Análisis teórico de la variación aleatoria de los esfuerzos de montaje de los cables en los puentes atirantados

Resumen

Los puentes atirantados son una de las tipologías estructurales con mas desarrollo en
los últimos años ya que cuentan con un ámbito de aplicación que se ha extendido en
gran medida, llegando hasta el rango de luces de más de 1000 m. Por otra parte, para
el caso de luces medias, este tipo de puentes aporta unas características resistentes y
formales que los hacen muy adecuados en gran número de situaciones.
Simultaneamente al importante número de realizaciones llevadas a cabo con esta
tipología en los últimos años, se ha producido un gran desarrollo del conocimiento
teórico de diferentes aspectos técnicos específicos de estos puentes, tanto a nivel de
su comportamiento estructural como de la simulación y mejora de sus procesos
constructivos. Estos desarrollos se han producido en gran parte gracias al avance en
las capacidad de computación disponible hoy en día con los numerosos y cada vez
más sofisticados programas comerciales de cálculo estructural, los cuales permiten la
realización de análisis que hasta hace poco tiempo eran muy complicados de
desarrollar.
Una de las principales características de este tipo de estructuras, además de su
elevado hiperestatismo, es la importancia del proceso constructivo, y en concreto del
proceso de tesado de los cables, a la hora de conseguir alcanzar una situación final
con la estructura en servicio que cumpla los requisitos establecidos a priori. Por este
motivo se han llevado a cabo bastantes investigaciones orientadas a la optimización
de los axiles a aplicar a los cables en el momento de su colocación y en su situación
final. Parte de estos análisis se han centrado en particular en la posible influencia de
ciertos parámetros geométricos y mecánicos aleatorios sobre los esfuerzos provocados
sobre la estructura.
Por otra parte, el propio comportamiento resistente de un tirante introduce ciertas
incertidumbres en los formatos de seguridad asociados a los esfuerzos generados sobre
ellos, en concreto en relación a la dependencia de estas fuerzas respecto de las
cargas permanentes y a su consideración a nivel de coeficientes de seguridad
asociados a dichas acciones.
En vista de estos aspectos particulares se ha procedido a desarrollar la investigación
que se expone a continuación, en la que se ha pretendido obtener un conocimiento
adicional de algunos de estos aspectos para así poder contrastar la validez de las
hipótesis que hoy en día son establecidas por la normativa vigente. De esta forma el planteamiento adoptado en esta tesis ha sido en primer lugar
proponer un método novedoso de introducción de errores aleatorios sobre los
esfuerzos o deformaciones de tesado de los cables, de tal manera que se pueda
aplicar dicha técnica a distintas tipologías de puentes atirantados. Se pretende con
ello conocer la influencia de dichos errores sobre el comportamiento de estas
estructuras y valorar la magnitud de las desviaciones finalmente creadas respecto de
la situación teórica.
Una vez conocida la implicación que supone la aleatoriedad aplicada en la
colocación de los tirantes, tanto cualitativa como cuantitativamente, se ha procedido
a realizar un análisis de las consecuencias respecto de los formatos de seguridad que
de estos datos se deducen.
Señalar que esta tesis se ha centrado en el caso concreto de puentes atirantados
construidos por voladizos sucesivos y con tableros de hormigón, dado el gran numero
de puentes ejecutados con estas características, y con el objetivo de concentrar el
estudio realizado en una tipología particular, pero de gran aplicación. Cable-stayed bridges represent one of the most developed structural typologies being
used recently as it has a span range that can extend beyond 1000m. Furthermore,
when it comes to bridges that span to a medium range we could say their shape and
resistance are features that make this kind of bridge suitable for many different
applications.
Moreover, due to this type of bridge being used newly more extensively it has allowed
for a better understanding of the theoretical knowledge of the various technical
aspects both at a structural and simulation level in order to improve the constructions
process of this type of bridge. Knowledge and development of these bridges can be
attributed to the increasing apprehension of I.T. skills and the development of more
advanced computer software with regards to structural calculations. The latter can
aide more demanding analysis that was previously difficult to ascertain
Defining features of this type of structure, besides its hyper static attributes, is the
importance of the construction process, namely the cable tensioning process, which
determines whether the requirements set out in the construction process will be met
once the bridge is finished and traffic loads are applied. This is why much research has
been conducted into the optimization of the axial forces to be applied to the cables.
Focus, of part of this research, goes into the possible influences of random geometrical
and mechanical parametres on the forces applied to the structure.
We have therefore proceeded to develop research in which we have tried to gain
more in depth knowledge which considers these aspects so that we can validate the
hypothesis which are currently established in the regulations
Firstly, the purpose of this thesis is to provide a new method to introduce random errors
on the forces or deformations of cable tensioning so that this technique can be
extended to various models of cable-staying bridges.
It is important to highlight that this thesis has focused on cable-stayed bridges built
through the balanced cantilever method and with concrete girders and considering
there are many actual bridges with these characteristics the research has focused on a
specific yet extensively applied method.