1992 Junio 3311 04small

524 views

Published on

Published in: Business, Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
524
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
2
Actions
Shares
0
Downloads
13
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

1992 Junio 3311 04small

  1. 1. EL PUENTE DE LA BARQUETA, , "j",O>hl ':i)J@ "'*·"",0 Mn! ij!~, ,.~--jc "UmH,tjijB' ",itm, @I";¡: • @! f , 1 ,- SOBRE EL VIEJO CAUCE ~¡¡HUmiW!litl,,¡¡,¡,,¡mgu.H';'··;"'M¡l!u@.¡;¡.'.-f·--Uftlfiji''':¡'---¡¡iji¡'!I!i!,J#lli."io¡II1I¡.¡G,-.-. DEL RIO GUADALQUIVIR, !!ml@umuID!WmfllH mm' !m,¡muw¡,¡¡ m@-:@'.% h,n¡IIIN¡ ¡.jF'd'ji'lmmJ -.v-<.f!'"mlJj oc ""1' ¡ ¡ WIi_.,,(,. + al -l'" "1 " 1" ,< I EN SEVILLA C::::IJ Por Juan J. Arenas y Marcos J. Pantaleón Dres. Ingenieros de Caminos. APIA XXI, S.A. Santander. ; 1. INTRODUCCION A partir de esa fecha, y con el puente en su em- plazamiento definitivo, continuaron los trabajos Nace el Puente de la Barqueta de un Concurso de acabado, que en diciembre de 1989 estaban de Proyecto y Construcción lanzado por la Socie- totalmente concluidos. Las pruebas de carga del dad Estatal'para la EXPO'92 de Sevilla en diciem- puente tuvieron lugar en vísperas de la Navidad bre de 1987. El Concurso se refiere a dos obras de 1989. A partir de entonces, ha prestado un de cruce del Meandro de San Jerónimo que van servicio importante como camino de obra para a servir para unir el casco histórico de Sevilla con toda la edificaCión que en esa Isla se ha llevado a la vecina Isla de La Cartuja, las cuales reciben los cabo. En los momentos actuales, y con la Expo nombres de Pasarela de la Barqueta y Pasarela de en funcionamiento, el puente materializa la Puerta la Cartuja. de la Barqueta, que es uno de los cinco accesos En el mes de abril de 1988 se produce· el fallo de que dispone la muestra. Aunque, por su em- del Jurado, adjudicando la ejecución de la Pasa- plazamiento privilegiado de conexión del centro rela de la Barqueta al Proyecto presentado por las histórico de Sevilla con la Isla de la Cartuja, pare- empresas AUXINI y ENSIDESA y realizado por los ce que es el que, de lejos, está siendo más utili- Ingenieros de Caminos autores de este trabajo. zado por la gente. En el mes de julio del mismo año, se presenta a la Sociedad Estatal el definitivo Proyecto de Construcción que, una vez aprobado por ella, sir- 2. TIPOLOGIAS y MECANISMOS ve para la formalización del Contrato de construc- RESISTENTES BAStCOS ción entre la Sociedad Estatal y las Constructoras que, a estos efectos, constituyen una Unión Tem- No sería demasiado exacto aquí hablar de tan- teos, al plantearnos la tipología de la obra. Y ello, poral denominada AUXIDESA. Los trabajos de cimentación del puente se ini- porque, con las condiciones básicas del Concur- so, nos pareció desde el primer momento que la ciaron en el mes de septiembre de 1988 mientras solución más adecuada para salvar un vano de que los de construcción de piezas de acero co- casi 170 ms, a escasa altura sobre el agua y con menzaron en los talleres metálicos en el mes de terreno de cimentación relativamente flojo, era la octubre del mismo año. La obra se desarrolló en la orilla lado EXPO del viejo cauce del Guadalqui- de arco superior atirantado por el propio tablero. En efecto, un arco atirantado funciona en tér- vir, y en el mes de mayo de 1989 el puente es- minos generales como tramo simplemente apo- tuvo dispuesto para su montaje por rotación, ope- yado, o sea como gran viga isostática que ha de ración que se llevó a cabo el día 30 del mismo soportar las leyes de momentos flectores y es- mes. fuerzos cortantes que las cargas aplicadas le en- gendren. Pero, con absoluta lógica resistente, lo Esta parte se basa en el texto y'figuras del CapItulo escrito hace com'o gran viga compuesta por cabezas se- por los Proyectistas del Puente de la Barqueta dentro del paradas que resisten el flector (arco superior re- libro «Los Puentes del 92», editado por el Colegio de In- sistiendo la fuerza de compresión y tablero infe- genieros de Caminos de Andalucla Occidental en 19B9. rior soportando la de tracción) y, además, con una REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992 47
  2. 2. En el caso del arco, ley de variaclon de canto, o sea de flechas del Las otras dos alternativas básicas que son el ta- arco respecto al eje del tablero, que, si fuera rigu- blero atirantado con mástiles en una o en ambas pieza rosamente proporcional a la ley de flectores, con- orillas yel dintel de tramo recto funcionando en fundamentalmente duciría a una situación de pura antifunicularidad. flexión sin auxilio de elementos resistentes por comprimida, las Viniendo, por ende, los constantes resistidos por encima de la calzada se descartaban con facilidad la pendiente del arco en cada punto, creciente por razones de distribución de luces y condicio- posibilidades del desde clave hasta arranques, como proyecciones nes de la cimentación, importantes cuanto más hormigón, frente al verticales del axil de compresión que el arco cortos sean los vanos laterales. En términos glo- acero, aumentan. transmite (figura 1). bales, con la distribución de luces que el concur- La gran viga simple de canto variable, en que so planteaba, la solución atirantada nos parecía en el fondo consiste un arco superior atirantado poco natural para resolver el problema del cruce por el tablero, se apoya sobre pilas verticales con del Meandro. En cuanto al dintel flexionando, y la misma comodidad con que lo hace un tablero aún contando desde el principio con solución de recto cualquiera de puente: Mediante aparatos de acero, la luz de 170 metros sólo puede 