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Cubierta ortotrópica

Fabricación de una sección de cubierta ortotrópica Un puente ortotrópico o tablero ortotrópico es aquel cuyo tablero fabricado consiste en una placa de acero estructural rigidiz...

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Fabricación de una sección de cubierta ortotrópica

Un puente ortotrópico o tablero ortotrópico es aquel cuyo tablero fabricado consiste en una placa de acero estructural rigidizada longitudinalmente con nervaduras, transversalmente o en ambas direcciones. Esto permite que el tablero fabricado soporte directamente las cargas vehiculares y contribuya al comportamiento portante general de la estructura del puente . El tablero ortotrópico puede estar integrado o apoyado sobre una cuadrícula de elementos de la estructura del tablero, como vigas transversales y vigas longitudinales . Todas estas opciones para los elementos de rigidización, por ejemplo, nervaduras, vigas y vigas principales, son intercambiables, lo que da como resultado una gran variedad de paneles ortotrópicos.

Las cubiertas con rigideces diferentes en las direcciones longitudinal y transversal se denominan "ortótropas". Si las rigideces son similares en ambas direcciones, la cubierta se denomina " isotrópica ". [ 1 ]

El sistema de placas y nervaduras de acero para la cubierta puede idealizarse, a efectos analíticos, como una placa ortogonal anisotrópica ; de ahí la denominación abreviada "ortotrópica".

Discusión

Los elementos de rigidización pueden cumplir varias funciones simultáneamente. Mejoran la resistencia a la flexión de la placa para que pueda soportar cargas locales de las ruedas y distribuirlas a las vigas principales. También aumentan la superficie transversal total de acero en la placa, lo que incrementa su contribución a la capacidad de flexión global del tablero (es decir, la placa del tablero actúa como un ala superior en una viga cajón o viga en I ). Finalmente, los rigidizadores aumentan la resistencia de la placa al pandeo .

Los mismos efectos estructurales se aplican también a la losa de hormigón en un puente de vigas compuestas , pero el tablero ortotrópico de acero es considerablemente más ligero y, por lo tanto, permite diseñar puentes de mayor envergadura de forma más eficiente.

La resistencia al uso de una losa ortotrópica se relaciona principalmente con su costo de fabricación, debido a la cantidad de soldadura que implica. Además, debe prefabricarse en lugar de ensamblarse en obra, lo que ofrece menos flexibilidad que las losas de hormigón in situ. Las losas ortotrópicas han sido propensas a problemas de fatiga y a la delaminación de la superficie de rodadura, que, al igual que la losa, suele ser de un material muy delgado para reducir el peso. [ 2 ]

Invención

Parte inferior del tablero ortotrópico de reemplazo más ancho del puente Lions Gate (2000-2001).
Entre 1982 y 1986, el puente Golden Gate fue reacondicionado con una cubierta ortotrópica.

La corporación MAN propuso un puente colgante con una plataforma ortotrópica de acero desarrollada por el ingeniero alemán Dr. Wilhelm Cornelius en 1948. Cornelius sugirió la teoría de placas ortotrópicas para determinar las fuerzas internas y los desplazamientos de las superficies de carga, lo que permitió mejoras en las partes longitudinales y transversales. [ 3 ]

En todo el mundo existen miles de puentes con tablero ortotrópico. A pesar del ahorro y las ventajas (se puede ahorrar hasta un 25 % de la masa total del puente reduciendo el peso del tablero, ya que la reducción de peso se extiende a cables, torres, pilares, anclajes, etc.), a finales de 2005 , Estados Unidos solo contaba con unos 60 puentes de este tipo en uso.Alrededor del 25% de los puentes ortotrópicos en los EE. UU. se encuentran en California, incluido el puente San Mateo-Hayward , que es uno de los primeros puentes importantes en los EE. UU. que se construyó utilizando un tablero ortotrópico.

Algunos puentes atirantados de gran tamaño, así como los puentes de mayor envergadura ( puentes atirantados y colgantes ), no serían viables sin tableros ortotrópicos de acero. Los puentes de viga cajón y de patas inclinadas más largos, los puentes de arco , los puentes móviles y dos puentes flotantes noruegos utilizan tableros ortotrópicos.

