PUENTES ATIRANTADOS Y COLGANTES

VALENTINA GALEANO CATAO DANIELA OSPINA SAMPEDRO

GEOMETRIA 1

ANDRS PERZ

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA MEDELLIN 2012

PUENTES ATIRANTADOS HistoriaPrimeros puentes atirantados:La estructura general de los puentes atirantados que consiste en generar soportes intermedios a una viga mediante una atadura inclinada, colgada de una torre o mstil se puede referenciar en tiempos muy lejanos, mirando por ejemplo a los egipcios que construan veleros aplicando esta idea, como tambin en el lejano oriente, cuando los ros eran atravesados por puentes de bamb que estaban apoyados por pajas sujetas a los rboles que se encontraban en las orillas. En el ao de 1617, Faustus Verantius, de Venecia, dise una cubierta de madera atirantada por varias barras inclinadas atadas a torres de albailera y en 1784 Emmanuel Loscher, un carpintero alemn, construy en Freibourg un puente de madera de 32m de largo, reforzado por tirantes de madera atada a una torre tambin de madera. En 1817, los ingenieros britnicos Redpath y Brown, construyeron en las praderas del rey, un puente peatonal de 33.6m de longitud, usando cables inclinados para soportar las vigas longitudinales enrejadas en los extremos terceros de sus tramos desde lo alto de dos torres. Posteriormente, en varias partes de Europa fueron construidos algunos puentes con barras de hierro forjado, cadenas, cables o incluso madera, todos con tirantes resistiendo pisos de metal o de madera desde las torres; pero muchos de ellos se colapsaron por los fuertes vientos, ya que estos puentes no podan ser atirantados durante su construccin, y estructuralmente comenzaban a ser eficaces despus de que la plataforma ya haba sufrido una considerable deflexin. Los cables atirantados fueron adaptados exitosamente por John Roebling en sus grandes puentes colgantes; el primero de ellos fue el Trunk, que atraviesa el Nigara, abierto en 1885; luego el puente de Ohio en Cincinnati, inaugurado en 1867; y el ms impresionante, el puente de Brooklyn en Nueva York, puesto en circulacin en 1883. El primer puente exitosamente soportado slo por cables atirantados fue diseado por Giscard en Francia, a finales de siglo XIX, quien desarroll un sistema de triangulacin con tirantes con un arreglo radial desde lo alto de las torres. Le Cocq modific el sistema de Giscard, transfiriendo las componentes horizontales de las fuerzas de los cables atirantados, a la rigidez de la viga; y construy en 1925 el puente Lezardrieux sobre el ro Trieux.

Puentes atirantados modernos:El primer puente moderno, soportado solamente por cables atirantados, es el Stromsund de Suecia diseado por Dischinger y construido por la compaa alemana Demag en 1955.

El siguiente adelanto en los puentes atirantados se dio en los aos sesenta con un sistema con forma de mltiples tirantes, por medio del cual un gran nmero de cables con dimetros pequeos fueron atados a las torres a diferentes alturas, en forma de arpa o de abanico o en forma mixta, para absorber la rigidez de la viga en pequeos intervalos. El puente Friedrich Ebert, en Bonn, Alemania, es el primero construido con mltiples cables; fue diseado por Homberg y se termin en 1967; est sostenido por 80 cables atirantados en ambos lados de las torres.

Usos ms frecuentes de los puentes atirantados:Este tipo de puentes se usa principalmente en vanos medianos y grandes con luces que van de los 300 metros al kilmetro, como en estrechos y bahas, aunque para vanos mayores de un kilmetro, en la actualidad se usan puentes colgantes solamente, tambin se usan para pequeas pasarelas peatonales.