'resolver- apoyo capaces de transmitir la carga vertical y de, se, casi como proeza técnica y apuradamente, a al mismo tiempo, aceptar sin grandes esfuerzos base de vanos adyacentes de empotramiento del los movimientos impuestos de desplazamiento y principal. O sea, con las mismas secuelas de pro- giro del mismo. Pero sin que aparezcan por nin- longación no deseada de la estructura y reaccio- gún lado los componentes horizontales de reac- nes negativas en sus apoyos extremos. ción, consustanciales a los arcos empotrados en Si uno revisa las veintitantas soluciones presen- el terreno. O sea, el arco atirantado funciona tadas al Concurso de ambas pasarelas, los arcos como arco, es decir con empuje horizontal a lo lar- superiores atirantados predominan considerable- go de todas sus secciones, pero obteniendo tal mente sobre los dinteles o los tableros atiranta- fuerza del tablero puesto en tracción y sin solici- dos. tar horizontalmente a un terreno que, como el de las margas del Guadalquivir, no se presta a ello 3. LA ELECCION DEL MATERIAl: demasiado bien. ACERO U HORMIGON El arco atirantado se compone de arco compri- mido y tablero traccionado. Para éste último. el empleo de acero, como material resistente a trac- ción, parece claro, aunque la alternativa podría ha- ~rco ber sido un tablero de hormigón pretensado, en el que el hormigón se ve precomprimido por la ac- ción de los tendones de pretensado y es, gracias h(x) flecho a ello, capaz de resistir tracciones. Cierto que con un peso propio del orden de cinco veces el del ta- blero de acero. En el caso del arco, pieza fundamentalmente comprimida, las posibilidades del hormigón, fren- te al acero, aumentan. O sea, pensamos que, con ----- Q{x) formas y dimensiones globales similares a las del proyecto de acero, este arco hubiera podido de- sarrollarse en hormigón armado. Incluso habría que decir aquí que las formas que hemos adopta- do en el arco y los pies inclinados, que son pia- nos con rehundidos longitudinales, provienen de una mentalidad de proyectista de hormigón, que trabaja sobre un material que tiende más a volú- Darco menes macizos que huecos, frente a la de un pro- yectista de estructuras de acero, material en el que las superficies planas, aprovechando la bidi- ,/ mensionalidad de las chapas, es la regla general. ,/ El plazo ofertado por AUXINI-ENSIDESA para la / realización del puente era de sólo 10 meses, cifra L / __ _ que resultó la típica ofertada por el conjunto de constructores que acudieron al Concurso. Pues Z tirante bien, tal plazo, que con estructura de acero se ha demostrado real, hubiera sido difícilmente posible Si h(x) es proporcional a M(x) con estructura de hormigón. Y ello, en primer lu- estamos en equilibrio ideal gar, por la ligereza de este material y, en segun- antifunicular, cumpliéndose: do, por la prefabricación en taller a él inherente. Por supuesto que el hormigón admite también I Dx I = Ztirante = M(x)/h(x) prefabricación de segmentos y ensamblaje pos- I Dvl = Q(x) terior en obra. Pero ello con un peso muy supe- Figura 1. Analogía entre rior que hubiera impedido el procedimiento cons- estando inalcanzable en el arco atirantado a causa arco atirantado y viga de tructivo basado en el giro y flotación. El puente de la flexibilidad axil del tirante. canto variable. hubiera debido montarse en su emplazamiento 48 REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992
  3. 3. definitivo, cruzando sobre el meandro de San Je- rónimo, y ello hubiera exigido una importante ci- mentación provisional de pilotes hincados o ex- cavados, planteando además un serio problema constructivo para el emplazamiento de piezas pre- fabricadas de gran peso. No entraremos aquí en la polémica que sancio- na el acero con gastos de conservación de los que, se dice, el hormigón está libre. Vale la pena reseñar aquí que países como Suiza y Alemania están, cada vez más, procediendo a pintar puen- tes de hormigón para aumentar la protección de sus armaduras. Por tanto, lo menos que hoy pue- de decirse es que el acero es un material de cons- trucción para puentes que hay que considerar con la mayor atención a la hora de elegir. La econo- mía de las obras de hormigón seguirá imponién- dose en muchos casos, como ocurre en Francia, Alemania y Suiza, pero hay que desear que, por sus propios méritos, un cierto número de gran- des puentes se construyan en acero, como forma de mantener una capacidad tecnológica que un país necesita tener a punto constantemente. pórticos verticales espaciados en sentido trans- Figura 2. Puente sobre el 4. PUENTES CLASICOS DE ARCO versal, los únicos mecanismos esericiales para su Danubio en Regensburg ATIRANTADO POR SU TABLERO resistencia son la flexión de los nervios transver- (RFA). sales y el funcionamiento de cada arco atirantado Hasta ahora hemos hablado, en términos glo- del modo arriba indicado, sin prácticamente es- bales, de un arco superior atirantado por el table- fuerzos de torsión ni en el tablero ni en los arcos. ro, sin detallar dónde se sitúa este arco y cómo Estos presentan el problema de su estabilidad en se engarza con aquél. Los puentes de esta familia el plano transversal al puente y, dado que la rigi- están compuestos en su mayoría por una par de dez torsional aumenta su seguridad frente al pon- arcos verticales, dispuestos en ambos bordes del deo lateral, suelen componerse con secciones tablero, o situados, más hacia el centro, entre la cerradas. Con suficiente inercia lateral y torsional calzada y las aceras. La organización de puente se han construido grandes puentes de arcos es, en tal caso, muy simple: El tablero se compo- exentos como el del