PUENTE DE ARCO DE UN SOLO TRAMO.

Puente de arco de un solo tramo, del tipo de tablero suspendido,

con cimientos en tierra, adecuado para cruzar cuerpos de agua también muy largos (>3 km). Los cimientos flotantes y los diafragmas antidesviación lo hacen insensible a posibles licuaciones del suelo. Una modalidad arquitectónica proporciona la compensación de los impulsos por medio de tirantes independientes del tablero, obteniendo de esta manera un puente de arco amarrado. Grupos de gatos hidráulicos colocados en la clave inducen una condición forzada permanente y variable, adecuada para optimizar en tiempo real la condición de tensión del puente, que se comporta entonces como una estructura inteligente. La presencia de varios componentes estructurales tensionados, cordones verticales y miembros de conexión predispone a la estructura para un uso selectivo de materiales de propiedades mecánicas muy altas, muy ligeros, resistentes a la fatiga y a la agresividad del medio ambiente, libre de mantenimiento.

Campo de la invención Ingeniería Estructural -Obra Civil -Puentes de arco de tablero suspendido.

Antecedentes de la invención

Se conocen bien a partir del estado de la técnica varias ejecuciones de cruces aéreos con tramos grandes (> 500 m) ; se trata principalmente de puentes colgantes, que entre todos los puentes son los que tienen los máximos tramos (> 1000 m) . Entre dichos puentes colgantes solamente algunos de ellos han sido diseñados para permitir el tránsito de trenes, pero solamente en cuatro de ellos, no en los mayores de dichos puentes, se realiza realmente tránsito (puente Tagus en Lisboa, 1013 m -San Francisco Bay Bridge West, 704 m -puente Tsing Ma en Hong Kong, 1377 m -un puente del Sistema Seto-Ohashi en Japón, 1100 m) . Con respecto a los trenes que circulan sobre ellos, son trenes ligeros (aproximadamente 500 t, contra 5000 t de los trenes de mercancías más pesados) . Sintomáticamente, el puente Akashi-Kaikyo en Japón, 2000 m de tramo principal, el puente más largo del mundo, no permite el tránsito de trenes.

Además, se han construido algunos, muy pocos, puentes de arco con tramos grandes, tramos de aproximadamente 500 m, pero muy lejos de los tramos de los puentes colgantes más grandes. Con respecto a los puentes atirantados, su tramo máximo es aproximadamente 1200 m (puente Ting Kau en Hong Kong, 1177 m, en el que no está permitido el tránsito de trenes) . Las modalidades de construcción de dichos puentes atirantados implican necesariamente una condición de tensión de fuerza axial compresiva para todo el tablero. Dicho tablero, antes de unirlo en el centro del tramo, tiene problemas de inestabilidad lateral, tanto más graves cuanto mayor es el tramo, de manera que es muy problemático construir tramos muy grandes, a no ser que se realice la duplicación del tablero, que es una de las características principales de esta invención.

También se han construido puentes en ménsula, entre los cuales el más grande tiene un tramo máximo de aproximadamente 750 m (puente Tappan Zee) . La arquitectura de los puentes en ménsula implica la presencia, en el centro de cada tramo, de un elemento soportado simplemente, cuya longitud es un porcentaje notorio del tramo total. Si no fuera así (si fuera mucho más corto que el tramo total) , sería en último término una variante de los puentes atirantados, con los inconvenientes ya mencionados de dichos puentes, aunque en un aspecto mitigado. Por lo tanto, para tramos muy grandes, los puentes en ménsula muestran los siguientes problemas: -las vigas en ménsula que deben ser soportados con modalidades similares a las utilizadas para los puentes atirantados muestran sus mismos problemas, con la circunstancia agravante de que el elemento central simplemente soportado no es adecuado para contrarrestar una inestabilidad lateral potencial de las vigas en ménsula que lo soportan, debido a la falta de continuidad en los tramos que, por el contrario, es típica de los puentes atirantados; -además, dicho elemento central, que podría tener, sin embargo, una longitud enorme para tramos muy grandes, implicaría dificultades de instalación considerables, puesto que no se permiten andamios provisionales, que no son compatibles con la navegabilidad. De esta manera, se puede inferir que los puentes en ménsula, por otro lado no muchos, probablemente han explotado ya sus potencialidades. Por lo tanto, son mucho menos recomendables para construir tramos individuales muy grandes. Los puentes en ménsula más grandes son los siguientes:

Puente Tappan Zee (Nueva York, USA) -736 m: carretera

Puente Quebec (Quebec -Canadá) -549 m : carretera y ferrocarril

Puente Forth (Firth of Forth-Scotland-UK) -521 m: ferrocarril

Puente Commodore Barr y (Delaware river-USA) -501 m: carretera

Puente Grande de New Orleans (New Orleans -USA) -480 m:

carretera

Puente Howrah (Calcuta -India) -457 m: carretera (anteriormente

también ferrocarril) .