Su estructura:Los elementos principales estructurales en los puentes atirantados son los tirantes, las torres y el tablero Los tirantes son cables rectos que atirantan el tablero, proporcionndole una serie de apoyos rgidos. Las torres sirven para elevar el anclaje fijo de los tirantes, de manera que introduzcan fuerzas verticales en el tablero para crear los pseudo-apoyos. El tablero interviene en el esquema resistente, porque los tirantes al ser inclinados introducen fuerzas horizontales que se deben equilibrar a travs de el. Existen varias formas de distribuir los tirantes en los puentes, las cuales son:

Tirantes paralelos (ARPA):Los cables se disean de manera paralela; las componentes horizontales de la tensin en los cables que soportan la viga, cerca de la torre son ms grandes que aquellos que se utilizan en el sistema de abanico. Con este sistema, las torres deben ser ms altas disponer de una mayor inclinacin, lo que incrementa la rigidez del sistema. Estticamente, el sistema de arpa se considera como el ms agradable a la vista.

Tirantes Semi-Arpa:Para evitar el problema del amontonamiento de los anclajes de los tirantes en el pice de la torre, estos estn espaciados a distancias convenientes en la parte superior de la torre, sin que se llegue a un arreglo paralelo.

Tirantes Radiales (ABANICO):Los cables estn anclados en lo ms alto de las torres, desde un mismo punto, lo que implica problemas en los detalles de las anclas.

Las torres (piln) son la parte ms importante dentro de la estructura del puente, pero esta tambin presenta algunas variaciones en su forma como lo vemos en la imagen:

(a) Prtico tipo portal con miembro transversal superior. (b) Torres empotradas en la pila y sin miembro transversal superior, (c) Torres fijas a las vigas principales y sin miembro transversal superior, (d) Torre en el eje, fija a la superestructura, (e) Torre en forma de A. (f) Torre desplazada lateralmente, empotrada en la pila. {g) Torre en forma de diamante.

Dependiendo de cmo este ubicada la torre y de cmo llegan los tirantes se clasifican en:

Puente de piln lateral:

En este tipo de puente, el piln, no est situado en el mismo plano de la pista (longitudinal), sino un poco a un lado, este diseo permite puentes con pistas algo curvas.

Puente Asimtrico:

Este puente, usa un pilar a un extremo del puente al que llegan los cables. Estos puentes no son muy diferentes respecto a los atirantados normales. La fuerza de los cables puede ser compensada continuando estos hasta unos contrapesos en el suelo. Los cables, pueden ser sustituidos por pilares de hormign prensado trabajando a compresin.

Puente de Contrapeso:

Es un puente similar al anterior, salvo que los cables no continan hasta el contrapeso, sino que estn anclados al piln, y el piln sujeta la fuerza de los cables, debido a su propio peso y su anclaje en el terreno.

Tipos de fuerzas presentes:La forma estructural bsica de este tipo de puentes es una serie de tringulos interpuestos que comprimen a la torres, a los cables, y a la plataforma. Todos estos miembros del tringulo estn predominantemente bajo fuerzas axiales: los cables a tensin; mientras que la torre y la plataforma estn sujetos a la compresin.

Ventajas y desventajas:Ventajas: No requieren anclajes tan slidos. su construccin es simple tienen adems mayor rigidez que el puente colgante de por vida, y por cargas de viento. su perfil de una plataforma delgada sostenida por delgados cables en un patrn lineal desde una o dos torres altas, resulta una atraccin muy llamativa.

Desventajas El ndice de fallas que se presentan en los puentes atirantados en servicio, se debe a cuatro factores fundamentales: a problemas de diseo; a los materiales constitutivos; al procedimiento constructivo; y a la operacin, bajo cargas vivas. Estos tipos de falla conducen a que en los materiales se presenten defectos o agrietamientos que pueden extenderse o crecer; y debido a las cargas a que se encuentra sometida la estructura en un momento dado, pueda colapsarse. O bien las fallas tener su origen en el proceso de construccin, ya sea porque no hubo un control de calidad, y por lo mismo no se cumpli con las especificaciones de la obra. Las fallas que se deben a las cargas de operacin es porque las cargas vivas que se presentan son extraordinarias; o porque se rebasaron las cargas de diseo, las cuales pueden ser por el

incremento del flujo vehicular; o porque se presenten vientos con velocidades mayores a las normales; o debido a un sismo de intensidad mayor a la de diseo; o bien por una combinacin de ellas.

