Estudio del comportamiento resistente de los puentes de arco espaciales

Un puente arco consta generalmente de un tablero y un arco vertical. En un puente arco plano, el tablero es siempre recto y su carga se transmite, mediante péndolas ancladas en el eje, al único arco. Además, aparecen deformaciones fuera del plano, producido por cargas como el viento transversal. El puente arco espacial puede definirse como aquél cuyo comportamiento no es equiparable al del puente arco plano. Puentes simétricos respecto del plano longitudinal (por ejemplo, con dos arcos verticales) normalmente presentan un comportamiento espacial (no plano) sólo para algunas distribuciones asimétricas de sobrecargas. Por el contrario, los puentes asimétricos (por ejemplo, como en los puentes donde los arcos se han girado o inclinado, o con un único tablero curvo) muestran comportamiento espacial también para cargas permanentes. Esta tesis se centra en el caso de arco y tablero únicos, de conclusiones fácilmente extensibles a otras configuraciones resistentes más complejas. Además, constituyen el desarrollo más reciente de los puentes arco clásicos. Desde el punto de vista estético, surgen como consecuencia de las nuevas demandas arquitectónicas exigidas a los puentes en entornos urbanos. Además, aparecen para satisfacer las necesidades funcionales cuando estructuras en arco resultan las más adecuadas para sostener tableros curvos. En estos, y en otros, casos su comportamiento resistente se extiende del plano vertical original a una configuración espacial tridimensional. El objetivo principal de esta tesis es comprender la respuesta estática del puente arco espacial bajo cargas de servicio. Así, se presentan los aspectos relevantes del comportamiento de sus diferentes elementos estructurales, que se estudian teórica y numéricamente. Todos los cálculos estructurales se han realizado utilizando el método de los elementos finitos. Además, se ha escrito por el autor un conjunto de programas, expresamente para esta tesis, en lenguaje MATLAB. Este conjunto de programas, denominado SABRINA (Spatial Arch BRidges Iterative Non-linear Analysis) se encarga del pre y postproceso, del control de los cálculos y de la implementación de los algoritmos desarrollados en esta tesis. Entre otros, se han llevado a cabo los siguientes estudios: Se ha desarrollado un nuevo método iterativo de obtención de directrices antifuniculares tridimensionales, que incluye el caso general de arcos biempotrados espaciales con consideración de la no linealidad y de fases de construcción. Se ha estudiado en los arcos planos verticales parámetros geométricos tales como el giro del arco, o la curvatura y el ripado transversal de los tableros, que están presentes en las realizaciones existentes y son además, por sí solos, causa de espacialidad. Se han estudiado las características especiales de los cables y su influencia en este tipo de puentes. Se ha estudiado la relación existente entre el carácter espacial de los puentes arco y la sensibilidad a la no linealidad geométrica. Se ha estudiado teórica y paramétricamente la influencia del desplazamiento lateral y radial de los apoyos en los tableros rectos y curvos. La rigidez torsional del tablero se ha mostrado un factor de gran importancia. Especialmente interesante es el tablero suspendido de un borde, muy adecuado para el puente arco espacial. Se han generalizado las conclusiones obtenidas de los puentes arco espaciales con arcos planos a los de arcos con directrices espaciales antifuniculares, incluyendo los de tablero superior. Además, se han estudiado los arcos de planta curva, como el puente tipo “Galindo”, con atirantamiento de contrarresto en el borde interior del tablero

Puente Arco sobre el Río Dambovita (Bucarest)

Se presenta un puente arco, que forma parte de la red de viaductos urbanos de Bucarest. La estructura consiste en un doble arco metalico de 117.7 m de longitud y una relacion flecha/luz de 1/6.2. El arco forma parte de una nueva red de viaductos, que conforman los tramos anterior y posterior al mismo. La zona donde se sitúa la estructura se caracteriza por un nivel de sismicidad muy elevado, siendo necesario amortiguar y aislar la masa del tablero mediante el uso de apoyos de neopreno con núcleo de plomo (LRB). Los estribos del arco son estructuras porticadas que reciben los empujes y cagas verticales del arco y de los viaductos adyacentes

