Estudio del comportamiento resistente de los puentes de arco espaciales

Abstract

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.