83 Caminos de España

ESTRUCTURAS PARA LOS CAMINOS DE ESPAÑA Y DEL MUNDO

24ª parte

ESTRUCTURAS SUSPENDIDAS POR CABLE

Los puentes suspendidos por cables son de tres tipologías:

• Puentes arco. Pero no en todas las estructuras de puentes tipo arco el tablero está suspendido por cables. Esto ya lo sabemos por los artículos presentados anteriormente
• Puentes colgantes
• Puentes atirantados

El cable es uno de los elementos de construcción mas atractivos para la ingeniería de estructuras porque:

• Es un elemento que trabaja exclusivamente a tracción.
• El cable se compone de elementos delgados muy flexibles y que cada vez son mas resistentes a la tracción por nuevos tratamientos que recibe el acero.
• El cable se forma por el conjunto de hilos de acero; elementos unitarios que se pueden montar, uno a uno fácilmente, formando el cable unitario. La mayor o menor reunión de hilos unitarios dependerá de la fuerza de tracción que se le requiera.

Por todo ello la construcción de puentes que requieren de ellos, se utilizan más para estructuras de vanos central superior a los 300 m, y hasta hoy vanos de 2000 m.

La construcción de puentes colgantes se inició a principios del siglo XIX.

El primer puente, o uno de los primeros construidos, con este sistema que se conocen, es el puente sobre el río Tweed, que unió Inglaterra con Escocia en 1820 y con una luz de 137 m.

Mientras que los puentes atirantados tardaron 130 años en construirse el primero: el puente atirantado de Strömsund.

Si ponemos, en una escala de valores, la tipología más idónea para construcción de un puente suspendido por cables, podemos decir, a día de hoy que:

Los en los puentes arco de hormigón o acero,

el limite está en torno a una luz de 500 m.

Algunos ejemplos

Puente Chaotianme sobre el río Yangtsé, de 552 m. 
Estructura de acero.

Puente Lumpu sobre el río Huangpu en Shanghái. 

Estructura mixta acero/hormigón, de 550 m de luz.

Puente ferroviario Quinglon de hormigón sobre el río Beipan, de 445 m. de luz.

Todos estos puentes se han construidos con ingeniería China y en sus territorios.

Puentes atirantados

Su límite esta sobre los 1000 m. Curiosamente la luz de esta tipología de estructuras está en el doble de luz correspondiente a los puentes arcos de hormigón.

Su construcción se inicio en los años 50 del siglo XX. El puente Strömsund construido en Suecia puede considerarse, realmente, como el primer puente atirantado construido; fue en 1955 y tiene un vano central de 183 m de luz.

No obstante, veremos ejemplos de estructura de puentes y acueducto atirantados partiendo de cables de pretensado. Cables únicos recubiertos de hormigón. Pero esto lo presentaremos más adelante.

Algunos ejemplos:

• Puente atirantado Tatara sobre el mar de Seto en Japón. Luz de 890 m. hasta el día de hoy es el puente atirantado de mayor luz construido.

                           Puente Tatara en Japón

• Nuevo puente Goldie Howe entre USA Y Canadá, en Detroit. Está en construcción y su luz será superior a los 850 m. Su adjudicación ha recaído a española ACS.

                    Nuevo puente Goldie Howe, infografía

Puentes colgantes

Esta tipología de estructuras son las mayores y más espectaculares del mundo. Son esbeltas, ligeras; y debido a la plataforma de circulación que siempre es una estructura metálica de celosía, se ha permitido obtener dos plataformas para la circulación: una superior para los vehículos rodados, y otra inferior entre la estructura metálica de celosía que se ha empleado para la implantación de una línea de ferrocarril si se ha contemplado en su Proyecto de Construcción esta situación; o cambiar el sentido de la circulación con respecto a la superior. Hoy día se construyen plataformas distintas a las de celosía metálica: Sección errada.

Los lÍmites para este tipo de estructuras se sitúan en unos 2000 m. O sea, un vano central de luz el doble de los puentes atirantados.

Su construcción, de forma industrial, se sitúa a principios del siglo XIX y en Estados Unidos.

No obstante, los primeros puentes colgantes conocidos tratan del siglo XV en la India, África y en América del Sur. Son Puentes construidos con fibras vegetales entrelazadas y construidos para salvar barrancos profundos, como este puente Inca, que presentamos, que cada año los lugareños rompen y vuelven a construir para no perder la tecnología de sus antepasados; es toda una fiesta (lo comentaremos en el siguiente artículo: Puentes Colgantes).

Demolición del puente y reconstrucción del mismo

               Puente Q´ESWACHACA próximo a Cuzco

Algunos ejemplos más:

• En el 2004, que es el año de que dispongo de datos, el mayor puente colgante construido en el mundo es el puente Akashi-Kaikyo en el Japón con un vano central de 1998 m de luz.

Puente Akashi-Kaikyo con vano central de 1998 m de luz.