Con respecto a los puentes de arco, los mayores son los siguientes: Puente Lu Pu (China -Shanghai) -550 m: puente de arco de tablero suspendido: carretera. Puente Sydney Harbour (Sydney -Australia) -530 m : puente de arco de tablero suspendido; carretera y ferrocarril (trenes ligeros) .

Puente New River Gorge (Virginia Oeste -USA) -510 m: puente de arco de tímpano; carretera.

Descripción de la invención De acuerdo con la variante principal de esta invención, la estructura está compuesta de dos arcos gemelos, planos, verticales y paralelos. Cada arco gemelo tiene en el centro del tramo una articulación especial equipada con grupos de gatos hidráulicos permanentes que ejercen empujes horizontales permanentes y variables, en los arcos correspondientes, compensados por fuerzas de tracción horizontales iguales que actúan sobre los tirantes horizontales posicionados al nivel del tablero. Los empujes al nivel de la clave pueden ser modulados por un sistema de control de reacción especial que actúa en tiempo real, de acuerdo con la variabilidad de las cargas vivas, principalmente de los trenes y del viento, para obtener la optimización de la línea de presión, particularmente mitigando el momento de flexión en las impostas del arco. Un sistema de placas verticales y horizontales, equipadas con ranuras y pasadores de cizallamiento, está posicionado en la clave para impedir desplazamientos relativos transversales entre los semi-arcos opuestos entre sí sobre dicha clave, para permitir en su lugar desplazamientos relativos longitudinales horizontales y para permitir que los gatos hidráulicos ejerzan solamente fuerzas horizontales coplanares a los arcos. Una segunda variante proporciona la instalación de los gatos hidráulicos en los extremos de los tirantes, por lo tanto al mismo nivel de los tableros. En este caso, sobre la clave está prescrita la continuidad estructural, de manera que se puede generar un momento de flexión interior en dicha clave para compensar el momento de flexión exterior generado sobre los tirantes por la fuerza de tracción de los gatos hidráulicos. Por lo que se refiere a la articulación, se puede concebir en varias formas sin abandonar el alcance de esta invención. No obstante, se especifica que dicha articulación está compuesta de dos articulaciones separadas, una para cada arco de tal manera que permiten solamente rotaciones, en la clave, de los extremos de los arcos alrededor de un eje horizontal transversal al puente. Unas barras verticales convenientemente amarradas, adecuadas para soportar fuerzas de compresión y que conectan los arcos a los tableros

subyacentes, posicionados en el centro del tramo y en los cuartos del tramo, impiden potenciales desplazamientos hacia arriba de los tableros, evitando de esta manera la aparición de la inestabilidad aeroelástica (fluctuación) , integrando la acción de prevención similar ejercida por los cordones verticales que impiden los desplazamientos hacia abajo. Por lo tanto, se consigue la prevención total de las deformaciones grandes debidas a cambio de forma, por el contrario inevitable en los puentes colgantes.

El tablero está dividido en dos partes, una para cada dirección, cada una posicionada sobre la proyección vertical de un arco y soportada por los cordones verticales fijados por encima de dicho arco. Esta duplicación permite espaciar convenientemente los dos arcos gemelos para obtener una relación tal entre el tramo de puente y su anchura total que asegure una rigidez transversal global adecuada para resistir las fuerzas transversales del viento y sísmicas.

Una solución preferida, pero no restrictiva contempla que cada uno de los dos tableros esté dividido en dos niveles, un nivel superior para los vehículos y un nivel inferior para los trenes. La rigidez transversal del puente se asegura en su integridad por un primer sistema de miembros de conexión transversales que conectan los arcos gemelos, un segundo sistema colocado en un plano horizontal y que conecta los dos tableros y un tercer sistema que conecta verticalmente, con preferencia en el centro del tramo y en los cuartos del tramo, los arcos a los tableros.

Los dos tableros gemelos paralelos se extienden ellos mismos en tierra soportados por dos vigas rectilíneas de soporte, paralelas y subhorizontales que forman la continuación estructural de los arcos correspondientes, con los que se unen y en continuidad. Además, los miembros de conexión horizontales planos de los tableros se pueden extender,...

1. Puente de arco de un solo tramo, que incluye dos arcos gemelos (1) planos, verticales y paralelos; caracterizado porque está equipado con actuadores (46; 55) adecuados para tensar al menos una pluralidad de los elementos que componen dicho puente.

