Bibliografía

El tirante Freyssinet empleado en el puente de la Constitución de 1812

Publicado el Jueves, 11 de febrero de 2016

Figura 1. Monostrand© Freyssinet

El sistema de tirantes seleccionado para el Puente sobre la Bahía de Cádiz es el H-2000 de Freyssinet. Los tirantes del Puente de la Constitución de 1812 presentan las siguientes características:

  • En longitud miden desde los 88 metros de los más cortos hasta los 296 metros.
  • En capacidad van desde los 4.325KN en ELS (31cordones) hasta los 12695KN (91 cordones).

El sistema de tirantes de Freyssinet responde a las siguientes exigencias:

  • Sencillez de montaje, independiente de medios auxiliares en construcción.
  • Integración en el ciclo de trabajo.
  • Durabilidad de los materiales, tanto desde un punto de vista de la concepción como del posterior mantenimiento.
  • Calificación mecánica conforme a las principales recomendaciones internacionales aplicables en el sector.

La longitud libre del tirante se compone de un haz de cordones paralelos individualmente protegidos, cada cordón es trefilado tipo Y1860S7 de 15,7mm de diámetro nominal y una carga unitaria máxima a tracción de 279KN (fmax).
Adicionalmente en el caso del tirante Freyssinet ese cordón tiene una triple barrera de protección compuesta por una galvanización de los hilos, un relleno de cera y una vaina individual de polietileno de alta densidad (PEAD) extruida y semi-adherente al acero Monostrand©.

El haz de cordones está envuelto por una vaina global coextrusionada de PEAD, con una capa exterior de color blanco resistente a las condiciones ambientales (en particular las radiaciones UV).
Esta vaina exterior lleva una doble hélice para reducir las vibraciones del tirante debidas a la acción combinada de viento y lluvia, dando estabilidad aerodinámica y minimizando su coeficiente de arrastre.
Figura 2. Anclaje© Freyssinet

La fijación individual de cada cordón en el anclaje (Figura 2) se materializa mediante mordazas cónicas llamadas cuñas especialmente diseñadas para resistir a fatiga. Además cada tirante consta de un anclaje regulable roscado, con una carrera útil ampliada a 200mm, que permite ajustar la deformada del puente o la tensión de los tirantes de manera conjunta durante construcción y medir la fuerza o retesar el tirante durante la vida útil de la estructura.
La continuidad de las barreras de protección del cordón en el anclaje se realiza mediante la inyección de cera micro-cristalina. Por lo tanto es posible la sustitución cordón a cordón de los tirantes durante la vida útil de la estructura.
El anclaje garantiza la resistencia del conjunto frente a las tensiones axiales y radiales que recibe el tirante. Para ello, está equipado con un filtro de tensiones o filtro de desvío © que previene que las desviaciones angulares del cordón se extiendan a la zona de cuñas, consiguiendo que el cordón sea ortogonal a la cuña y limitando las tensiones en esa zona. Además, y mediante un guiado individual de geometría controlada de los cordones a la entrada del anclaje, se disminuye el efecto de la flexión y las tensiones en la zona de transición.

Las fuentes de desviación angular en el anclaje se pueden clasificar en tres tipos:

  • a. Tolerancias de construcción,
  • b. Variaciones angulares temporales y reversibles durante el proceso constructivo (izado de dovelas, tesado de tirantes,...)
  • c. Variaciones angulares en servicio (tráfico o cualquier otra solicitación).

Eso hace que los anclajes Freyssinet sean especialmente indicados para estructuras construidas mediante voladizos sucesivos, y más, en el segundo Puente sobre la Bahía de Cádiz. En el cual, el peso de las dovelas (≈300ton) y del carro de izado (≈500ton) producían giros importantes en los extremos del voladizo.

Durabilidad y mantenimiento. Comportamiento a fatiga. Amortiguadores.

Uno de los principales elementos resistentes de un puente atirantado, junto con el tablero y las torres, son los tirantes, por ello es necesario garantizar su comportamiento y durabilidad a lo largo de la vida útil de diseño de la estructura. Para ello los tirantes se diseñan con una baja fricción interna evitando su desgaste. Pero, al tener poco rozamiento, tienden a acumular energía y a oscilar, especialmente cuando están sujetos a excitaciones periódicas.
Con el fin de controlar o mitigar las solicitaciones en el tirante, en particular las debidas a los fenómenos de fatiga asociados a la vibración los tirantes de la bahía de Cádiz están dotados de amortiguadores hidráulicos de carrera ampliada.
Figura 3. Amortiguadores hidráulicos internos

La vibración es un fenómeno complejo, sus causas son numerosas y dependen del tipo de estructura y su ubicación y de la definición y disposición de los tirantes.
En relación a las principales causas de vibración en los tirantes podemos identificar los siguientes fenómenos:

  • El desprendimiento de torbellinos en la estela del cable (Vortex shedding)
  • El desprendimiento de torbellinos en un obstáculo que precede al tirante (Wake galloping)
  • Galope (Galloping)
  • Bataneo (Buffeting)
  • Vibraciones por lluvia y viento
  • Excitación paramétrica.


Las 4 primeras causas se deben a los flujos de aire sobre los tirantes y se pueden controlar mediante amortiguadores convencionales.

Para las vibraciones debidas a la acción conjunta de viento moderado y lluvia, por otro lado una de las solicitaciones más frecuentes, se ha demostrado que el empleo de las vainas con doble hélice que perturban el flujo de agua a lo largo del cable es la medida más efectiva.

Por último y al respecto de la excitación paramétrica, que son las vibraciones del cable causadas por oscilaciones de la propia estructura, se requiere un estudio detallado para poder verificar que las características dinámicas de la estructura en su conjunto en relación a su entorno se pueden mitigar mediante amortiguadores o si son necesarias otras medidas que cambien los modos propios de vibración del tirante.

Los amortiguadores hidráulicos internos empleados en el puente de la bahía de Cádiz unen el haz de cordones a la estructura por medio de un tubo guía. Al ser internos están protegidos frente a las agresiones climáticas y les permiten integrarse adecuadamente a cada tirante, de manera que el conjunto resultante trabaje de forma armónica y uniforme con el menor impacto estético. Constan de 3 pistones dispuestos radialmente sobre el haz para mitigar las vibraciones en cualquier dirección.