El puente Akashi-Kaikyo, se construyó en entre las islas Honshu y Shokoko en 1990.

• Golden Gate. Probablemente sea el puente colgante más famoso del mundo, quizá por su construcción en 1937, que superó los 1000 m de luz central, 1280 m.

Puente colgante Golden Gate en la Bahía de San Francisco

Algunas reflexiones sobre esta tipología de estructuras: puentes colgantes y puentes atirantados

• Los puentes atirantados se han desarrollado rápidamente y han ganado mucho terreno a los puentes colgantes (Carlos Fernández Troyano). Se construyen cada vez con mayores luces entre vanos, pero posiblemente no alcanzaran, en mucho tiempo, las luces que han conseguido los puentes colgantes por varias razones:
  • La estabilidad aerodinámica comparada entre una y otra estructura.
  • Los cables que sirven para la suspensión de la estructura que forman el tablero, en los “puentes colgantes”, son de gran peso y colaboración, cosa esencial para su estabilidad.
  • En cambio, los tirantes de los “puentes atirantados” su colaboración es insignificante.
  • 
    

• El tablero de ambas estructuras es otra de las grandes diferencias. Mientras que en los puentes colgantes suelen ser estructuras metálicas de celosía, sobre todo en las estructuras de grandes dimensiones, en los puentes atirantados suelen ser tableros de hormigón, acero, o mixtos acero/hormigón: Tableros cerrados.

• En los puentes colgantes la suspensión del tablero se realiza mediante el tendido de dos cables, uno por lado del tablero. Cables de muchos tipos que desarrollaremos más adelante.

• Para los puentes atirantados, los tendones suelen anclarse partiendo de un mástil y el tendido suele ser, en general, de dos maneras:
• Tendones anclados en la mediana. Los tableros son estructuras pretensadas en sentido longitudinal y en sentido transversal ya que el tablero, en sentido transversal se halla en voladizo. Tablero ortotrópico.

        Puente Alamillo con tirantes anclados en la mediana

• Tendones anclados en forma de abanico a ambos lados del tablero. Los tableros pueden ser con base metálica y losa de compresión.

• Rara vez los tendones se anclan como en los puentes colgantes, a ambos lados del tablero. Pero cada vez utilizan este procedimiento para dar más estabilidad a la estructura.

•  Para ambas tipologías, los tableros se conforman mediante tramos elementales que se unen mediante varios procedimientos:
  • 
    
    
    
    
    
    
    
    
    Soldado si la base es de acero con losa superior de hormigón pretensado.
    
  • Roblonado cuando la estructura es de celosía.
  • Pretensado si el cajón es de hormigón.
  • En las estructuras con tablero de celosía, la base de rodadura puede ser de acero perforado para eliminar las presiones que se ocasionan al paso del aire con fuertes ráfagas de viento ya que las líneas de corrientes de aire son diferencialmente distintas para la parte superior de la estructura y de las que pasan por debajo del puente. De no eliminar estas presiones el puente podría entrar en resonancia y colapsarse como sucedió con el puente colgante de Tacuma en Estados Unidos con tan solo una velocidad del viento de 68 km/h.

A raíz de este accidente se empezaron a realizar los ensayos en "túneles del viento con maquetas a escala reducida. No solo para los puentes de nuevo diseño, sino que se ensayaron estructuras ya construidas con el fin de averiguar si estaban correctamente proyectadas para soportar las acciones del viento. El resultado fue que varios de los "puentes colgantes construidos", a modo de prevención, fueron reforzadas sus estructuras según los resultados obtenidos por los ensayos en un <>.

                             Puente colgante Tacuma

• Para las estructuras de celosía, el tablero generalmente toma una curvatura cóncava.
• Para los puentes atirantados el tablero suele ser lo más horizontal posible. Pero también hay excepciones, que no suelen ser nada estéticas sobre todo si el vano es pequeño.
• Una gran diferencia es la alineación de la estructura:
  • En los puentes colgantes la estructura es lineal, no admite curvas.
  • En los puentes atirantados la obra completa admite tramos rectos mezclados con tramos curvos.

         Puentes atirantados con tirantes en la mediana y tramos en curva

En los próximos artículos desarrollaremos por separado cada una de estas tipologías de estructuras con tablero suspendido por cables: puentes colgantes y puentes atirantado; sin contemplar los puentes arco que ya desarrollamos en artículos anteriores.

Fric (Federico Trullas Figueras)

Ingeniero Técnico de Obras Públicas

Bibliografía consultada

Puentes de hormigón armado I y II, de Carlos Fernández Casado y Leonardo Fernández Troyano ICCP.

Volúmenes I y II Tierra sobre agua de Leonardo Fernández Troyano

Artículos varios e Internet.

Revistas de Fomento.

Experiencia propia en la redacción de “memoria de ejecución” para Licitaciones en Obras Públicas.

El Escorial, a 5 octubre de 2019

CONTINUARÁ