Ilustraciones de Puentes atirantados

Tatara Bridge

Third Nanjing Yangtze Bridge

Baishazhou Bridge

Xupu Bridge.

Puente del alamillo

PUENTES COLGANTES HistoriaHistoria:El primer puente: JACOBS CREEK, Ubicado en Pennsylvania (U.S.A) En el ao 1801, diseado por James Finley. Este puente contaba con una longitud de 21 m considerado un puente colgante o suspendido, elaborado con materiales como: El hierro forjado y mampostera. Este puente colgante hecho con cadenas de hierro nace con la Revolucin Industrial, el concepto puro de puente colgante no es nuevo (China y Latinoamrica ensayaron versiones con cuerda desde mucho tiempo atrs), este es el puente que introduce la tipologa constructiva que en el mismo siglo exceder el medio kilmetro de luz libre. Emplea torres para el desvo de las cadenas, tensores verticales de suspensin y un deck rgido y nivelado. (James Finley, el diseador, escribi un artculo acerca de las propiedades del puente suspendido con deck rgido y patent este sistema en 1808). Despus de esta propuesta se empezaron a disear una gran variedad de puentes como: Menai y Cowny (puestos en funcionamiento en 1826) en el Norte del Pas de Gales y el primer puente Hammersmith (1827) en la zona Oeste de Londres. Desde entonces puentes colgantes han sido construidos a lo largo de todo el mundo. Esta tipologa de puente es prcticamente la nica solucin posible para salvar grandes luces (superiores a un kilmetro), por ejemplo, cuando sea peligroso para el trfico martimo aadir apoyos centrales temporales o permanentes, o no sea viable aadir apoyos centrales.

Usos ms frecuentes:Desde la antigedad este tipo de puentes ha sido utilizado por la humanidad para salvar obstculos como un cuerpo de agua, estos puentes son construidos la mayora de las veces para el trfico automovilstico y el de peatones, e incluso soportan lneas de ferrocarril ligeras.

Elementos que contienen la estructura de los puentes colgantes:Al faltar dureza el puente lo ms probable es que se vuelve tortuoso en situaciones de varios y forzudos vientos. Esta falta de dureza dificulta gran parte el sostenimiento de este. Estos puentes estas sometidos a grandes cargas de vientos., las torres actan en un momento como fuerza en sentido curvo sobre el suelo, y notifican una gran sostenimiento cuando se emplea en terrenos frgiles, lo que conlleva a gastar una gran suma de dinero lo cual le podra salir muy caro a la constructora. Para fijar los cables que transfieren las cargas al suelo, no siempre va hacer esencial tener un suelo con gran dureza, ya que pueden anclarse a un bloque grande de cemento. El gran volumen que necesitara la tensin a la que estn dominados los cables que llevan el trabajo principal y de su desvi. Aunque el mtodo ms primario radica en anclarlos sujetndolos a unos grandes gaviones llenos de rocas por dentro. Casi todos los puentes colgantes utilizan estructura reticulada en acero para lograr as un gran soporte con una mayor facilidad de construir una carretera, comnmente llamada (Plataforma). En las pocas pasas la suspensin en los puentes se podan hacer por cadenas enlazadas, pero a medida que la tecnologa ha evolucionado los puentes modernos cuentan con mltiples cable de acero que son utilizados para lograr una variada repeticin y as evitar que en el cable principal se encuentren defectos ya que esto puede crear una gran amenaza, pero si hablamos de que solo una barra del cable este malo puede llegar a ocasionar que la estructura colapse y as crear una gran tragedia. Las formas ms usadas de suspensin utilizadas en grandes puentes cuentan con mayores posibilidades de manifestarse en diferentes ambientes menores que estos puentes como los de ferrocarriles o de vas. La contencin con cables puede amparar como soportes para llegar a una solucin ms econmica y con ms elegancia para los puentes peatonales hechos con un gran enrejado. Un puente une dos edificios no se hace necesaria la construccin de las torres ya que los dos edificios hacen el trabajo de las torres y sostienen los cables. La suspensin con cables puede ser incrementada con la rigidez de la estructura simulando as un puente tubular. Las conformaciones ms utilizadas para la construccin de las torres es en prticos, ya que de esta forma se puede ahorrar una gran parte de dinero, pero sin dejar atrs algunas caracterstica como, las torres deben tener el ancho mnimo, pero suficientemente amplio en la parte superior para tomar la silueta del cable. Algunos de los puentes colgantes tienen cables fijos en la parte superior de las torres. Con este orden, debido a la comparativa finura de stas, las deflexiones de la parte superior no producen esfuerzos. Lo ms recomendable es usar torres oscilantes, articuladas en la base y en la parte superior. Tambin, es posible utilizar torres empotradas en la base.