Danubio en Regensburg ne de sendos nervios longitudinales, dispuestos (RFA), figura 2. en los planos de los arcos, que soportan vigas Lógicamente, el mejor medio de aumentar la es- transversales espaciadas un cierto intervalo. En tabilidad lateral de los arcos consiste en arrios- los puntos de carga del nervio transversal sobre trarlos uno contra otro, y ello mediante elemen- el longitudinal se suelen disponer péndolas verti- tos transversales que se establecen en la zona cales concebidas para suspender la acción trans- central del vano. En ocasiones, se ha buscado en mitida al arco. Cada arco compone con su nervio tales arriostramientos bellos efectos de encaje y inferior y las péndolas que los relacionan una su- lacería, a base de nervios repetidos entrelazados. bestructura atirantada, capaz de soportar cargas, En la figura 3 mostramos un esquema del puente con el arco fundamentalmente comprimido (en de acero sobre el Danubio en Straubing que salva general, en f1exocompresión), el tirante en flexo- 200 metros de luz con un juego de arriostramien- tracción y las péndolas en tracción pura, supues- tos que es modelo de pureza y elegancia. ta su total ausencia de rigidez. En el caso de que la ley de flechas del arco resulte proporcional a la ley de flectores de viga simplemente apoyada de- bida a las cargas soportadas, la situación será de casi perfecta antifunicularidad, con el arco en casi compresión pura y el nervio inferior en casi trac- ción pura. La distancia entre el casi y el todo de- saparecería si la rigidez axil del trante fuera tan grande que el alargamiento que experimentara bajo la tracción que en él induce el empuje hori- zontal del arco tendiera a cero. Ello; sin perder de vista que la situación de an- tifunicularidad es más una referencia conceptual- mente interesante que un estado tensional al que haya que aspirar, dado que él sólo es imaginable en estados de carga permanente, bajo acciones perfectamente conocidas, pero que carece de sentido tan pronto como interviene la sobrecarga variable. Figura 3. Puente sobre Desde el momento en que el puente incluye dos el Danubio en Straubing. REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992 49
  4. 4. Figura 4. Puente de hormig6n sobre el Twenthekanal (Holanda). Figura 5. A la derecha: Puente de Fehmarnsund (RFAJ. Por el contrario, y con arcos de hormigón, po- se aloja en la mediana y su ancho extremo queda cos nervios de arriostra miento con formas limpias limitado por el de ésta, con las consiguientes res- y expresivas ha sido una receta a seguir (figura 4). tricciones para su seguridad frente al pandeo la- Pero, buscando máxima simplicidad, se puede teral. En estos dos ejemplos, la caída del arco so- obtener estabilidad transversal por la vía de plan- bre el tablero resulta ópticamente dura y hasta tear sendos arcos gemelos que, en lugar de si- agresiva para el tráfico que los usa. tuarse en planos verticales y, por tanto, paralelos, se emplazan en planos inclinados transversalmen- te, convergiendo en la. zona de clave. Con esta 5. EL DISEÑO DEl PUENTE DE LA disposición disminuye la importancia de los ele- JlARQUETA mentos de arriostramiento transversal y se avan- za más en el sentido de la máxima integración for- El arco único de plano central nos pareció des- mal de la obra. El puente de Fehmarnsund, en la de el principio muy deseable, y ello por tratarse zona fronteriza entre la RFA y Dinamarca es pro- de un puente que durante la celebración de la bablemente el ejemplo más notable de esta ten- EXPO va a funcionar como pasarela peatonal y en dencia (figura 5). el que, por tanto, hay que pensar en la máxima co- El paso siguiente consiste ya en eliminar el do- modidad para los visitantes que lo crucen a pie. ble arco y reemplazarlo por un arco único vertical, Sin embargo, deseábamos evitar a toda costa situado lógicamente en el plano medio del puen- el efecto duro de caída del arco sobre los extre- te. Es solución sólo aceptable para puentes de au- mos del tablero. Y, por otro lado, éramos cons- topista o urbanos como mediana central. Existen cientes de la limitación de anchura del arco al an- ejemplos de esta tendencia como el puente T 0- cho libre de la mediana, si no resolvíamos ese as- Figura 6. Puente sobre el moegawa en Japón, vano de 171 ms, o el de Sal- pecto, lo que nos llevaría al proyecto de un arco Salzach en la autopista del zach, cerca de Salzburgo, que salva el río con luz con problemas de estabilidad transversal y con Tauern (Austria/. de 133 metros, figura 6. En ambos casos, el arco más canto que ancho, algo poco lógico cuando tal arco se halla más coartado frente al pandeo dentro de su plano que fuera del mismo. Todo lo cual nos condujo a la idea de abrir el arco en ambos extremos, descomponiéndolo en pares de pies inclinados que, al abrirse, no sólo no caen sobre el tablero sino que lo abrazan. Y, de paso, e independizado el diseño del arco de la anchura libre de mediana, estamos en condicio- nes de acordar a éste las dimensiones de sección transversal que estimemos cómodas para su tra- bajo estructural (figura 7). Pero es que la idea de volar el arco central a par- tir de sendos pórticos triangulados nos conduce de paso a reducir enormemente el problema de su estabilidad transversal. Al distribuir los 168 metros de luz del puente en dos segmentos ex- tremos de 30 ms cada uno, proyecciones hori- --Al( 7 zontales de los pórticos triangulares, con un hue- co central de sólo 108 ms donde se desarrolla con libertad el arco único, resulta que la cargacrí- tica que produce el pandeo lateral del arco es dos veces y media mayor que la que hubiéramos te- 50 REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.31 1. AÑO 139. JUNIO 1992
