WO2010004071A2 - Estructura autotensada para puente de material compuesto - Google Patents

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WO2010004071A2
WO2010004071A2 PCT/ES2009/000373 ES2009000373W WO2010004071A2 WO 2010004071 A2 WO2010004071 A2 WO 2010004071A2 ES 2009000373 W ES2009000373 W ES 2009000373W WO 2010004071 A2 WO2010004071 A2 WO 2010004071A2
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bridge
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triads
self
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Guillermo Rus Calborg
Juan Chiachio Ruano
Manuel Chiachio Ruano
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Universidad De Granada
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    • E01D19/16—Suspension cables; Cable clamps for suspension cables ; Pre- or post-stressed cables
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    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D2101/00—Material constitution of bridges
    • E01D2101/40—Plastics

Definitions

  • the invention relates, as expressed in the statement of the present specification, to a self-tensioned structure for composite bridge.
  • the object of the invention is a supporting structure that has been specially designed to be used as a bridge, gangway or any other element subject to payload with which a span must be saved, achieving a better thickness / length ratio (slenderness), lightness, lower unit weight (weight / length) as well as a totally revolutionary aesthetic in this area.
  • the field of application of the present invention is part of the civil engineering industrial sector, specifically in the construction of bridges or internships and more specifically in the hanging, suspended or cable-stayed type. It is also related to the construction materials sector, in particular polymer composite materials.
  • the invention consists in using a self-tensioned structure, preferably made of fiber reinforced polymer composite material, to construct a bridge or gangway, or another element subject to payload with which a space is saved, for which purpose said structure is bearing , that is, it supports the gravitational loads of use in addition to the loads associated with its own deployment, making it with an acceptable deformability for its useful function.
  • the structure comprises a web of braces, consisting of a set of fiber reinforced polymer sheets (FRP), whose external dimensions are delimited by the length of the bridge depending on the span to be covered and the separation between supports, preferably joined by gluing, and tensioned by controlling the lengths in the assembly and the tension due to the transmission of the own weight.
  • FRP fiber reinforced polymer sheets
  • the aforementioned web of braces must be combined with a board and with supports or bollards that transmit the resulting loads to the ground by means of a suitable foundation that performs the functions of the footboard of the bridge.
  • the board or passage area (or load) is connected to the structure by any separating element, preferably a rib formed by profiles with an I section, preferably joined by gluing.
  • any separating element preferably a rib formed by profiles with an I section, preferably joined by gluing.
  • FRP Fiber Reinforced Polymer
  • the present typology improves, therefore, with respect to other typologies used for RPF, the slenderness of the bridge, thanks to the fact that the typology optimally takes advantage of the material, maintaining the safety and service criteria, also translating this fact into a reduction in the cost of materials.
  • the web of braces it has the particularity that it is configured so that the sheets or composite laminar elements that comprise it are arranged, in a preferred embodiment of the invention, in a total of 9 + 6n elements or, alternatively, in 4 + 6n elements, where n is the number of additions, on both sides of the framework, of pairs of sheet triads, following the following arrangement and sequence:
  • the framework with 9 + 6n elements it comprises:
  • n triads of elements that is to say the corresponding number of groups of three laminar elements according to the dimensions of the structure) that join a central knot displaced in the longitudinal axis of the structure, with the nodes corresponding to the pylons of said side of the structure, and with the central node of the preceding group disposed in said longitudinal axis, incorporating, on the opposite side, the same number of triads of elements arranged and joined symmetrically, increasing said pairs of triads of sheets to cover the necessary length of the bridge.
  • This structural typology is optimized to take advantage of the anisotropic operation and the reduced weight / resistance ratio of these materials.
  • the elements work with virtually pure traction in the direction of the carbon fibers, transporting their own and use loads distributed from each rib under the board to the foundation through four supports on bollards.
  • the elements of the web of braces are loaded with a prestress achieved by controlling the lengths during assembly, or what is equivalent, establishing do an initial antideformada, added to the tension due to the transmission of the own weight, calculated in such a way that the gravitational loads of use, in addition to the loads associated with its own deployment, induce an allowable deformation for its useful function, both before empty requests, as in service limit states.