2. Puente de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque cada arco (1) es divisible en dos semi-arcos; y porque cada arco gemelo (1) tiene en la clave en el centro del tramo entre los dos semi-arcos, una articulación

(15) respectiva que incluye, a su vez, actuadores (46; 55) que producen fuerzas variables permanentes sobre los semi-arcos respectivos.

3. Puente de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque existe una pluralidad de actuadores (46) en los extremos de tirantes (5) , cuyos terminales (6) están fijados a una pluralidad de yugos (64) sobre los que actúan directamente una pluralidad de martinetes (53) de dichos actuadores (46) .

4. Puente de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque las fuerzas horizontales variables permanentes producidas por dichos actuadores (46) son compensadas por fuerzas de tracción horizontales iguales que actúan sobre los tirantes (5) .

5. Puente de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque dichos tirantes (5) están colocados al nivel de tableros (3) .

6. Puente de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque cada una de las dos articulaciones gemelas (15) comprende un sistema de placas verticales (47) fijadas a y en continuidad con los semi-arcos, y de placas horizontales (48) articuladas a los semi-arcos a través de algunas articulaciones auxiliares (49) ; estando equipadas dichas placas (47, 48) con ranuras (50) y pasadores cilíndricos (51) ; estando acopladas dichas placas (47, 48) entre sí de acuerdo con una modalidad de macho y hembra.

7. Puente de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque las

placas hembra (47, 48) son dobles y están equipadas con ranuras (50) y no con pasadores (51) ; mientras que las placas macho (47, 48) son simples y están equipadas con pasadores (51) correspondientes, pero no con ranuras (50) ; siendo insertados dichos pasadores (51) en dichas ranuras (50) sin intersticio transversal, para impedir desplazamientos relativos transversales a dichas ranuras (50) .

8. Puente de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque las placas verticales (47) , equipadas con ranuras horizontales (50) , impiden ciertos desplazamientos relativos verticales entre los dos extremos de los semi-arcos que están enfrentados entre sí en la articulación de la clave (15) .

9. Puente de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque las placas horizontales (48) , divergentes con ranuras horizontales (50) , impiden de manera similar los desplazamientos relativos transversales horizontales, siendo entonces libres los desplazamientos relativos longitudinales horizontales, de manera compatible con la longitud de las ranuras (50) , que imponen un límite superior a dichos desplazamientos y de manera compatible con el avance de los actuadores (46) que controlan de esta manera indirectamente la fuerza de tracción sobre los tirantes (5) y luego sus alargamientos.

10. Puente de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque es libre también la rotación con relación a un eje transversal horizontal, compatible con el estado de todas las ranuras (50) y cumplimentado por las ranuras auxiliares (49) , con las que están equipadas las placas horizontales (48) .

11. Puente de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque dichos actuadores (46) están montados en dos grupos independientes, uno para cada una de las articulaciones gemelas (15) , y que tienen un estado longitudinal horizontal con ejes paralelos, un grupo para cada pareja de semi-arcos, actuando cada martinete (53) de los actuadores (46) , a través de un extremo (54) , sobre el semi-arco opuesto.

12. Puente de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque los dos grupos realizan concomitantemente dos fuerzas diferentes, condición necesaria para obtener una pareja de fuerzas en la clave para compensar las fuerzas transversales del viento.

13. Puente de acuerdo con la reivind icación 11 ó 12, caracterizado porque en un mismo grupo las fuerzas de varios actuadores (46) son diferentes entre sí, de manera que las fuerzas que actúan en el extradós son diferentes de las que actúan en el intradós, permitiendo de esta manera la cancelación de la rotación relativa en la clave de los semi-arcos.

14. Puente de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque existe un sistema que comprende, en la articulación (15) , una pluralidad de parejas divergentes de los actuadores (55) dispuestas en parte horizontalmente y en parte verticalmente para detener los desplazamientos horizontales y verticales relativos, además cualquiera que sea la rotación relativa, diferenciando convenientemente el avance de los martinetes correspondientes para inducir fuerzas antagonistas transversales, pudiendo sustituir este sistema parcial o totalmente al sistema de placas (47, 48) , articulaciones auxiliares (49) , ranuras (50) y pasadores (51) .

15. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichos arcos (1) están conectados entre sí por miembros de conexión (16, 16') .

16. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a cada arco (1) pertenece un tablero (3) correspondiente enganchado a dicho arco a través de cordones verticales

(4) correspond ientes.