El viaducto de Millau , un puente atirantado en Millau, Francia, posee la mayor superficie de tablero de acero ortotrópico de cualquier puente individual. El menor peso bruto total de la superestructura permitió el lanzamiento del puente desde ambos extremos del viaducto de Millau.

El tablero ortotrópico del puente Akashi Kaikyō permitió a los japoneses construir el tramo más largo, de unos 1.800 metros (6.000 pies ) , un 50% más largo que el puente Golden Gate.  

Los tableros ortotrópicos permiten una profundidad de tablero muy reducida, lo que disminuye la pendiente de los pasos de aproximación y, por lo tanto, sus costos. Esta forma también se usa ampliamente en puentes basculantes y otros puentes móviles donde se pueden lograr ahorros significativos en el costo de los elementos mecánicos al usar un tablero más ligero. El puente ferroviario El Ferdan sobre el canal de Suez en Egipto es el puente giratorio más largo del mundo. El puente Erasmus tiene un tablero ortotrópico tanto para su tramo atirantado como para su tramo basculante. El puente Danziger de Nueva Orleans es un puente levadizo vertical muy grande .

El Mumbai Trans Harbour Link , también conocido como Atal Setu, es el primer puente con tablero de acero ortotrópico de la India. Conecta el sur de Bombay con el JNPT (Nhava Sheva) de Navi Bombay y ha reducido el tiempo de viaje entre Bombay y Pune, Navi Bombay, Goa y otras ciudades al sureste de Pune.

Sustitución de tableros de puentes

Es posible reacondicionar un puente diseñado originalmente con una losa de hormigón o no estructural para utilizar una losa ortotrópica más ligera, lo cual se ha hecho para preservar o prolongar la vida útil de puentes clave o emblemáticos en todo el mundo.

Se utilizó por primera vez en Norteamérica en 1975, en el puente Lions Gate de Vancouver , que se completó en 1938 con un diseño excepcionalmente ligero. La plataforma de hormigón original del viaducto norte de 670 m (2200 pies) del puente Lions Gate se sustituyó por una plataforma ortotrópica más ligera y ancha, realizada por secciones mediante una serie de cierres cortos del puente. [ 4 ] Las plataformas ortotrópicas en voladizo permitieron que el puente Tamar permaneciera abierto mientras se sustituía la plataforma principal en 1999. Entre 2000 y 2001 se llevó a cabo una ambiciosa sustitución ortotrópica de toda la estructura suspendida original de la sección principal de suspensión del puente Lions Gate, que se completó sin interrupción del tráfico en hora punta, lo que dio una nueva vida al puente de 63 años, que no fue diseñado para ser duradero. [ 5 ]  

Otro ejemplo notable, el puente Golden Gate de San Francisco , terminado en 1937, originalmente tenía una plataforma de hormigón . La sal transportada por la niebla o la bruma llegó a las barras de refuerzo , causando corrosión y desprendimiento de hormigón . De 1982 a 1986, la plataforma original del puente, en 747 secciones, fue reemplazada con paneles de acero ortotrópico más ligeros y resistentes durante 401 noches sin cerrar completamente la carretera al tráfico. [ 6 ] El proyecto no solo restauró el puente a su estado óptimo, sino que también redujo el peso de la plataforma en 12 300 toneladas (11 160 toneladas métricas ).