Etapas constructivas: Limpieza del terreno. Reconsideracin. Excavacin. Construccin de los pilones, ya sea en estructura de cemento o acero, Utilizando por ejemplo, tubos con un dimetro grande. Utilizacin de los cables principales. Acoplamiento de las pndolas y las vigas para dar dureza. Tablero, ya sea de tablones de madera o losas de cemento de delgado espesor. Acabados.

Tipos de fuerzas presentes:Fuerzas de atraccin y compresin: En un puente colgante intervienen los dos tipos de fuerza tanto el de atraccin como el de compresin es decir: La fuerza de traccin: (Es el esfuerzo a que est sometido un cuerpo por la aplicacin de dos fuerzas que actan en sentido opuesto y llegan a estirarlo). En un puente colgante la fuerza de traccin se localiza en los cables principales. Lo cual el cuerpo est sometido a un esfuerzo de traccin sufre deformaciones positivas (estiramientos) en ciertas direcciones por efecto de la traccin. La fuerza de traccin es la que intenta estirar un objeto (tira de sus extremos fuerza que soportan cables de acero en puentes colgantes, etc.) La fuerza de compresin: (Es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un slido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reduccin de volumen o un acortamiento en determinada direccin). La fuerza de compresin es la contraria a la de traccin, intenta comprimir un objeto en el sentido de la fuerza. La fuerza de compresin es un estado de tensin en el cual las partculas se aprietan entre s. Una columna sobre la cual se apoya una carga, se halla sometida a una solicitacin a la compresin.

Ventajas y Desventajas:Ventajas: El puente colgante se puede decir que es el nico que permite ocultar las luces ms grandes. Los elementos que forman la viaducto son lo suficientemente rpidos para que puedan ser manipulados por los empleados sin necesitar una maquinaria especial. Este se considera una estructura muy flexible. Si se evitan cargas precisas de mayor nivel se pueden producir movimientos importantes. . Pueden tener la plataforma de gran altura accediendo el paso de embarcaderos muy altos. No es necesario apoyos en el centro durante su terminacin, dndole el paso as a construir sobre profundos caones o cursos de agua muy turbulentas.

Desventajas: Es necesario mantenimiento en varias ocasiones para evitar el deterioro ya que una gran porcin de la estructura es hecha en metal. Los tubos metlicos por lo general deben ser pintados y el estado de los cables se debe revisar En varias oportunidades.

Ilustraciones Puentes Colgantes

Puente del Gran Belt

Puente Yangluo

Puente del Estrecho de Mackinac

Puente colgante en Bilbao

Golden Gate

Cibergrafia: http://lospuentescolgantes.blogspot.com/2009/01/los-puentes-colgantes.html http://www.estruktural.net/Estruktural/Historia_de_Puentes/Entries/2009/11/21_1801_JACOB%E2%80 %99S_CREEK__EL_PRIMER_PUENTE_COLGANTE_SUSPENDIDO_DEL_MUNDO.html http://www.construmatica.com/construpedia/Puentes_Colgantes_y_Hamaca_en_Construcci%C3%B3n_ para_el_Desarrollo http://www.ingenierocivilinfo.com/2012/02/puentes-atirantados-configuraciones-de.html http://www.imt.mx/archivos/publicaciones/publicaciontecnica/pt301.pdf