  5. 5. nido con el diseño de arco único, libre desde uno tos homólogos en el arco, pero espaciados éstos Figura 7. a otro extremo del puente. Estimaciones básicas 675 cm. en proyección horizontal (figura 8). que se vieron totalmente confirmadas cuando, O sea, la suspensión del tablero desde el arco más adelante, llevamos a cabo el análisis no lineal puede llevarse a 'cabo planteando amarres cada del puente como estructura espaciaL en teoría de 8,50 metros en éste, distancia adecuada para la segundo orden. organización interna del tablero. Pero los 144 me- Cierto que, como todo tablero sustentado por tros de tablero que existen entre amarres de pén- plano único de péndolas, el nuestro estaba obli- dolas extremas (16 módulos, o sea, 17 péndolas gado a recoger la totalidad de las cargas torsoras de las que una coincide con el eje del puente y re- que pudieran solicitarlo y trasladarlas, sufriendo sulta, por tanto, vertical), se hacen corresponder los correspondientes esfuerzos de torsión, hasta con los 108 ms de proyección horizontal del arco los apoyos finales donde quedarían equilibradas libre. De ahí la separación horizontal de 6,75 me- por las reacciones exteriores verticales. Pero tal tros que resulta entre cuelgues consecutivos de esfuerzo de torsión resulta sumamente cómodo péndolas en el arco. de resistir por un tablero de acero, y más aún, por La unión entre el arco libre y los pies inclinados una sección completamente cerrada. Forma que, se ha resuelto a través de un nudo que, por su de paso, contribuye de modo importante a facili- complejidad, ha constituido uno de los puentes tar la pintura y conservación de la obra. más espinosos del proyecto. Pero el concepto de arco desarrollado entre pórticos triangulares extremos iba a tener otra consecuencia formal que ha contribuído a la ori- ginalidad del diseño de este puente: la inclinación variable de las péndolas a lo largo del tablero. La existencia de arco central en sólo la parte media Punto importante fue el de determinar la direc- del puente nos llevó a concebir las péndolas se- triz del arco. Es sabido que la búsqueda de figu- gún una organización en abanico y convergente ras antifuniculares de las cargas de peso propio lRat7WlJUeS ]patll'2l atlbll"ñll" hacia arriba, donde un conjunto de puntos del ta- ha llenado en el pasado muchas páginas de la li- blero, espaciados 8,50 metros longitudinalmen- teratura técnica, lo que es bien comprensible 11m atll"CO elJU SllDS te, quedan enlazados con otro conjunto de pun- cuando se trata de obras de hormigón en las que extll"emos. REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N,' 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992 51
  6. 6. mento en qu.e, a diferencia de lo que ocurre con el arco, aquí ya no hay cargas suspendidas (tan sólo su pequeño peso propio), entendemos que su curvatura debe desaparecer. Que los pies in- clinados deben ser piezas radicalmente rectas. Queda el problema de la péndola extrema que viene a anclarse al eje del Nudo de enlace entre arco central y par de pies inclinados. La carga concentrada que ella transmite nos ha llevado a establecer un cierto quiebro angular entre alzada de directriz de pies inclinados y directriz de arran- que del arco central en tal nudo. La ausencia de tal quiebro, claramente perceptible en la obra real, produce un claro empobrecimiento de la figura del puente que aparece así como debilitado, sin fuer- za estructural (figura 9). Aspecto esencial fue en este proyecto determi.- nar la flecha del arco, distancia entre las directri- ces del arco y el tablero. La flecha acordada, que es de 29,84 metros, equivale al 18 por ciento de la luz y no está sacada de ninguna consideración apriorística. Para su elección nos basamos en su- cesivos dibujos en los que tal flecha variaba y en los que pudimos .apreciar la importancia estética de una correcta relación entre el arco y el tablero. Porque ocurría que flechas menores, del orden del séptimo de la luz, transformaban la impresión de arco-bóveda que éste produce, fuerte y flexi- ble al mismo tiempo, por la de viga-rígida-de-can- to-variable. Y, a partir de flechas mayores, del or- den del quinto de la luz, comenzaba a perderse la relación óptica entre arco y tablero, que empeza- ban a parecer como disgregados el uno del otro. La figura 10 muestra el alzado transversal del pórtico formado por el par de pies inclinados vis- to desde el centro del río, donde se aprecia. tanto al engarce de arc,? y pies a través del nudo como el efecto de los rehundidos de todas sus caras. También se muestra con claridad la geometría de las grandes vigas traviesas de ejes de apoyo, que, con 30 metros de luz,cierran el triángulo de los pies inclinados, al tiempo que toman la carga de extremo de tablero y la transmiten hasta las pilas de hormigón que sustentan la estructura. La sección transversal del arco central, figura .11, se compone a partir de un rectángulo de 270 Figura 8. cm de ancho por 180 cm de canto, en cuyas cua- el peso propio predomina ampliamente sobre las tro caras se han planteado amplios rehundidos, cargas variables. de 30 cm de profundidad. La idea de los rehundi- Pero, en acero, el problema cambiaba sustan- dos nace del doble deseo de cortar ópticamente cialmente y ello tanto por la falta de preponderan- las grandes superficies de chapa y de resolver con cia del peso de la estructura como por lo fácil- la mayor limpieza la rigidización de éstas. En efec- mente que el acero acepta estados de flexocom- to, con la sección diseñada, disponemos de su- presión con tracciones