  • the described self-tensioned structure for the proposed composite bridge represents, therefore, an innovation of structural and constitutive characteristics unknown until now for this purpose, reasons that, together with its practical utility, provide it with sufficient grounds to obtain the privilege of exclusivity that It is requested.
  • Figure 1. Shows a schematic representation, in perspective, of the components that make up the self-tensioned composite bridge structure, object of the invention, in which the board is distinguished separately, the board-structure separation element, the web of braces, and the support elements or pylons, on which said web is supported, with its corresponding foundation.
  • FIGS. 4, 5 and 6, show respective plan, longitudinal section and cross section views of an example of a bridge constructed according to the invention.
  • the self-tensioned structure object of the invention comprises a framework (E) of braces constituted from a plurality of fiber reinforced polymer laminar elements, which are joined together and to constituted supports. by supports or bollards (P), according to the provision that will be described in detail below and shown in Figures 2 and 3, and whose external dimensions are delimited by the length of the bridge depending on the span to be covered and the separation between the supports, preferably joined by gluing, and tensioned by controlling the lengths in the assembly and the tension due to the transmission of the own weight.
  • the web of braces (E) must be combined with a board (T) and with the mentioned supports or pylons (P) that transmit the resulting loads to the ground by means of a suitable foundation that performs the functions of stirrup of the bridge.
  • the board or passage area (or load) (T) is connected to the structure by any separating element, preferably a rib (U) formed by profiles with an I section, preferably joined by gluing.
  • the invention is characterized by the fact that for the realization of the web of braces a whole such of 9 + 6n or 4 + 6n composite laminar elements, where n is the number of additions, on both sides, of pairs of triads of laminar elements, that is, groups of three elements added by each side, in the following arrangement and sequence, with which the objective of working exclusively on traction is achieved, so that they transmit their own and service loads, stressing and deforming properly to comply with safety and functionality requirements.
  • N3P, N4P that correspond to the supports or pillars.
  • n triads of elements (EIl, E21 and E31), (E12, E22 and E32) (that is, triads EIn, E2n, E3n), which join a central node (NIl, N12 or NIn) slightly offset in the longitudinal axis of the structure, with the nodes NlP, N3P, corresponding to the supports of the pillars on the side of said displacement, and with the previous node (Nl (nl)) (which when n is 1, said node is in the center of the structure), and triads of elements (E41, E51 and E61), (E42, E52 and
  • E62 that is, triads E4n, E5n, E6n that join another central node (N21, N22 or N2n), in this case shifted in the longitudinal axis to the opposite side, with the nodes N2P, N4P corresponding to the pillars of said side and the previous knot
  • N2 (n-1) (which when n is 1, coincides with the previous node Nl (n-l) on the opposite side and is located in the center of the structure), until the necessary length of the bridge is covered.
  • n triads of elements EIl, E21 and E31), (E12, E22 and E32) (that is, triads EIn, E2n, E3n), which join a central node (NIl, N12 or NIn), somewhat offset in the axis length of the structure, with the nodes (NlP, N3P), corresponding to the supports of the bollards of said side, and the preceding central knot (Nl (nl)) of the longitudinal axis, and, on the opposite side, n triads of elements (E41, E51 and E61), (E42, E53 and E63) (that is, triads E4n, E5n, E6n) that join another central node (N21, N22 or N2n) displaced in the longitudinal axis to the opposite side to the previous one , with the nodes (N2P, N4P), corresponding to the bollards of said side, and with the preceding central knot (N2 (n-
  • the four elements ElO, E20, E30, E40 are arranged, from the node NlO to the four supports NlP, N2P, N3P, N4P that correspond to the pillars ( Figure 2).
  • the four elements ElO, E20, E30, E40 are arranged, from the node NlO to the four supports NlP, N2P, N3P, N4P that correspond to the pillars ( Figure 3).
