Puentes atirantados

TIPOS DE PUENTES 

Según ESTRUCTURA

PUENTES FIJOS
de vigas
de arcos
de armaduras
cantiléver
sustentados
por cables

de pontones

PUENTES MÓVILES
basculante
giratorio
deslizante
elevación vert.
transbordador

 

Según MATERIAL

de cuerdas
de madera
mampostería
metálicos
de hormigón armado
de hormigón pretensado
mixtos

 

 

 

 

El cable         Las torres         El tablero

 

Los elementos fundamentales de la estructura resistente del puente atirantado son los tirantes, que son cables rectos que atirantan el tablero, proporcionándoles una serie de apoyos intermedios más o menos rígidos.
Pero no sólo ellos forman la estructura resistente básica del puente atirantado; son necesarias las torres 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

La historia de los puentes atirantados es muy singular y diferente de la de los demás tipos; todos ellos se iniciaron como puentes modernos en el s. XIX, pero en cambio los atirantados se iniciaron en la segunda mitad del s. XX, concretamente en los años 50 de este siglo. Este retraso en su origen se está recuperando a pasos agigantados, porque su evolución ha sido extraordinariamente rápida; el primer puente atirantado moderno es el de Strömsund en Suecia, construido en 1955, con un vano principal de 183 m de luz, el de Normandía en Francia de 856 m, ya terminado, y el de Tatara en Japón de 890 m, actualmente en construcción; en menos de 40 años su luz máxima se va a multiplicar casi por cinco. Este carácter singular de los puentes atirantados les confiere un valor de novedad que los han convertido en el puente privilegiado del momento actual.
El puente atirantado admite variaciones significativas, tanto en su estructura como en su forma; no hay más que pasar revista a una serie de puentes atirantados para ver las diferencias que hay entre ellos:

a)

Longitudinalmente pueden tener dos torres y ser simétricos, o una sola torre desde donde se atiranta todo el vano principal

b)

Pueden tener dos planos de atirantamiento situados en los bordes del tablero, o un solo plano situado en su eje

c) Pueden tener muchos tirantes muy próximos, o pocos tirantes muy separados
d) Pueden tener tirantes paralelos, radiales, o divergentes
e) 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
f) 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, etc

Los tirantes se pueden organizar de diversas formas dentro de cada uno de los haces, porque caben diferentes posibilidades:
En primer lugar, 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 número de tirantes es una de las cuestiones que más ha evolucionado en los puentes atirantados. Los primeros tenían pocos tirantes, con separación entre anclajes que llegó a pasar de los 50 m; se trataba de crear una serie de apoyos intermedios para convertir un puente de luces grandes en uno de luces medias.

En los puentes atirantados actuales el número de tirantes es mucho mayor que en los iniciales; se utilizan distancias entre anclajes que varían entre cinco y veinte metros, de forma que la flexión que podemos llamar local, 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. Si en un principio la finalidad de los tirantes era crear una serie de apoyos adicionales al tablero, para transformar un puente de luces grandes en uno de luces medias, este planteamiento ha evolucionado hasta considerar a los tirantes como un medio de apoyo cuasi-continuo y elástico del tablero.
La distancia entre anclajes es lógicamente menor en los puentes de tablero de hormigón que en los de tablero metálico, y ello se debe en gran medida a este problema del proceso de construcción por voladizos sucesivos.

Definido el número de tirantes, es necesario definir la geometría de cada uno de los haces, es decir, del conjunto que desde una torre atiranta un semivano, un vano principal, o un vano de compensación.
A los tirantes paralelos se les ha llamado disposición en arpa y a los tirantes radiales, en abanico.
Los tirantes radiales o divergentes funcionan mejor que los paralelos, porque el atirantamiento es más eficaz y las flexiones en la torre menores. Los paralelos se han utilizado con frecuencia cuando la compensación del tablero se divide en vanos pequeños, de forma que los tirantes del haz de compensación se anclan directamente sobre pilas o muy cerca de ellas. De esta forma el atirantamiento es más rígido y las flexiones en la torre y en el vano principal disminuyen

 

Las torres, en los grandes puentes atirantados con planos de atirantamiento en ambos bordes del tablero, pueden ser análogas a las de los puentes colgantes: dos pilares verticales o ligeramente inclinados, unidos entre sí por vigas horizontales o cruces de San Andrés; se han construido muchos puentes atirantados con torres de este tipo. Con una riostra en cabeza son las del puente de Rande sobre la ría de Vigo de 401 m de luz o las del puente Luling sobre el río Mississippi de 372 m de luz; en el primero las torres son de hormigón y en el segundo metálicas. Las torres de los puentes de Zárate-Brazo Largo sobre los dos ramales del río Paraná, de 330 m de luz, son de hormigón con un arriostramiento metálico en cabeza en cruz de San Andrés aplastada.

Si los tirantes están contenidos en planos inclinados, la solución clásica es la torre en forma de A, que se ha utilizado con frecuencia, desde los primeros puentes atirantados hasta los actuales.
A partir de la torre en A caben muchas variantes, que se han utilizado en distintos puentes:

a) La A prolongada superiormente con un pilar vertical, que es la torre en Y invertida; esta solución se ha utilizado en varios grandes puentes, entre ellos en el de Normandía, de 856 m de luz
b) La A cerrada bajo el tablero para reducir el ancho total de la base, forma que se ha llamado en diamante y que se puede combinar con la anterior, es decir, un diamante prolongado por un pilar vertical; esta combinación se ha utilizado en el puente de Yangpu, Cina, de 602 m de luz
c) La A sin cerrar en la parte superior, rematada con una o varias riostras horizontales que unen los pilares inclinados que forman la A

En los puentes de luces no muy grandes se han utilizado con frecuencia, sobre todo en algunos de los primeros alemanes, la mínima expresión de las torres que es la formada por uno o dos pilares independientes sin ningún arriostramiento entre ellos. Si el puente tiene un solo plano de atirantamiento, la torre tendrá un solo pilar en el eje de la calzada, y si tiene doble plano tendrá dos pilares en los bordes.

La inmensa mayoría de las torres de los puentes atirantados son verticales en el plano del alzado del puente, pero algunas veces se han inclinado dentro de ese plano por distintas razones.
El puente del Alamillo en Sevilla, de Santiago Calatrava, tiene torre única y un vano único de 200 m de luz. En él la torre se ha inclinado hacia tierra y se han suprimido los tirantes de compensación; este sistema obliga a compensar las fuerzas en los tirantes con la excentricidad del peso propio de la torre respecto a su base, debida a su inclinación. Su peculiar estructura obligó a construir primero el tablero sobre cimbra, y después a hacer la torre, que se atirantaba a medida que iba subiendo. Se puede decir que el tablero atirantaba a la torre, y no a la inversa. El coste a sido desmesurado.

El  tablero interviene en el esquema resistente básico de la estructura del puente atirantado porque debe 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 cajón cerrado con voladizos laterales, 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 otro sistema de atirantamiento caben diferentes variantes de la sección transversal; se puede llegar incluso a invertir las secciones, es decir, utilizar el cajón único cerrado en un puente con doble plano de atirantamiento, y por el contrario, el doble cajón, unido por vigas transversales con plano único de tirantes.


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