¿Por qué diseñar un puente atirantado con pilones inclinados hacia el obstáculo que se va a atravesar?

¿Por qué construir torres de alta tensión que estén inclinadas lejos del obstáculo que se está atravesando?

Además de ser estéticamente interesante, también puede ser estructuralmente eficiente. Personalmente, lo ve los muchos puentes de Calatrava utilizando este concepto, en particular el Puente del Alamillo . En realidad, el pilón está totalmente comprimido bajo carga muerta: la tensión del cable y el peso propio del pilón se resuelven en una fuerza directamente hacia abajo del eje del pilón.

¿Por qué construir pilones inclinados hacia el obstáculo que se está atravesando?

Desafortunadamente, la respuesta principal es la estética. El «arte» ocupa un lugar destacado, aumentando los costos. Porque aquí tenemos el peso propio del pilón y la tensión del cable actuando juntos, ambos doblando el pilón en la misma dirección. Para contrarrestar esto, normalmente utilizará mucho pretensado.

Ok, entonces puedo ver que podría tener sentido de ingeniería si, debido a las limitaciones de su sitio, tuviera un tramo principal y traseros largos; porque entonces la fuerza del cable del tramo trasero (que actúa contra el peso propio del pilón) podría ser mayor que la fuerza del cable del tramo principal. Pero eso sería muy inusual y no es el caso en la imagen que ha proporcionado.

Una nota sobre la construcción de torres inclinadas

Su «estrategia habitual», de hecho, no es común para puentes atirantados más grandes. Mucho más común es construir una sección del pilón y una sección de la plataforma, unirlas con un cable y luego repetir. Siguiendo este método, la carga de desequilibrio del peso propio en un pilón inclinado se reduce mucho.

Comentarios

• Algunos realmente horribles (con con respecto al sentido de la ingeniería) se han hecho cosas en el diseño de puentes a nombre de ‘ art ‘. Ver, por ejemplo, sunderlandecho.com/news/business/… que estuvo muy cerca de construirse antes el costo se volvió tan astronómico que fue cancelado.
• @achrn – Un gran ejemplo. Demasiados otros para mencionar, desafortunadamente …
• ¿Es realmente malo que el valor estético o artístico de un puente a veces supere el costo adicional involucrado en construir un diseño menos eficiente? Siempre que el diseño sea seguro, ¿por qué no crear algo hermoso y al mismo tiempo crear algo funcional?
• @KevinWells – Bueno, ven a un sitio de ingeniería y ‘ ¡Obtendré una respuesta de un ingeniero! Los ingenieros tienden a ser prácticos más que artísticos … Ciertamente, hay casos en los que un aumento de costo debido a elementos artísticos es aceptable; ver por ejemplo el Puente del Alamillo que mencioné; Hubiera sido más rentable construir un puente más simple, pero acepto los elementos artísticos ya que tienen una función estructural.Cuando los elementos artísticos son anti-estructurales, estoy (con mi sombrero de ingeniería) totalmente en contra de ellos.

Como dice AndyT, parece que es estética en la mayoría de los casos.

Dado lo anterior como respuesta, lo siguiente es esencialmente un comentario, pero parece que vale la pena publicarlo, ya que brinda muchos detalles de lo que entra un diseño y cómo hay problemas que no son evidentes para los «forasteros» pero que pueden ser importantes. Por ejemplo, en este ejemplo, el tramo está muy ligeramente curvado, lo que resulta en una deflexión de 66 mm en la calzada (menos de 3 pulgadas) pero causó una dificultad adicional . Y el esfuerzo necesario para construir este puente y las estrechas tolerancias no son del todo obvias a partir de la inspección.

Esto pareció valioso ya que si bien la pregunta original se refiere solo a las torres en ángulo, esto muestra cuántos otros factores invisibles pueden afectar el diseño.

PUENTE DE CABLE DE CARRETERA DE ORMISTON STAYED
Este documento ofrece una descripción general de los desafíos de construcción seleccionados durante la construcción del puente atirantado de Ormiston Road, un icónico puente atirantado de acero compuesto y hormigón construido en el parque Sir Barry Curtis, en la ciudad de Manukau, Auckland.