  • the complete bridge is made up of three elements: pylons (P) cemented by usual procedures to the ground, with the function of bridge stirrups, - a network of braces (E) composed, preferably, of FRP laminar elements, joined by adhesion to each other and the bolts mentioned above, and arranged in the manner already described, in order that they work exclusively on traction and by the principle of the catenary, taking advantage of the breakage limit and the rigidity of the material in an optimal way, imposing the restriction to minimize the amount of material and the slenderness and an over-structure that forms the board (T), superimposed on the aforementioned framework, and that is attached to the structure by means of any separating element (U), responsible for dividing the loads of service to it.
  • P pylons
  • E network of braces
  • FRP Fiber Reinforced Polymer
  • Said framework (E) supports a board (T), with a lightened commercial section; and also for the separating elements (U), which take the form of ribs in a parabolic section with a maximum edge C less than L / 50, with an I section of C / 5 ⁇ 50% of the width of the wing and thickness calculated to result permissible central deflection of a biaporated rib under the PL / B load, equitably separated the light B that supports the board according to its technical specifications.
  • the board (T) is also simply supported by conventional stirrups.
  • the bollards (P) are made of reinforced concrete in a strip of polymer reinforced with carbon fiber, of diameter L / 50 ⁇ 50% and high L / 20 + 50%, cemented on conventional enclosures micropilotados according to the terrain and they are positioned at the four corners separated from the axis of the bridge a distance of 0.35L ⁇ 25% and set back on the shore enough to accommodate the foundation.

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  • Civil Engineering (AREA)
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  • Bridges Or Land Bridges (AREA)
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Abstract

Estructura autotensada para puente de material compuesto, para puente, pasarela, u otro elemento que deba salvar un vano, que comprende un entramado (E) de tirantes, un tablero (T) y soportes o pilonas (P), estando constituido el entramado (E) por un número variable de elementos laminares de material compuesto, preferentemente (FRP), formando una estructura hiperestática tridimensionalmente de 9+6n elementos o de 4+6n elementos, unidos entre sí y a apoyos constituidos por las pilonas (P), y cuyas dimensiones externas vienen delimitadas por la longitud del puente y la separación entre los apoyos, unidos preferentemente por encolado, y tensados mediante control de las longitudes en el montaje y la tensión debida a al transmisión del peso propio.

Description

ESTRUCTURA AÜTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL
COMPUESTO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención se refiere, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, a una estructura auto- tensada para puente de material compuesto.
Más concretamente, la invención tiene por objeto una estructura portante que ha sido especialmente concebida para ser utilizada como puente, pasarela o cualquier otro elemento sometido a carga útil con el que deba salvarse un vano, consiguiendo una mejor relación espesor/longitud (esbeltez) , ligereza, menor peso unitario (peso/longitud) asi como una estética totalmente revolucionaria en este ámbito.
CAMPO DE APLICACIÓN
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector industrial de la ingeniería civil, concretamente en el de la construcción de puentes o pasa- reías y más concretamente en los de tipo colgante, suspendido o atirantado. También está relacionada con el sector de los materiales de construcción, en particular materiales compuestos de polímero.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La concepción básica de cualquier puente o pasarela se basa en estructuras con alta rigidez a la flexión, esencialmente mediante vigas que habitualmente van apoyadas pero que en ocasiones van suspendidas (pasarelas y puentes colgados o atirantados) . Para conseguir que estas estructuras tengan suficiente rigidez a flexión se hace preciso un considerable espesor en las mismas, lo que, consecuentemente, requiere una gran aportación de material, un elevado peso, una merma en la esbeltez y un impacto estético, factores estos que interesa mejorar.
Por otro lado, fuera del ámbito de la ingeniería civil, son conocidos los materiales compuestos de polímero re- forzado con fibra (FRP) , usualmente de carbono o vidrio, que se caracterizan por su gran ligereza, alta rigidez y límite de rotura, y por su rapidez y versatilidad de despliegue y diseño. Hasta la fecha estos materiales se han utilizado en es- tructuras aeronáuticas, deportes, náutica y automoción, en construcción como refuerzo y en unas pocas experiencias piloto a nivel mundial para construcción de puentes, aunque siempre con tipologías muy distintas a la aquí propuesta [Composite Structures for Civil and Achitectu- ral engineering, D. -H. Kim, E & FN Spon, 1995] .