incluidas. Por ello, enten- perficies autorrigidizadas en sus cuatro caras, eli- dimos que había que dar prioridad a la limpieza de minando por completo la necesidad de rigidizado- geometría sobre consideraciones de afinamientos res internos. Cada una de las ondas parciales de mecánicos de la directriz, harto discutibles ade- la sección transversal compone un soporte con más con este material. Ello nos llevó, de modo di- suficiente radio de giro, en relación con la distan- recto, a concebir un arco de directriz circular, por- cia a que se disponen los diafragmas transversa- que el círculo, figura perfecta para los pitagóricos les, para garantizar su estabilidad y la de cada una y renacentistas, ofece muy claras ventajas a la de las chapas que lo componen, cuyos espeso- hora de la fabricación en taller de sus diferentes res oscilan entre 16 y 36 milímetros. segmentos. Los diafragmas internos del arco, espaciados La otra cuestión, claramente conceptual. hacía del orden de 180 cm, cumplen numerosas misio- referencia al planteamiento de los pies inclinados. nes, tales como: En efecto, visto el puente en alzado, los pies no - Estabilizar cada una de las caras del arco, son otra cosa más que la prolongación del arco funcionando entre ellos como chapas autorrigidi- hacia sus bases de arranque. Pero, desde el mo- zadas. 52 REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992
  7. 7. Figura 9. Permitir el anclaje de cada péndola y trans- engendradas en ellas por la curvatura del arco, mitir su carga concentrada a las diferentes cha- con luces iguales a las distancias entre diafragmas pas que componen su sección transversal, me- consecutivos. Los estados tensionales engendra- diante tensiones tangenciales adecuadas al esta- dos por esta flexión local, a combinar con las ten- do tensional membrana que soportan. siones longitudinales del trabajo principal del Figura 10. A la izquierda. - Equilibrar fuerzas de desviación de las cha- Alzado transversal del arco, no resultaban desdeñables y ello nos animó pÓrtico triangular. pas curvas del arco con tales cargas concentra- a no separar demasiado los diafragmas. das de péndola. Esto último supone que las caras Cada pie inclinado se genera a partir de un cua- superior e inferior del arco funcionan como vigas drado de 180 cm de lado, con rehundidos ento- Figura ". Sección. continuas que soportan las fuerzas de desviación das las caras de 30 cm de profundidad. Los dia- transversal del Arco central. '''' f~~~i ~~~c~~~~~=-~~==~-=~~~,.~~~=.~.~~~~~ .. . REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.3 L1. AÑO L39. JUNIO 1992 53
  8. 8. Figura 12. Geometría fragmas internos se establecen aquí cada 330 cm básica del Nudo Arco-Pies desde el momento en que, al ser rectos, no apa- inclinados. recen fuerzas de desviación ni, por tanto, flexio- nes locales en sus caras. Su misión es dar continuidad a todas las cha- pas del arco y de los pies inclinados. Las caras su- perior e inferior de uno y otros se enlazan sin di- ficultad mediante planos, en forma de trapecios y triángulos, aunque con las fuerzas de desviación resultantes de los quiebros angLllares. Por el con- ALZADO FRON1AL CON VIS1A DEL trario, el enlace de las chapas de caras laterales ANCLAJE lN1ERNO DE PENOOLA =-- '/" ",.,.... ., resulta más comprometido. Para unir las caras ex- ternas del arco con las externas de los pies es preciso plantear un doble triángulo de chapa con arista y pequeño quiebro intermedio. La cara late- ral interna de cada pie se enlaza con la cara late- ral externa del arco mediante superficie plana. La figura 12 da una idea global de la configuración descrita. El problema consistió en encontrar la definición geométrica detallada de todo este conjunto de chapas, aristas y ángulos diedros y en plantear un sistema interno de rigidización que asegurara la estabilidad de todas sus chapas componentes. La existencia, dentro del nudo, del anclaje de la pén- dola extrema no hizo, lógicamente, más que com- plicar algo más las cosas. En la figura 13 se muestra la sección tipo del nú- cleo del tablero, de 16 metros de ancho, con un ,c-- M.Jt. __ 1-.._ fondo de sólo 6 metros, canto en el eje de 240 cm y almas laterales fuertemente inclinadas, an- cho que corresponde con el que las Bases del Concurso exigían como solución básica, amplia- ble hasta 21 ms mediante aceras voladas. Puede verse cómo la sección incluye sendas almas ver- ticales separadas sólo 1 metro en el eje del table- ro, de modo que resulte fácil anclar las péndolas entre ambas. La losa superior es de tipo ortótro- po, compuesta por chapa de 12 mm y bulbos de ALZADO TRANSVERSAL rigidización, de 280 mm de canto y chapa de 6 DESDE EX"fREMO DEL TABLERO mm, espaciados 600 mm centro a centro. Tam- Ef'C4'.A l/U CDrRr'l)/NJf bién la chapa de fondo, así como la de almas ex- ternas e internas se rigidiza mediante bulbos cerrados, con una separación variable en función de la intensidad de las compresiones longitudina- les de la zona rigidizada. Puede allí también verse el marco transversal tipo que, con espaciamiento de 425 cm, rigidiza dicha sección. Se trata de una triangulación im- perfecta, por causas del pasillo central entre al- mas verticales que es preciso dejar libre para el anclaje de las péndolas. Es el momento de mostrar (figura 14) la sec- ción vertical por el eje del puente, en la que se puede ver con claridad el sistema de sustentación del tablero. Las péndolas, de inclinación variable, penetran en éste y se anclan entre las dos almas centrales arriba descritas. Del mismo modo, tras penetrar en el cuerpo del arco, la péndola queda amarrada entre dos chapas verticales, paralelas al PLANTA puente que cierran un rectángulo interno de la ~5CIIIA e~ aJPlf p.I KJ( i .. sección transversal. 54 REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992