Consideraciones sobre la eficacia de los arcos inclinados tipo Nielsen

[ESP] En la ingeniería estructural moderna, cada vez cobra más importancia la estética de las estructuras, especialmente en entornos urbanos, donde, además de cubrir necesidades funcionales, se pretende establecer hitos arquitectónicos. Como consecuencia de los requerimientos estéticos, se han construido puentes arco donde el plano del arco no se mantiene vertical, sino que se inclina, y se traslada del centro al borde del tablero. El presente estudio analiza si una configuración de péndolas tipo Nielsen, que tan ventajosa resulta en arcos verticales, es igualmente eficaz en un arco inclinado, el cual presenta un comportamiento espacial al no trabajar sólo en su plano. [ENG] In modern structural engineering, the aesthetical value of structures becomes more and more prevalent, mainly at urban environments. Structures must fulfill not only functional requirements, but also be architectural milestones. As a result of these aesthetic considerations, some arch bridges have been built with inclined arches attached to the edge of the decks. This study analyzes whether the Nielsen hangers arrangement, which is so advantageous for vertical arches, is equally efficient in inclined arches. In this way, they have an out-of-plane response and, therefore, spatial behavior.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Predimensionamiento gráfico multicriterio en el plano de secciones metálicas bisimétricas

An original method of in-plane preliminary design of symmetrical steel cross-sections is shown and detailed. It is based firstly on a simplified treatment of the section geometry. This makes it possible for any pre-dimensioning criteria defined by the designer, based on standards and his/her own experience, to be represented graphically. This double approach leads to a very intuitive preliminary dimensioning, which clearly identifies the criteria that govern the sizing of the section and helps to minimize, in a very effective way, the self-weight of the cross-section. The method is particularly effective when several criteria must be verified simultaneously, such as those related to section stiffness, stress limitations or failure. It is accompanied by two illustrative examples and design recommendations. Additionally, this paper highlights the relevance of good engineering judgement in early design steps.Se presenta y detalla un método original de predimensionamiento en el plano de secciones metálicas simétricas basado en primer lugar en un tratamiento simplificado de la geometría de la sección. Esto posibilita que cualquier criterio de predimensionamiento que necesite el proyectista, basado en la normativa y su propia experiencia, pueda ser representado gráficamente. Esta doble aproximación lleva a un predimensionamiento muy intuitivo, que identifica claramente los criterios que condicionan las dimensiones de la sección y minimiza eficazmente el peso propio de la sección transversal. El método resulta especialmente eficaz cuando se han de verificar simultáneamente varios criterios, como los relacionados con la rigidez de la sección, limitación de tensiones o rotura. Se acompaña de dos ejemplos ilustrativos y recomendaciones sobre el diseño. Además, se destaca la importancia de un adecuado criterio estructural en las primeras etapas del proyecto

Improved construction of concrete viaducts with movable scaffolding systems in Spain

The current paper relates the state of the art of construction of viaducts with a movable scaffolding system (MSS). Two different procedures are introduced: the traditional sequence and the new sequence applied to some viaducts in Spain. The traditional sequence consists of two phases: first, concreting the bottom slab and webs, and then concreting the top slab of the deck. Once the first and second casting phases are completed, the total prestressing force is introduced. The new sequence consists of concreting a self-supporting core (i.e., the bottom slab, webs, and only a portion of the top slab). Once the self-supporting core has hardened, a partial prestressing force is introduced so that the scaffolding can be advanced to the next span; the central zone of the top slab is cast in a second phase. Both sequences are described here with their constructive peculiarities and issues.Peer ReviewedPostprint (author's final draft

Acciones de diseño de péndolas en los puentes tipo Nielsen

[ESP] En la ingeniería de puentes, la tipología de arco de tablero inferior es muy usada en la construcción de pasarelas peatonales. Debido a sus posibilidades formales, se han construido muchos puentes arco en entornos urbanos, donde además de cubrir necesidades funcionales, establecen hitos arquitectónicos. En el presente estudio, se distinguen distintas vinculaciones entre el arco y el tablero, atendiendo a la disposición de las péndolas, y se analiza si las cargas que determinan el diseño de las péndolas, son iguales para péndolas verticales y para péndolas inclinadas como la de los puentes tipo Nielsen. [ENG] In bridge engineering, the typology known as arch bridge with inferior deck is very common in construction of pedestrian bridges. Due to its aesthetics possibilities, many arch bridges have been built in urban environments, where structures must fulfill not only functional requirements, but also become architectural milestones. The present paper studies different vinculations for arch and deck that depend on the hangers’ arrangement, and analyzes if the loads that determine the hangers design are the same as those for both vertical and Nielsen types.Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica (ETSIA), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSII), Escuela Técnica Superior de Arquitectura y Edificación (ETSAE), Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas (ETSICCPIM), Facultad de Ciencias de la Empresa (FCCE), Parque Tecnológico de Fuente Álamo (PTFA), Vicerrectorado de Estudiantes y Extensión de la UPCT, Vicerrectorado de Investigación e Innovación de la UPCT, y Vicerrectorado de Internacionalización y Cooperación al Desarrollo de la UPCT