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en utilizar una estructura autoten- sada, preferentemente fabricada en material compuesto de polímero reforzado con fibra, para construir un puente o pasarela, u otro elemento sometido a carga útil con el que salvarse un vano, a cuyo efecto dicha estructura es portante, es decir soporta las cargas gravitatorias de uso además de las cargas asociadas a su propio despliegue, haciéndolo con una deformabilidad admisible para su función útil.
Para ello, y de forma concreta, la estructura comprende un entramado de tirantes, constituido por un conjunto de láminas de polímero reforzado con fibra (FRP) , cuyas dimensiones externas vienen delimitadas por la longitud del puente en función del vano a cubrir y por la separación entre apoyos, unidos preferentemente por encolado, y tensados mediante control de las longitudes en el montaje y la tensión debida a al transmisión del peso propio. Para que dicha estructura ejerza su función, el antedicho entramado de tirantes ha de combinarse con un tablero y con unos soportes o pilonas que transmiten las cargas resultantes al terreno mediante una cimentación adecuada que ejerce las funciones de estribo del puente. El tablero o zona de paso (o carga) está unido a la estructura mediante cualquier elemento separador, preferentemente un costillar formado por perfiles con sección en I, unidos preferentemente por encolado. Ventajosamente, el reemplazo de materiales tradicionales por Polímero Reforzado con Fibra (FRP) mejora la esbeltez con la que se puede construir un puente .
La presente tipología mejora, pues, respecto a otras tipologías utilizadas para FPR, la esbeltez del puente, gracias a que la tipología aprovecha óptimamente el mate- rial, manteniendo los criterios de seguridad y servicio, traduciéndose además este hecho en una reducción de coste de materiales.
En cuanto al entramado de tirantes, éste presenta la particularidad de que se configura de forma que las láminas o elementos laminares de material compuesto que lo componen se disponen, en una realización preferida de la invención, en un total de 9+6n elementos ó, alternativamente, en 4+6n elementos, donde n es el número de adiciones, por ambos laterales del entramado, de parejas de triadas de láminas, siguiendo la siguiente disposición y secuencia: Para el entramado con 9+6n elementos comprende:
• Cuatro elementos que unen, cada uno de ellos, un nudo central, parcialmente desplazado en el eje transversal de la estructura, con los cuatro apoyos que se corresponden con los soportes o pilonas. • Otros cuatro elementos, que unen, respectivamente, otro nudo central, desplazado hacia el lado opuesto en el eje transversal de la estructura, con los cuatro apoyos de las pilonas.
• Un elemento transversal que une los antedichos nudos centrales, y cuya longitud será, de forma preferente, aproximadamente la mitad del ancho del tablero o zona de paso . • Y finalmente, n triadas de elementos, es decir el número que corresponda de grupos de tres elementos laminares según las dimensiones de la estructura) que unen un nudo central desplazado en el eje longitudinal de la estructura, con los nudos co- rrespondientes a las pilonas de dicho lado de la estructura, y con el nudo central del grupo precedente dispuesto en el citado eje longitudinal, incorporándose, por el lado opuesto, el mismo número de triadas de elementos dispuestos y unidos de forma simé- trica, incrementándose dichos pares de triadas de láminas hasta cubrir la longitud necesaria del puente.
Para la variante de realización con un entramado de ti- rantes de 4+6n elementos laminares se contemplan:
• Cuatro elementos que unen, respectivamente, un nudo central con los cuatro apoyos que se corresponden con los soportes o pilonas.
