objetivo de simplificar el anclaje en el primer punto de tensión del pilón, y por razones estéticas, el primer vano de atirantamiento es generalmente más largo que los otros vanos del puente.

Modelo Asimétrico: por razones prácticas se prefiere el este modelo especialmente cuando son necesarios muchos cables. En la disposición de atirantamiento asimétrico los cables terminan cerca de la parte superior de la torre, pero están separados el uno del otro lo suficiente como para permitir una mejor terminación, la mejora de la protección del medio ambiente, y un buen acceso a los cables individuales para el mantenimiento.

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Diseños de atirantamiento: a) arpa; b) abanico; c) semi-arpa; d) asimétrico Uno de los aspectos fundamentales que se debe analizar en el diseño de un puente atirantado es la distribución y el arreglo del sistema de suspensión, ya que éste no sólo afecta el comportamiento y desempeño estructural del puente, sino también sus dimensiones, los métodos constructivos y, al final, el costo total de construcción. Los sistemas de suspensión pueden ser, en general, de tres diferentes tipos. El primero, de suspensión central (figura a); el segundo, de suspensión lateral (figura b); y el último, de suspensión en tres planos (figura c).

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Según el número de planos de atirantamiento

4.2.2 Vinculaciones entre Pila y Tablero Se conocen tres tipos de vinculaciones entre pilas y tablero correspondientes a sistemas usados habitualmente en puentes atirantados y que se describen a continuación:

Modelo 1: el tablero se apoya únicamente en los tirantes y en los extremos inicial y final del puente, sin existir ningún apoyo en las pilas que son continuas en toda su longitud.

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Modelo 2: la parte de la pila situada por encima del tablero, que llamaremos pilono, se encuentra rígidamente empotrada en el tablero. Este está apoyado en la parte de pila que queda por debajo de él, que llamaremos simplemente pila

Modelo 3: el tablero se encuentra rígidamente empotrado tanto en la parte superior de la pila, o pilono, como en la inferior

4.3

COMPORTAMIENTO DE PUENTES ATIRANTADOS

Los puentes atirantados consisten de un tablero soportado por cables rectos e inclinados

fijados

a

mástiles.

Se

han

tornado

más

comunes debido a su economía y estabilidad para vanos grandes (200 000 a 1 000 000 mm) pero principalmente por su apariencia atractiva. Tienen tres partes principales: tablero, pilares, y tirantes.

El tablero es soportado elásticamente en varios puntos a lo largo de su extensión por cables inclinados, fijados al

pilar

las cargas

permanentes y móviles son transmitidas al pilar o torre; mediante los tirantes con una estructura reticulada con tirantes traccionados los cuales transmiten las fuerzas de carga de tablero a inclinación de los tirantes comprime el tablero del puente rigidizándolo, y aportándole mayor resistencia, bajo el mismo principio del concreto preesforzado,

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sabemos que el mástil y el tablero quedan comprimidos , por lo que aumenta su capacidad de carga y su resistencia a esfuerzos de cargas cortantes y dinámicas , el mástil o torre de un puente atirantado se construye con una esbeltez proporcional al alcance de los tirantes y la luz a cubrir, el mástil es el que recibe y transmite las cargas como acciones verticales al suelo de fundación, además de ser el responsable por la estabilidad general de la estructura, pues leves distorsiones

de

su posición,

generarían sobreesfuerzo en unos

tirantes, y relajamiento en otros, con posibles graves consecuencias, como pandeo o rotación alrededor del eje longitudinal del puente.

4.4

ANALISIS DE FALLAS EN PUENTES ATIRANTADOS 4.4.1 Falla por problemas de diseño

Las fallas por problemas de diseño tienen su origen en otras causas secundarias, que se clasifican de la siguiente manera: 

Errores en la selección del material constitutivo,



Fallas en la especificación de la capacidad estructural del puente,



Indefiniciones en el proceso constructivo o errores en el mismo, y



Fallas geométricas en el diseño estructural.

Generalmente, las causas por problemas de diseño se catalogan como poco probables, sin embargo, estos problemas pueden calibrarse con el comportamiento estructural del puente, durante su operación. Es más probable que los problemas se presenten en algunas partes específicas del puente, como por ejemplo, la capacidad estructural de los elementos de anclaje, para resistir cargas dinámicas, ya que pueden tener poca resistencia o defectos internos.

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4.4.2 Fallas en el material constitutivo

Las causas más importantes identificadas para producir fallas en los materiales son: 

Propiedades mecánicas deficientes del acero,



Proceso de fabricación inadecuado,



Composición química deficiente y



Tratamiento térmico mal aplicado.

Este tipo de fallas, tiene una alta probabilidad de ocurrencia, esto debe generalmente al mal control de calidad en el proceso de fabricación de piezas estructurales que no garantiza la homogeneidad y especificaciones del material, lo que implica que existan variaciones en el material con que es construido un elemento, que puede afectar la integridad del puente.

4.4.3 Fallas en el proceso constructivo Este tipo de fallas se caracteriza por tres problemas secundarios: 

El maquinado,



la soldadura y



El relevado de esfuerzos,

Estas fallas son clasificadas como probabilidad media, su consideración es importante debido a que sus efectos se pueden presentar en un mediano o largo plazo en combinación con algunos de los problemas que pueden existir en el material constitutivo.

4.4.4 Fallas por condiciones de operación no consideradas A excepción de las cargas laterales por efecto del viento, estas causas se consideran de baja probabilidad por el comportamiento global de un puente atirantado; sin embargo, no pueden descartarse las condiciones de tráfico, que pueden aumentar con el paso del tiempo y rebasar a las consideraciones que se tomaron en el diseño.

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CONCLUSIONES 

Los cables de atirantamiento se pueden organizar de diversas formas dentro de cada uno de los haces ya sea el borde del tablero, o un solo plano situado en su eje.



Los cables de retención son los que evitan los movimientos en la cabeza del pilón, además de disminuir en gran porcentaje la deflexión que puede presentarse en el tablero.



Las torres, son la parte más importante dentro de la estructura de los puentes atirantados, ya que estos son los que van a soportar toda la carga que se ha de distribuir del tablero a los cables y estos al pilón o torres.



La altura de las torres está en función de la luz libre que tendrá el tablero entre sus puntos de apoyo.



El tablero es muy importante dentro del esquema resistente básico de la estructura del puente atirantado ya que va a resistir las componentes horizontales que le transmiten los tirantes.



El tablero cumplirá la función de transmitir todas las cargas que vayan a este hacia a los cables y estos a su vez hacia el pilón.



Debido a espacios muy grandes que existen entre cable y cable, el tablero debe tener el peso y la rigidez necesaria para que no existan problemas de flexión.



El escoger un sistema de cables múltiples con espacios pequeños entre estos, facilita enormemente la erección del puente y permite diseñar vanos con mayores luces.



Se debe tomar en cuenta que al colocar pilones delgados en el centro del plano, inevitablemente deberá aumentarse el espesor del tablero.

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Trabajo de Investigacion PUENTES

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