  9. 9. ]La seccñ~rrn ~ñJlDo ~en HnUñdeo ~en ~a/blRelt'o, ~ñerrne n m.etros ~e ~ arrndllo, corrn 11m ifmllmo «lle s~Ho 15 mrne~Jros, carrn~o errn en e]e ~e 241iID cm. y aRm.as na~elt'anes ifunelt'~em.errn~e ñrrndñrrna~aso . Figura 13. Sección transversal del tablero. Figura 14. Semisección longitudinal por plano medio del puente. REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992 55
  10. 10. En los pies de los pies aparecen las reaccio- nes verticales de pilas que equilibran las cargas del tablero. Pero, además, tenemos la componen- te horizontal, o empuje, del arco que no va a ser equilibrada por cimentación alguna sino por el ta- blero trabajando a tracción. Aunque, en este caso, ocurre que tales bases se hallan fuertemente desplazadas del tablero y, además, inclinadas respecto al eje del mismo. Ello explica la existencia de tirantes horizontales, ex- ternos al tablero, que enlazan la base de cada pie con el cuerpo de éste. Tirantes oblicuos, capaces de poner en tracción a un tablero con la sección trapecial arriba mostrada. la mejor solución que fuimos capaces de en- contrar es la de componer tales tirantes con sen- dos planos de chapas situadas a nivel de las ta- blas superior e inferior de las que componen el ta- blero. la figura 17 muestra la definición básica de tal dispositivo en planta, proyecciones verticales y sección transversal. Obsérvese cómo, por efec- to de la forma de la .sección transversal, la chapa .ILat mmejoli SOllUllciióDll superior tiene la mitad de longitud de la inferior. ((jIUlle jftnnmmOs ~at][llat~es Con sentido común de ingeniero, lo que hicimos [le eDll~oDll11:liatli es llat [le fue graduar las secciones de ambas chapas de modo que, bajo la carga axil que cada una de ellas ~OllD1lJlDODlleli 11:atlles tomaba, el alargamiento total de ambas fuera el ltnliatDllltes ~ODll seDll[los .mismo. lo que exige, claro está, que la deforma- JlDllatDllOS [le dllat][llatS ción de un plano pueda ser independiente de la del otro . .sn1tUllat[latS at Dllnvell [le llats 1tatlbllms sUllJlDeliñoli Figura 16. I e nDll1felinm[le llms ((jiUlle ~omm][llODlleDll ell 1tmlblleliO. 31 SECCION 1 =-,.v: VISTA POR-2- nDlNl/:IfI,Q#IS'd<1f Figura 15. Tirantes oblicuos. REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992 56
  11. 11. De tal modo, el tirante se compone de dos pIa- tensado, hemos introducido voluntariamente en nos paralelos que hemos rigidizado mínimamente tal viga traviesa un estado tensional de signo con- mediante unos pas¡;¡dores verticales. La similitud trario al que las cargas externas van a crear pos- formal que ofrece con los viejos aviones de la teriormente. La intensidad de la predeformación guerra del 14 ha hecho que lo llamemos biplano se ha tomado igual al valor de la acción perma- (figura 16). nente más la mitad de la acción variable pésima. De tal modo, las tensiones de flexión horizontal, indeseables, en servicio se han reducido a la mi- tad de las debidas a las acciones de sobrecarga. La figura 17 muestra su geometría global vista desde el tablero principal. En síntesis es una viga doble T de canto variable, con enlace entre alma y alas rigidizado mediante chapas-cartabones. A Se llevó a cabo mediante una combinación de primera vista, el trabajo de esta gran viga se re- modelos de barras, para los esfuerzos generales, duce a soportar, como flexiones de plano verti- longitudinales y transversales, y de modelos de cal, las cargas transmitidas por el extremo del ta- elementos finitos para piezas bidimensionales y blero principal y el del vano lateral que apoya en zonas locales con concentración de tensione·s. ella por la otra cara. Pero el aspecto más delica- Dada la importancia de los movimientos espera- do resulta ser la flexión de plano horizontal que dos, el análisis de barras se llevó a cabo en teoría ella toma como consecuencia de la deformabili- de segundo orden. También realizamos un com- dad de los tirantes horizontales del punto anterior. pleto análisis dinámico. En efecto, bajo la componente horizontal del La carencia de una normativa española adecua- empuje del arco, el biplano de tirantes se alarga da a puentes de acero nos obligó a consultar y uti- y el nudo base del pie inclinado se mueve hacia lizar parcialmente la norma británica BS 5400 que atrás, arrastrando al extremo de la viga traviesa e lleva a cabo la comprobación resistente de las induciendo en ella un flector de plano horizontal secciones en Estados Límites Ultimas, ponderan- proporcional a su rigidez. Ha resultado entonces do las solicitaciones características mediante que tal rigidez ha tenido que graduarse con gran coeficientes mayoradores que son función de ILm ICmIreIl1lcllm illle UllIl1lm cuidado. Y, a pesar de ello, hemos procedido a cada combinación de hipótesis realizada. El modelo básico para conocer esfuerzos glo- II1loIrmmm~ñvm eSl!MlllÍÍlollm una operación de predeformación de la traviesa, con gatos, antes 'de la entrada en carga del arco. bales en flexión longitudinal y en el que por enci- mi!llelCnnmi!llm m JlllnneIl1l~es D sea, y con el espíritu clásico de la idea del pre- ma de todo buscamos simplicidad puede verse en illle mICeIrO II1l0S ollllllñg4i:m lCoIl1lsnnll~mIr y nn~D.llu:;zmIr JlllmIrcllmllmmeIl1ltte llm II1lOIrmmm llllIrutttiÍLII1lucm lES §4J@@. ----·----t--- ----~--------------------------- ------------. -------- -------- ---. ------------------------------ -----------f---/ .-=--,---1i=---+------~-- -,., PLANTA Figura 17. Geometrla de la viga traviesa de apoyo final. REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992 57