• Y tantos pares de triadas de elementos como sea necesario, que unen un nudo desplazado en el eje longitudinal de la estructura con los apoyos de las pilonas correspondientes al lado de dicho desplazamiento, y con el nudo precedente del eje longitudinal de dicho lado, hasta cubrir la longitud necesa- ria del puente. Con la citada disposición de los elementos laminares que conforman el entramado de tirantes de la estructura propuesta, se consigue el objetivo de que trabajen exclusivamente a tracción, de forma que transmitan las cargas propias >y de servicio, tensionándose y deformándose de forma adecuada para cumplir con las exigencias de seguridad y funcionalidad.
Cabe destacar, además, que la separación entre los apoyos correspondientes a las pilonas, se calculará igualmente por dichos criterios, y resulta del orden de entre dos veces el ancho del tablero y dos tercios de la longitud del vano del puente.
Esta tipología estructural está optimizada para aprovechar el funcionamiento anisótropo y la reducida relación peso/resistencia de estos materiales.
Los elementos trabajan a tracción prácticamente pura en la dirección de las fibras de carbono, transportando las cargas propias y de uso repartidas desde cada costilla bajo el tablero hasta la cimentación a través de cuatro apoyos sobre pilonas.
La indeformabilidad de esta tipología radica en que combina el principio mecánico de la catenaria con una disposición hiperestática tridimensionalmente, autotensada por el peso propio. Está optimizada para minimizar el canto total y el peso propio sin superar tensiones ni flechas admisibles ante cualquiera de las hipótesis de carga de servicio o últimas. El hiperestatismo se combina con un análisis estructural bajo la hipótesis de que cualquiera de los elementos estructurales rompe, para garantizar el aviso de la estructura sin colapso, como garantía en el caso de que se iniciara su fallo. Los elementos del entramado de tirantes se cargan con un pretensado conseguido mediante control de las longitudes durante el montaje, o lo que es equivalente, establecien- do una antideformada inicial, sumada a la tensión debida a al transmisión del peso propio, calculada de tal modo que las cargas gravitatorias de uso, además de las cargas asociadas a su propio despliegue, induzcan una deforma- ción admisible para su función útil, tanto ante solicitaciones en vacío, como en estados límite de servicio. La descrita estructura autotensada para puente de material compuesto propuesta representa, pues, una innovación de características estructurales y constitutivas descono- cidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente: Figura 1.- Muestra una representación esquemática, en perspectiva, de los componentes que integra la estructura autotensada para puente de material compuesto, objeto de la invención, en la que se distinguen separadamente el tablero, el elemento de separación tablero-estructura, el entramado de tirantes, y los elementos de apoyo o pilonas, sobre los que se sostiene dicho entramado, con su correspondiente cimentación. Figuras 2 y 3. - Muestran dos alternativas de disposición de las láminas o elementos que conforman el entramado de tirantes, secuenciando de arriba abajo la progresiva adición de elementos hasta acomodarse a la longitud/ancho del puente o pasarela, de modo que se cumpla con la con- dición de hiperestatismo tridimensional. Figuras 4, 5 y 6,- Muestran respectivas vistas en planta, sección longitudinal y sección transversal, de un ejemplo de puente construido según la invención.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal como se observa en dichas figuras, la estructura autotensada objeto de la invención comprende un entramado (E) de tirantes constituido a partir de una pluralidad de elementos laminares de polímero reforzado con fibra, los cuales están unidos entre sí y a unos apoyos constituidos por soportes o pilonas (P) , según la disposición que se describirá en detalle más adelante y mostrada en las Fi- guras 2 y 3, y cuyas dimensiones externas vienen delimitadas por la longitud del puente en función del vano a cubrir y por la separación entre los apoyos, unidos preferentemente por encolado, y tensados mediante control de las longitudes en el montaje y la tensión debida a al transmisión del peso propio.