Validity of modernist antifunicular shapes in contemporary architecture and engineering

[SPA] En esta comunicación se muestra cómo los conceptos estructurales desarrollados en el Modernismo resultan todavía vigentes para los arquitectos e ingenieros estructurales modernos. Esta comunicación se centra en los modelos antifuniculares tridimensionales de Gaudí, y muestra como pueden ser entendidos no sólo como una herramienta de form-finding sino como una herramienta interactiva de diseño. Se describe cómo Gaudí es precursor de diseñadores que usaban modelos colgantes para su trabajo, antes de la llegada de la informática aplicada al diseño estructural, como Isler y Otto. Hoy en día, cuando los ordenadores son tan habituales como potentes, se puede sacar todo el partido de los conceptos de Gaudí integrando diseño y fabricación controlados digitalmente. [ENG] In this paper, it is shown how the structural concepts developed during the Modernism are still valid for modern architects and structural designers. This paper focuses on Gaudi’s three-dimensional antifunicular models, and shows how these models can be understood not only as a form-finding method but also as an interactive design tool. The paper describes how Gaudi is a precursor of designers that used hanging chain models for their work, such as Isler and Otto, before spreading of computer-aided structural design. Now as computers are very common and powerful, they can make the most of Gaudí’s concepts by integrating digitally controlled design and fabrication

Evaluación de cargas torsoras en tableros rectos apoyados excéntricamente

[ESP] Muchos son los motivos por los que ciertos proyectos de pasarelas requieren apoyar sus tableros en un borde mediante un sistema de apoyos excéntricos. Este artículo estudia la influencia que tienen determinados parámetros mecánicos y geométricos sobre la flexión de los tableros rectos apoyados excéntricamente cuando son solicitados por una carga torsora. Como conclusión, se muestra la relación entre el valor de las cargas torsoras y de las cargas verticales uniformemente distribuidas a través de la excentricidad de los apoyos. [ENG] Some projects of pedestrian bridges require supporting their decks on an eccentric bearing system, due to functional or clearance conditions. This paper studies the influence that some mechanical and geometrical parameters have on the bending behaviour of eccentric supported decks, especially when loaded under a torsional distributed load. As a fundamental conclusion, it is presented the relationship between torsional and vertical distributed loads and the effect that the eccentricity of the intermediate bearings.Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica (ETSIA), Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial (ETSII), Escuela Técnica Superior de Arquitectura y Edificación (ETSAE), Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos y de Ingeniería de Minas (ETSICCPIM), Facultad de Ciencias de la Empresa (FCCE), Parque Tecnológico de Fuente Álamo (PTFA), Vicerrectorado de Estudiantes y Extensión de la UPCT, Vicerrectorado de Investigación e Innovación de la UPCT, y Vicerrectorado de Internacionalización y Cooperación al Desarrollo de la UPCT

Estudio de la flexión en tableros rectos apoyados excéntricamente

[ESP] En ocasiones, es necesario apoyar o suspender un tablero, bien sea recto o curvo, debido a condicionantes de índole funcional o geométrica sólo de uno de sus bordes. Este artículo estudia la influencia que tienen determinados parámetros mecánicos y geométricos sobre la flexión de los tableros rectos apoyados excéntricamente. Como conclusión fundamental, este artículo establece la necesidad de rigidez torsional en el tablero para garantizar la eficacia de los apoyos intermedios excéntricos. [ENG] Occasionally, due to functional or geometrical requirements, it is necessary to support or to suspend a deck, either a straight or a curved one, from one of its edges. This paper studies the influence of some mechanical and geometrical parameters on the bending of eccentrically supported straight decks. As a major conclusion, this article proves that the deck torsional stiffness is needed to provide efficiency to the intermediate bearing system.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Structural behavior of non-symmetrical steel cable-stayed bridges

Despite of the growing number of built examples, the analysis of non-symmetrical cable-stayed bridges has not received considerable attention from the researchers. In feet, the effects of the main design parameters in the structural behavior of these bridges are not addressed in detail in the literature. To fill this gap, this paper studies the structural response of a number of non-symmetrical cable-stayed bridges. With this aim, a parametric analysis is performed to evaluate the effect of each of the main design parameters (the ratio between the main and the back span length, the pylon, the deck and backstay stiflhesses, the pylon inclination, and the stay configuration) of this kind of bridges. Furthermore, the role of the geometrical nonlinearity and the steel consumption in stays are evaluated.Peer ReviewedPostprint (published version