Los Puentes Extradosados. Orígenes, predimensionamiento y ventajas.

En el post de hoy vamos a hablar de una de las tipologías de puentes que más me gustan, los puentes extradosados. Una tipología de puente poco conocida que es considerada como puente intermedio entre los puentes atirantados y con los de viga cajón pretensada construidos por voladizos sucesivos y además compite en su rango de luces.

Puente Extradosado sobre el río Deba (España)

Vamos a comentar su origen, como veremos muy reciente, explicaremos cómo funcionan, daremos algunos criterios de predimensionamiento básicos y, por último, hablaremos sobre sus ventajas e inconvenientes comparados con otras tipologías.

En la actualidad existen dos versiones sobre el origen de los puentes extradosados. Una primera versión otorga el honor de la creación del concepto a Cristhian Menn que en 1980, propone para el Puente de Ganter en Suiza para salvar un valle de 140 metros de altura con una superestructura conformada por una viga cajón atirantada por cables embebidos en muros de hormigón y pilares rígidos para resistir los fuertes vientos de la zona.

Puente de Ganter (Suiza)

Aunque la configuración adaptada para los cables era una innovación técnica para la fecha, la estructura fue más admirada en la comunidad por su estética y encaje paisajístico.

La segunda versión atribuye el concepto a Mathivat, quien propuso esta tipología para el concurso del viaducto Arrêt Darré en Francia. Mathivat proponía un puente en donde se sustituían los tendones internos en el ala superior de la viga, por cables externos dispuestos en una torre de poca altura sobre las secciones de apoyo en pila y por la parte superior del tablero. Su solución suponía un ahorro de 30% en materiales respecto de una solución de viga cajón y además permitía el uso efectivo de los cables, al ser tesados al mismo nivel que los tendones postesados. Sin embargo, su propuesta fue rechazada en el concurso.

Independientemente de estas dos versiones de los orígenes, generalmente se considera que el primer puente extradosado del mundo fue el Puente Odawara Blueway, construido en 1994 por ingenieros japonés inspirados por la propuesta de Mathivat (como veis, muy reciente).

Puente Odawara Blueway (1994, Japón)

Dimensiones del Puente Odawara Blueway

Pero, ¿cómo funcionan estructuralmente estos puentes?

Debido a que los puentes extradosados concurren en una zona intermedia entre los puentes pretensados y los atirantados, su comportamiento estructural puede asimilarse a una de estas tipologías, dependiendo de los criterios de diseño que hayan sido adoptados en la fase de proyecto.

Comparación del Extradosado con sus tipologías más cercanas.

Para los puentes extradosados cuyo comportamiento es mas similar al de un puente de vigas pretensadas, las cargas permanentes son transportadas hasta la cimentación mediante la acción combinada de un mecanismo de cortante – flexión ejercido por el tablero y por la tracción ejercida por los tirantes. Se trata de una visión más parecida a la idea de Mathivat en donde se emplea un tablero rígido, reduciendo los esfuerzos de fatiga debido a carga de tráfico en los cables extradosados, y logrando así emplear anclajes convencionales de puentes postesados.

Para el caso que su comportamiento sea más similar a un puente atirantado, la carga se transmite por medio de un par de fuerza axial entre los tirantes y el tablero. Este caso sigue la idea de Menn, en donde se asigna un tablero esbelto y torres rígidas, lo que conlleva a una mayor participación de los cables en la transmisión de la sobrecarga, limitando el nivel de tensionamiento en esto últimos elementos a valores similares a los empleados en los puentes atirantados.

Podemos decir que para luces entre 100 y 250 m, los extradosados son muy competitivos frente a los atirantados y los de cajón postesado.

Como criterios de diseño para un predimensionamiento de esta tipología, os dejo un resumen de varios valores propuestos por diferentes autores:

  • La disposición de los tirantes suele ser en forma de abanico, en dos planos paralelos y requiere que el primer tirante esté anclado entre 0.1 y 0.25 de la luz principal, medido desde el eje de la torre. Los tirantes más próximos a la pila son ineficaces (Lc/L = 0.1 – 0.25).
  • A partir del primer tirante, la separación longitudinal típica entre tendones extradosados debe ser la de la longitud de la dovela empleada en construcción, con objeto de compensar una fracción del peso de cada dovela.
  • Se proponen tableros de canto variables con canto en apoyos de Ha/L = 1/35 – 1/30 y en centro de luz de hc/L = 1/45 – 1/30
  • Una altura de la torre en torno a hT/L = 1/10 – 1/15 lo que propicia que no haya grandes oscilaciones de tensiones en los cables (como si pasa en puentes atirantados donde las torres son mas altas).
  • La relación entre vanos suele oscilar entre Ls/L = 0.6 – 0.65.