Si entiendo correctamente la descripción, una torre está en considerable compresión y la otra en tensión. Este es un pequeño puente de carretera, pero varias limitaciones hacen que las dificultades técnicas sean mayores que en algunos puentes mucho más grandes.

Algunos comentarios clave – vale la pena leer todo el documento.

• La construcción del puente atirantado fue técnicamente muy compleja debido a la geometría asimétrica y muy ajustada tolerancias especificadas. El tablero del puente está en un radio de aproximadamente 37 km, lo que suena muy plano pero da como resultado variaciones en los niveles debido a la curvatura de 66 mm a lo largo del puente. Los pilones de 45,5 m se componen de una sección de 28 m de hormigón armado ahusado desde 1,8 m de diámetro en la base hasta 1,3 m de diámetro en la parte superior, con una caja de acero estructural de 5,5 m de altura para proporcionar anclaje a los tirantes y rematada con un Aguja de celosía fabricada en acero inoxidable y cristal. Para complicar aún más las cosas, ambas torres están inclinadas hacia atrás longitudinalmente a 15 grados y en ángulo entre sí a 5 grados y no eran autoportantes.

• Hubo muy poca tolerancia para asegurar que los cables correctamente alineado entre el pilón y los anclajes de cubierta. La tolerancia de rotación angular de 0,25 grados que se especifica comúnmente para los puentes atirantados requería que la tolerancia de posición de los anclajes de sujeción estuviera dentro de los 3 mm. Con este nivel de precisión, gran parte del esfuerzo de construcción y la mitigación de riesgos se centró en la integridad del levantamiento y la conservación de las tolerancias de construcción.

• Los pilones de hormigón están inclinados en dos direcciones proporcionando un elemento dinámico al puente. También se colocan más cerca del estribo occidental que del este, lo que significa que el tramo posterior es considerablemente más corto que el tramo anterior. Esta asimetría genera una elevación considerable en el estribo occidental que es resistido con pilotes de tensión profunda.

• Los conductos normales de Drossbach no se pudieron utilizar como revestimiento del tendón después de que una investigación mostró que Drossbach podría colapsar a una altura de concreto de aproximadamente 12 m. Como alternativa, se utilizó tubería de presión de acero 100NB, que podía hacer frente a la alta presión

• Se montaron tendones en el suelo antes de levantarlos y colocarlos dentro de los pilotes que ya tenían el refuerzo. jaula instalada. Se necesitó un esfuerzo sincronizado de 3 grúas utilizando 6 bloques de arranque y una excavadora para levantar con éxito los tendones flexibles de 45 m de largo de horizontal a vertical, sin doblar el tendón, de modo que pudieran descender al revestimiento del pilote.

• Los tendones del pilote atraviesan el estribo occidental y terminan en el tablero. Esto significaba que los tendones no se podían tensar y aplicar cemento hasta que se hubiera vertido la plataforma, unos nueve meses después. Como medida temporal para evitar la corrosión de la hebra, ** se introdujo una solución de hidróxido de sodio en los tendones del pilote para crear un entorno alcalino protector. Se utilizó una prueba de pH regular para monitorear y mantener la alcalinidad.

• Si bien el tramo del puente es corto a 70 m, el área de carga tributaria efectiva para los cables fue similar magnitud a un puente atirantado mucho más grande debido al gran ancho de la plataforma y resultó en tirantes de cable de tamaño similar.

Pasarela con «torre inclinada» en Búho marrón (hoo?) En Nueva Zelanda.