Véase también

Referencias

  1. ↑ Hambly, EC (1976). Comportamiento de la plataforma de un puente . E & FN Spon. pág.  54.
  2. ^ Mangus, Alfred R.; Sol, Shawn. "Puentes de plataforma ortotrópica" (PDF) . Manual de ingeniería de puentes. Ed. Wai-Fah Chen y Lian Duan, Boca Ratón: CRC Press, 2000 . Consultado el 2 de agosto de 2020 .
  3. ↑ Partov, D. (2017). "Sobre la historia de los tableros de puentes ortopédicos" .
  4. ↑ Buckland, Peter G. (1981). "El puente Lions' Gate: renovación" . Revista Canadiense de Ingeniería Civil . 8 (4). Revista Canadiense de Ingeniería Civil, 1981, 8(4): 484-508: 484– 508. doi : 10.1139/l81-063 . Recuperado el 1 de agosto de 2020 .
  5. ↑ Buckland, Peter G.; Matson, Darryl (2003). "El puente colgante reconstruido de Lions' Gate, Vancouver" . Actas de la Institución de Ingenieros Civiles - Ingeniería de Puentes . 156 (3). Actas de la Institución de Ingenieros Civiles - Ingeniería de Puentes, ISSN 1478-4637 E-ISSN 1751-7664, Volumen 156 Número 3, septiembre de 2003, pp. 125-133: 125–133. doi : 10.1680 / bren.2003.156.3.125 . Recuperado el 1 de agosto de 2020 .
  6. ↑ "Reemplazo del tablero del puente (1982-1986)" . goldengate.org . Consultado el 2 de agosto de 2020 .
  • Actas de la Conferencia sobre Puentes Ortotrópicos (25-27 de agosto de 2004) (PDF) . Sección Capital de la ASCE en Sacramento, California. Agosto de 2004. Archivado del original (PDF) el 22 de enero de 2015. Consultado el 21 de enero de 2015 .
  • Especificaciones de diseño de puentes LFRD (7.ª ed.). Washington D.C.: AASHTO . 2014. ISBN 978-1-56051-592-0Consultado el 21 de enero de 2015 .
  • Buckland, Peter G. (1981). "El puente Lions Gate - renovación". Revista canadiense de ingeniería civil . 8 (4). Ottawa, Canadá: 484– 508. doi : 10.1139/l81-063 .
  • Cartledge, P., ed. (1973). Puentes de vigas cajón de acero: Actas de la Conferencia Internacional . Londres, Reino Unido: Institution of Civil Engineers , Thomas Telford Publishing. ISBN 0901948764.
  • Chang, JCL (diciembre de 1961). "Construcción de placas ortotrópicas para puentes de tramo corto". Ingeniería Civil . ASCE .
  • Sedlacek, Gerhard (1992). «Cap. 2.10: Tableros de puentes de placas ortotrópicas». En Dowling, Patrick J.; Bjorhovde, Reidar; Harding, John E. (eds.). Diseño de estructuras de acero: una guía internacional . Londres: Elsevier Applied Science. ISBN 978-1-85166-895-3.
  • Manual para el diseño, construcción y mantenimiento de puentes con tablero de acero ortotrópico (PDF) . Administración Federal de Carreteras, Departamento de Transporte de los Estados Unidos. Febrero de 2012. Consultado el 21 de enero de 2015. Publicación n.° FHWA-IF-12-027 .
  • Mangus, Alfred R.; Sun, Shawn (1999). «Cap. 14: Puentes de tablero ortotrópico». En Chen, Wai-Fah; Duan, Lian (eds.). Manual de ingeniería de puentes (1.ª  ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 0-8493-7434-0.
  • Mangus, Alfred R. (mayo de 2002). Merrill, Kelly S. (ed.). Puentes de tablero ortotrópico construidos en regiones frías . 11.ª Conferencia Internacional sobre Ingeniería de Regiones Frías (20-22 de mayo de 2002; Anchorage, AK). Reston, VA: ASCE . doi : 10.1061/40621(254)36 . ISBN 978-0-7844-0621-2Ingeniería en regiones frías : Impactos de las regiones frías en el transporte y la infraestructura.
  • Troitsky, MS (1987). Puentes ortotrópicos: teoría y diseño (2.ª  ed.). Cleveland, OH: James F. Lincoln Arc Welding Foundation. ASIN B001KSB33O . 
  • Wolchuk, R. (1963). Manual de diseño para puentes de tablero de placas de acero ortotrópico . Nueva York: Instituto Americano de Construcción de Acero . OCLC 601952341. Recuperado el 21 de enero de 2015 . 
  • Artículo sobre la plataforma ortotrópica del centro de investigación de la autopista Turner-Fairbark, procedente del sitio web del Departamento de Transporte de los Estados Unidos.
  • Informe de la Administración Federal de Carreteras (Departamento de Transporte de EE. UU.) sobre la automatización de la fabricación de secciones de tableros de puentes.
  • Detalles de la cubierta del Severn Crossing. Las ilustraciones incluyen diagramas de la parte inferior de la cubierta y de los puntos de soldadura.
  • Seminario de Ingenieros de Puentes del Oeste
  • Puentes ortotrópicos de California (PowerPoint)
  • Manual para el diseño, construcción y mantenimiento de cubiertas de acero ortotrópicas (2012)