Y por último, os comentos las ventajas de esta tipología y sus incovenientes:

Ventajas:

  • El canto de la sección para la solución extradosada es aproximadamente la mitad que para la solución tipo “viga” de hormigón pretensado y el doble que para una solución atirantada. Esto unido al hecho de que las almas pueden tener espesor más reducido produce que la colocación tanto de la armadura activa como pasiva sea más sencilla, así como un aligeramiento de la sección.
  • Una menor altura de la torre en los puentes extradosados, en comparación a los atirantados, ha permitido construir puentes en sitios cercanos a los aeropuertos. Además, al ser menor la altura de los pilonos se ofrece una reducción de la afectación visual del paisaje y una disminución en las labores de construcción.
  • Al presentar una solución más rígida que los tableros atirantados, supone una solución más viable para puentes de ferrocarril.
  • Al no estar afectados los cables por problemas de fatiga frente a acciones verticales, se pueden emplear anclajes convencionales en lugar de anclajes de alta resistencia empleados para las soluciones atirantadas.
  • Se pueden disponer uno, dos o más de dos planos de atirantamiento, con lo cual se pueden conseguir tableros muy anchos. En el caso de los atirantamientos inferiores, además, existe la ventaja añadida de que se independiza la distribución de la calzada de los planos de atirantamiento. Esto es favorable de cara a futuras ampliaciones.
  • Los atirantamientos inferiores con puntal permiten doblar luces para un mismo canto de tablero.
  • La posibilidad de disponer atirantamientos tanto por encima como por debajo del tablero proporciona más flexibilidad de cara a encajar soluciones con gálibos estrictos.
  • En el caso de suelos con baja capacidad portante, un puente extradosado resulta más favorable a un pretensado de viga cajón.
  • Para puentes extradosados de tablero rígido construidos por voladizos sucesivos, gracias a la alta rigidez de la viga principal, al contrario de lo que ocurre en uno atirantado, no
    es necesario ajustar la fuerza de tensión de los cables atirantados, ni durante la obra, ni al finalizar la construcción del tablero.

Puente Sunniberg (Suiza)

Inconvenientes:

  • Las soluciones extradosadas son más económicas que las atirantadas, pero menos que las tipo “viga”. No obstante, en ocasiones, pueden resultar incluso más económicas que éstas si las limitaciones de gálibo inferior son estrictas.
  • De cara a acciones transversales, como la acción del viento, los tirantes y anclajes tienen los mismos problemas de fatiga que los de un puente atirantado convencional.
  • Debido al mayor peso de la estructura, y a la no existencia de la estructura suspendida, como en los puentes atirantados, las fuerzas sísmicas sobre los elementos estructurales de los extradosados son mayores
  • Al no compensarse totalmente las cargas permanentes en un puente extradosado, es importante evaluar con cuidado los fenómenos reológicos en el hormigón.

Espero que os haya resultado interesante.

FUENTES:

  • Puentes extradosados, evolución y tendencias actuales. José Miguel Benjumea Royero y otros.
  • Comportamiento estructural y criterios de diseño de los puentes extradosados: visión general y estado del arte. José Miguel Benjumea Royero y otros.
  • Comportamiento estructural de puentes extradosados durante construcción por voladizos sucesivos. José Miguel Benjumea Royero y otros.
  • El puente con pretensado extradosado. Un nuevo tipo estructural. Gustavo Chio Cho y otros.
  • Origen e historia de los puentes extradosados. Jornada Técnica anual de ACHE. José Antonio Torroja Cavanillas y otros.

 


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José Antonio Agudelo Zapata

Ing. Caminos, Canales y Puertos y Máster de Estructuras por la Universidad de Granada. Cofundador y responsable de Estructurando.net

4 Responses to Los Puentes Extradosados. Orígenes, predimensionamiento y ventajas.

  1. Anónimo dice:

    Muy interesante, gracias por la información

  2. Carlos dice:

    Excelente articulo Jose Antonio, muchas gracias por compartirlo! … saludos desde Peru! …

  3. Alberto Navarro Gómez dice:

    Excelente artículo y muy completo.

    Me gustaría aprovechar para hacer mención del refuerzo del acueducto de Tempul de Eduardo Torroja como precursor de esta tipología ya en 1927.

  4. Christian Balcázar dice:

    Recién el año pasado se inauguró en México (Acapulco, Guerrero) un puente de velas diseñado por el equipo de Leonardo Fernández Troyano de CFC. Esta zona es de alta sismicidad y se aisló la base de las torres por encima del tablero (http://www.cfcsl.com/cfcsl-puente-barra-vieja-rio-papagayo-mexico/)

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