Ubicación en Google Maps

Comentarios

• En primer lugar: su comprensión acerca de » una torre en tensión » es incorrecta: ambas torres están en compresión, un estribo está en tensión. En segundo lugar: no puedo ‘ ver ninguna justificación de ingeniería para el diseño; parece otro ejemplo más en el que se eligió la forma por motivos estéticos (» un puente atirantado con dos torres en un extremo se vería genial «), lo que resultó en la creación de extra retos de ingeniería (el pilar en tensión). En tercer lugar: Dios me ayude, pero ‘ me hubiera encantado trabajar en ello; ¡se ve genial! : D
• @AndyT (2) re » … No puedo ‘ ver ninguna justificación de ingeniería para el diseño … » – > De hecho, como señalé en la primera oración. es decir, estamos de acuerdo. (1) Pilar / torre – > De acuerdo. Sabía que se sentía muy mal pero (estúpidamente) no volví a la imagen, lo que hace obvio que ambas torres DEBEN estar en tensión. Creo que estaba confundiendo pilar con cimientos de torre, que no es lo que querían decir. (3) Divertido para jugar, sí, PERO parece demasiado inteligente para mi gusto. Yo ‘ m un EE con un desbordamiento grande en » otro «, si falla en las próximas décadas, ‘ no me sorprendería. Sin embargo, con suerte no.
• @AndyT Dijeron que era el primer puente atirantado en Nueva Zelanda. Tal vez un puente de carretera, pero esta pasarela en Brown Owl [:-)] ha estado allí durante unos 20 años.

Creo que hay una razón de ingeniería sensata que nadie ha señalado todavía. En la imagen de la pregunta original, el tramo central parece ser un poco más largo que el doble de la longitud de cada tramo externo soportado por cable. Esto implica una carga mayor de cada mitad del tramo central que de cada tramo externo soportado por cable. Además, los cables de torres estrictamente verticales tendrían que hacerse menos profundos para alcanzar la mayor distancia al centro del tramo central, lo que aumentaría aún más la tensión necesaria para soportar la misma carga vertical parcial.

Eso haría dan como resultado una tensión desequilibrada en las torres verticales y tienden a tirar de ellas hacia adentro y distorsionar el puente. Tener las torres inclinadas hacia afuera, y / o ser jaladas hacia afuera por una tensión adicional en el soporte del suelo, puede ser una forma de acomodar el desequilibrio (como en el ejemplo asimétrico en la respuesta de @RussellMcMahon), pero puede ser que el nivel de tensión requerido se vuelve impráctico para la carga y la distancia de luz requerida y dada la estructura de soporte en el lecho del río para el puente en cuestión. En cualquier caso, ciertamente parecería requerir más soporte estructural – y por lo tanto, más gastos – que las torres se inclinen hacia afuera contra una tensión aún mayor para soportar un alcance aún mayor al centro del largo tramo central. (Esta puede ser la razón por la cual la sabiduría convencional tenía problemas para encontrar un diseño viable y asequible, si ese fuera el caso en este caso).

En cambio, parece que al tener las torres inclinadas hacia adentro, los cables pueden para mantener un perfil más equilibrado con menos estrés agregado al diseño solo para equilibrarlo. Las cimas de las torres están cerca de cada punto medio entre el centro del tramo central y el alcance exterior de cada tramo externo soportado por cables, por lo que los cables bajo la mayor tensión (y que tienen el mayor componente horizontal) son los más simétricos … para luego mantener equilibradas las fuerzas laterales en cada torre. Es más como si la base de las torres verticales simplemente se deslizaran más separadas mientras se mantenían las partes superiores fijas, lo que significa que la estructura y el costo son más parecidos a los de un tramo central más corto usando cables simétricos de torres verticales en lugar del gasto de aceleración por más tiempo. distancia extendida con diseños convencionales.

La distancia exacta entre los montajes de cable en el tramo puede no ser exactamente la misma para el tramo central y los tramos exteriores, y puede variar levemente en cada tramo para variar ligeramente la carga que soporta cada uno A medida que el punto de montaje en la torre se aleja del centro entre el par de cargas parciales. Cada par de cables cada vez más cercano se puede colocar para equilibrar la tensión lateral en la torre y mantener la carga en la torre dirigida a lo largo de su Eje de resistencia a la compresión. Las matemáticas de ingeniería para determinar las ubicaciones óptimas están más allá de mí.Después de todo, es posible que el espaciado de la carga del cable sea uniforme; simplemente no tiene que ser necesariamente con este enfoque.