17. Puente de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque los dos tableros (3) están conectados entre sí por miembros de conexión (56, 56') .

18. Puente de acuerdo con la reivind icación 16 ó 17, caracterizado porque

ambos tableros (3) contribuyen a la rigidez horizontal transversal global del puente con la ayuda de los miembros de conexión (56, 56') .

19. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque existe una pluralidad de barras amarradas (73) suspendidas de los semi-arcos e insertadas debajo en cavidades coaxiales

(74) que se proyectan hacia arriba desde el extradós de los tableros (3) , con tal que entre el extremo inferior de cada barra (73) y el fondo de la cavidad coaxial (74) correspondiente exista un intersticio que aloje un muelle calibrado (75) que permite transferir gradualmente a cada barra (73) la fuerza axial de compresión inducida por el desplazamiento potencial hacia arriba del tablero (3) correspondiente, adecuada para contrarrestar la inestabilidad aero-elástica (fluctuación) .

20. Puente de acuerdo con la reivindicación 19, caracterizado porque cada tablero (3) , en su globalidad, es independiente tanto de los tirantes (5) como de los arcos (1) Y de las vigas de continuidad (2) , con respecto a los cuales entonces dicho tablero (3) se puede extender longitudinalmente debido, por ejemplo, a las dilataciones térmicas, con la excepción de un punto fijo colocado en una de las dos vigas de continuidad (2) .

21. Puente de acuerdo con la reivindicación 19 ó 20, caracterizado porque las barras (73) están colocadas en el centro del tramo, a saber, sobre los dos lados de la articulación (15) , además en los cuartos del tramo.

22. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque tiene ocho cimientos (8, 9) , cuatro cimientos (8) cerca de la orilla como soportes de los arcos (1) , y cuatro cimientos (9) en los extremos exteriores de las cuatro vigas de continuidad (2) .

23. Puente de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizado porque cada cimiento (8, 9) está equipado con al menos un aislador sísmico (10) .

24. Puente de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque cada aislador sísmico (10) incluye una almohadilla de materiales de elastómero

reforzado.

25. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque al menos uno de los ocho cimientos (8, 9) , en suelos propensos a licuación, es un cimiento flotante hueco, diseñado para transferir al suelo, en servicio, al nivel de las impostas de los cimientos, la misma presión vertical debida al propio suelo que actúa antes de la excavación del suelo.

26. Puente de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado porque al menos dos cimientos flotantes huecos, uno en cada orilla, están equipados con diafragmas verticales anti-desviación (28) fijados en el suelo no licuable (29) .

27. Puente de acuerdo con la reivindicación 26, caracterizado porque cada cimiento (8, 9) está equipado con dispositivos elevadores (26) adecuados para levantar todo el puente para permitir la sustitución de aisladores sísmicos (10) .

28. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las acciones de los actuadores (46, 55) son moduladas por un sistema de control de reacción que actúa en tiempo real sobre dichos actuadores (46, 55) , en función de la variabilidad de las cargas vivas, principalmente de los vehículos que cruzan el puente y/o del viento, para obtener la optimización de la línea de presión, particularmente para llevar a cero el momento de flexión en las impostas del arco (1) .

29. Puente de acuerdo con la reivindicación 28, caracterizado porque dicho sistema de control de reacción es un sistema integrado extendido por todo el puente, que comprende los actuadores (46, 55) , sensores y otros dispositivos para la supervisión global de la estructura, para obtener la optimización de la condición de tensión de dicha estructura haciendo frente dinámicamente a la variabilidad de las fuerzas externas debida principalmente a las cargas de circulación, al viento, al terremoto, a variaciones térmicas, a la fluencia de los materiales, al asentamiento del

suelo u otros factores del medio ambiente.

30. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la anchura total de dicho puente y el intersticio entre

los arco gemelos (1) son proporcionales a la longitud del tramo individual, con rigidez transversal global consecuente grande para cada tramo.

31. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una de las vigas de continuidad (2) se

extiende dentro de los terrenos (12) siguientes altos y se inserta en un túnel (13) , cuya parte superior y cuyas paredes fijan el extremo de dicha viga a través de los aisladores sísmicos (10) , en lugar de los cables de anclaje (11) .

32. Puente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 31,

caracterizado porque los brazos de guía (66) están colocados entre los tirantes (5) y los tableros (3) , interactuando dichos tirantes (5) con los brazos de guía (66) y debido a la fuerza de tracción grande a la que están sometidos dichos tirantes (5) , ayudan a proteger los tableros (3) contra la inestabilidad aeroelástica, frenando los desplazamientos ascendentes de

dichos tableros (3) , ayudando así a las barras (73) .