  12. 12. chapas comprimidas, tal como preconiza la SS. Nosotros, con la filosofía ébntraria, calculamos esfuerzos con estas secciones totales, o sea, exi- 1.1 DISCRETIZAClOIJ DE: LA E:"STRUCTURA giéndonos a priori estabilidad de las chapas, para después comprobar que tal condición de estabi- lidad se satisfacía. Las hipótesis procesadas en el análisis lineal fueron: 1. Peso propio más Carga Permanente más Pretensado de péndolas. 2. Conjunto de 12 hipótesis de SC repartida de 400 kp/m2. 3. Conjunto de 12 hipótesis de vehículo ex- cepcional de 60 Mp. 4. Viento transversal al puente. 5. Variación térmica uniforme de ± 30· C. 6. Gradiente térmico de 20·C entre cara supe- rior e inferior del tablero. 7. Fuerzas longitudinales de frenado. Los esfuerzos de SC de ese conjunto de hipó- tesis permiten pasar, con buena aproximación, al concepto de envolventes de sobrecarga que se Figura 18. Modelo básico de la figura 18, donde las barras representan seg- agrupan en las cuatro solicitaciones límites que barras. mentos del arco y pies inclinados, tablero a todo conducen a las tensiones normales máximas y mí- el ancho que se ve reducido a los anchos efica- nimas en cada una de las dos chapas extremas. ces de chapas, péndolas, traviesas finales y tor- En el caso del arco y pies inclinados donde la in- napuntas traccionados. fluencia de los esfuerzos laterales es importante, Respecto a ese ancho eficaz de las chapas del a las tensiones extremas en cada uno de los 4 vér- tablero que se estudió por separado para los pia- tices extremos. nos superior e inferior, encontramos reducciones En situación de linealidad la superposición de de las mismas no superiores al 5 por ciento. A es- esfuerzos es válida. Los esfuerzos correspondien- tos efectos, prácticamente todo el tablero era efi e tes se han combinado y mayorado, pasándolos a caz. Sin embargo, en esta reducción de anchos «valores de cálculo» y, para cada sección del ta- no incluíamos la correspondiente inestabilidad de blero o del arco, se ha realizado una comproba- CUADRO 19 SECCION TABLERO NUDO: 14 SECCION TABLERO NUDO: 14 Area = 6:5943E{)1 Area = 6.5943E-O 1 Inercia y = 5.484E-Ol Inercia z = 1.732E+Ol Inercia y = 5.484E-O 1 Inercia z = 1.732E+01 winf = 1.602 wsup = -0.798 Ancho = 21.000 winf = 1.602 wsup = -0.798 Ancho = 21.000 Ten'siones de Servicio debidas a: Tensiones de cálculo (0) de (CP + Se¡ Hipótesis a(1 ) a(2) a(3) a(4) a( 1) a(2) a(3) a(4) Estado Perm -204 367 367 -204 Tensiones Máximas 1118 1305 -199 -1563 amax SC rep 739 494 -311 -779 Tensiones Mínimas. -1563 -199 1305 1118 amin SC rep -779 -311 494 739 Tensiones de Cálculo (0) de (CP+SC+Gradiente T érmi- amax Carro 143 50 -66 -83 col .amin Carro -83 -66 50 143 a( 1) a(2) a(3) a(4) aagrad Term 109 -73 -73 109 Tensiones Máximas 12601210 -293 -142;¿ Tensiones de servicio de (CP + Se¡ Tensionés Mínimas -1422 -293 1210 1260 a( 1) a(2) a(3) a(4) a(1): Ténsión en la cara inferior, en el centro de la cara. Tensiones Máximas 678 911 -10 -10'65 a(2): Tensión en'la cara superior, en el centro de la cara.' a(3): Tensión en la cara superior, compatible con a(1). Tensiones Mínimas -1065 -10 911 678 a(4): Tensión en la cara inferior, compatible con a(2). Tensiones de Servicio de (CP+SC+Gradiente Térmico) a( 1) 0(2) a(3) a(4) a(1): Tensión en la cara inferior, en el centro de la cara. Tensiones Máximas 787 839 -83 -956 a(2): Tensión en la cara superior, en el centro de la cara. 839 787 a(3): Tensión en la cara superior, compatible con a(1). Tensiones Mínimas -956 -83 a(4): Tensión en la cara inferior, compatible con a(2). 58 REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N:J.311. AÑO 139. JUNIO 1992
  13. 13. ción tensional total. El Cuadro 19 muestra la sali- Jo = 360mm. da de ordenador correspondiente al Nudo 14 del tablero. Se muestran allí las tensiones normales debidas a las hipótesis base en condiciones de servicio y las de cálculo, obtenidas mayorando y 'combinando las anteriores, en dos situaciones di- ferentes: .",:,,':':: a) Carga Permanente más Sobrecarga de uso. b) Anterior más Gradiente térmico. Para el análisis no lineal es preciso comenzar por combinar acciones para llegar a la hipótesis de carga total. Y, puesto que realizamos las com- probaciones en ELU, es preciso que tales accio- nes sean mayoradas. A ellas se añaden imperfec- ciones voluntarias en la geometría de la estructu- ra. En nuestro caso, tales imperfecciones de do = !2S0mm. construcción se reflejan en los dos supuestos de la figura 20 que reproducen los dos primeros mo- dos de pandeo transversal del arco. La excentri- cidad máxima de error de construcción se esta- bleció en 360 milímetros, realmente brutal. Bajo la totalidad de la Carga Permanente y 2/3 de la Sobrecarga característica, más un viento trans- versal de 200 kp/m2 de fuerza total de arrastre, la estructura resultaba estable y la flecha trans- versal adicional que en esas duras condiciones re- Figura 20. Deformadas sultaba no superaba 1/4 de la inicial. iniciales supuestas para análisis no lineal. En cuanto a las tensiones normales del arco, el análisis no lineal producía incrementos en las mis- mas, resumidos como sigue: En la zona del Nudo se pasaba de 3.000 kp/cm2 a 3.465 kp/cm2. En la Clave del arco, de 2.400 a 2.660 kp/cm2. Ellí- mite de las mismas, salvo limitaciones por ines- tabilidad de chapas comprimidas, era el límite elástico del acero A52, igual a 3.600 kp/cm2. Había ahora que considerar los esfuerzos loca- - o 3 o CD Ol les en el arco producidos por los empujes al va- a. Ol cío derivados de la curvatura de sus chapas de te- cho y fondo. Al haber planteado una sección transversal con rehundidos de 300 mm de altura disponíamos de una buena sección resistente, en forma de teja, para hacerfrente a los mismos. Ob- AI'6YS 4.3A2 lTER:~ sérvese que la magnitud de estas' flexiones super- JUL 4 1980 DtOC :1IiJ.463E-B3 motos 7:48:12 puestas al trabajo fundamental del arco depende PLOT HG. 4 2JJ =1 Dr$PL. DJ57=.1.40:5 básicamente de la luz de las tejas, o sea de la se- STEP=l paración entre sucesivos diafragmas de apoyo. Que terminamos estableciendo cada 750 mm. En estas condiciones, el incremento que estas flexio- nes introducían en la máxima tensión de compa- ración (en.ELU) era del orden de los 150 kp/cm2. -1 CD La estabilidad del rigidizador, o sea de la propia ::J forma de teja de la sección resultaba con esas di- '" o' ::J mensiones más q'ue garantizada (esbeltez mecá- CD nica igual a 15). '" (f) El estudio del comportamiento de los diafrag- X en mas transversales del arco bajo la acción de los cortantes transmitidos por las vigas-teja de am- bas cabezas superior e inferior, fuerzas que de- bían ser transportadas hasta las almas del mismo AHSY$ 4.3A2 ZU =.1 marco, se resolvió mediante análisis por elemen- JUL 4 1988 7:4:1:35 D1$T:::1.405 c:::::::::::J -393J. tos finitos. En la figura 21 se muestra como ejem- PLOT NO, lo ~-2296 STIlESS milJ!E -.13813 plo la deformada y el estado tensional de uno de Stl:P=l ~-5:S:S.962 ITER=l los casos estudiados .. $)( <nUG) EZEZI 2'70 • .17 mmm 1995 Análogos estudios se llevaron a cabo en los s CLOllnL lH!9 1921 J)H)( =9. 463E-m DDJZ74& Figura 21, Análisis por EF marcos próximos al Nudo donde. se produce la Sf"ti =-3856 J'r _3:sn desviación transversal de chapas de rehundidos. SPf,C =3571 /",1. de un diafragma transversal del arco. REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992 59
  14. 14. Figura 22. Análisis por EF Los marcos de anclaje de péndolas (fig. 22) de un marco de anclaje del ! muestran, al verse sometidos a cargas descen- arco. , dentes que han de transportar hasta las almas del arco, una deformada de signo contrario. En este caso concreto se muestra la distribución de ten- siones Sx en la chapa del marco que alcanza va- lores punta de tracción de 823 kpjcm2 en la zona inferior y valores en compresión de hasta -640 I kpjcm2 en la superior. Para terminar esta parte, el sistema de chapas de apoyo del anclaje de la péndola fue también procesando para conocer su estado tensional como modelo de elementos finitos tridimensio- nal. Similares estudios se llevaron a cabo respecto AHSY$ 4.3A2 JUL. S uee de los pies inclinados. Al no existir allí ni curvatu- 22:36U3 PLOt t«l. 1 ra ni fuerzas concentradas de anclajes sus únicos 2U =1. D1SPL. STlP=l 1)1$1=1,485 diafragmas delicados eran los que sujetaban las fuerzas concentradas de desviación producidas por las chapas de fondo de rehundidos que salían a la superficie. Ya en el tablero, la losa ortótropa se analizó en x detalle mediante un modelo de emparrillado bidi- CIl mensional cubriendo un total de 3 módulos rea- rJ) Q) les con vinculaciones de giro en extremos que si- [5. mulaban la continuidad más allá de los mismos . .¡¡¡ c: Las tensiones normales en los bulbos del tablero (1) r realmente significativas se debían al carro de 60 toneladas y alcanzaban valores que oscilaban desde -1.832 kp/cm2 en la fibra inferior de uno de ellos sobre un marco transversal y + 1.498 I kpjcm2 en la misma fibra y en la sección de cen- ftHS:YS 4.3A2 :2'» =1 tro luz entre marcos. .nJL :1 1988 22:37:28 =-6_ DIST=l.48S Los diferentes tipos de marcos transversales _ PLO'I' NO. STRES. 2 ¡¡¡¡¡:;¡:¡ -4:170 l:IJiia -2745 I del tablero se analizaron de modo simple como STD":l ~-914."7.1 estructuras planas. Los apoyos verticales de las Figura 23. Modelo de EF 1TER=1 IX (Ave) S CL01YtL ... ~ 914.971 ma:m 2743 .,. mismas se establecían en las almas centrales del relativo a tablero, llI'C( =D.643E-CJ3 lODo_ cajón mientras que las fijaciones a torsión del ta- _S235 tornapuntas y traviesa de .... =-82:" .... =B23' " ,/,/", , I blero, de modo seguro, se planteaban en ambas apoyo. chapas superior e inferior y en el eje del mismo. Los esfuerzos axiles así resultantes en .las barras del pórtico transversal derivados de la acción ex- ANSYS 4..312 céntrica del carro eran claramente superiores a los JUN 24. 1.988 que en la realidacj aparecerían en ellas al existir 1'l:39:30 PLOT NO. 2 una conexión continuas de tales barras con la piel, EI..D1ENrS rígida a torsión, del cajón. Cuyas fuerzas rasantes distribuidas se encargan de transmitir parte de 'm =1. DIST=1.7.3l.l. esa acción concentrada desde el mismo extremo XF =8.1.71 de la barra en el que es aplicada. YF =14..262 Especial importancia para la seguridad de esta obra reviste el .funcionamiento de los tornapuntas extremos que toman la componente horizontal de los pies inclinados y la transmiten, trabajando a tracción, hasta el cajón del tablero. La figura 23 muestra la discretización para medio tablero de la chapa superior, donde aparecen, además del ta- blero y la chapa del biplimo, el ala superior de la gran viga travie~a de apoyo. La figura 24 muestra la deformada de ese mo- delo bajo las cargas máximas mayoradas, apre- ciándose bien el juego del alargamiento axil del tornapunta y la flexión de plano horizontalinduci- da en la traviesa de apoyo. Y, también, el estado de tensiones Sy que, como puede verse, no se distribuyen uniformemente en la chapa del torna- I DISPOSICION ELEMENTOS puntas sino que, a causa de esa flexión de plano .. _. J horizontal, conduce a concentraciones tan altas 60 REVISTA DE OBRAS PUBLICAS. N: 3.311. AÑO 139. JUNIO 1992

×