Para que dicha estructura ejerza su función, el entramado de tirantes (E) ha de combinarse con un tablero (T) y con los citados soportes o pilonas (P) que transmiten las cargas resultantes al terreno mediante una cimentación adecuada que ejerce las funciones de estribo del puente. El tablero o zona de paso (o carga) (T) está unido a la estructura mediante cualquier elemento separador, preferentemente un costillar (U) formado por perfiles con sección en I, unidos preferentemente por encolado. La invención se caracteriza por el hecho de que para la realización del entramado de tirantes se disponen un to- tal de 9+6n ó 4+6n elementos laminares de material compuesto, donde n es el número de adiciones, por ambos laterales, de parejas de triadas de elementos laminares, es decir, grupos de tres elementos añadidos por cada late- ral, en la siguiente disposición y secuencia, con lo cual se consigue el objetivo de que trabajen exclusivamente a tracción, de forma que transmitan las cargas propias y de servicio, tensionándose y deformándose de forma adecuada para cumplir con las exigencias de seguridad y funciona- lidad.
Asi, la estructura con 9+6n elementos, mostrado en la figura 2 en la que se han representado las parejas de triadas de elementos n=l y n=2, comprende: • Cuatro elementos laminares (ElO, E20, E30,
E40) , que unen, respectivamente, un nudo central
(NlO) , parcialmente desplazado en el eje transversal de la estructura, con los cuatro apoyos (NlP, N2P,
N3P, N4P) que se corresponden con los soportes o pi- lonas .
• Cuatro elementos (E50, E60, E70, E80) , que unen, respectivamente, otro nudo central (N20) , parcialmente desplazado en el eje transversal de la estructura en sentido opuesto al anterior, con los cuatro apoyos (NlP, N2P, N3P, N4P) de las pilonas.
• Un elemento transversal E90 que une los nudos centrales (NlO y N20) entre sí, cuya longitud será, de forma preferente, aproximadamente la mitad del ancho del tablero (T) o zona de paso. • n triadas de elementos (EIl, E21 y E31) , (E12, E22 y E32) (es decir, triadas EIn, E2n, E3n) , que unen un nudo central (NIl, N12 o NIn) ligeramente desplazado en el eje longitudinal de la estructura, con los nudos NlP, N3P, correspondientes a los apo- yos de los pilares del lado de dicho desplazamiento, y con el nudo precedente (Nl(n-l)) (que cuando n es 1, dicho nudo está en el centro de la estructura), y n triadas de elementos (E41, E51 y E61) , (E42, E52 y
E62) (es decir, triadas E4n, E5n, E6n) que unen otro nudo central (N21, N22 o N2n) , en este caso desplazado en el eje longitudinal hacia el lado opuesto, con los nudos N2P, N4P correspondientes a los pilares de dicho lado y el nudo precedente
(N2(n-1)) (que cuando n es 1, coincide con el nudo precedente Nl(n-l) del lado opuesto y se sitúa en el centro de la estructura) , hasta cubrir la longitud necesaria del puente.
En la variante de realización en que el tramado de tirantes de la estructura cuenta con 4+6n elementos, mostrado en la figura 3 en la que se ha representado n=l y hasta n=2 , éstos se disponen de manera que comprende :
• Cuatro elementos laminares (ElO, E20, E30, E40) , que unen el un nudo central (NlO) con los cuatro apoyos (NlP, N2P, N3P, N4P) que se corresponden con las pilonas.
• n triadas de elementos (EIl, E21 y E31) , (E12, E22 y E32) (es decir, triadas EIn, E2n, E3n) , que unen un nudo central (NIl, N12 o NIn) , algo desplazado en el eje longitudinal de la estructura, con los nudos (NlP, N3P) , correspondientes a los apoyos de las pilonas de dicho lado, y el nudo central precedente (Nl(n-l)) del eje longitudinal, y, en el lado contrario, n triadas de elementos (E41, E51 y E61) , (E42, E53 y E63) (es decir, triadas E4n, E5n, E6n) que unen otro nudo central (N21, N22 o N2n) desplazado en el eje longitudinal hacia el lado opuesto al anterior, con los nudos (N2P, N4P) , correspondientes a las pilonas de dicho lado, y con el nudo central precedente (N2(n-1)), respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente . Tal como ocurre en el caso anterior, cuando n es 1 los nudos precedentes (Nl (n-1) y N2 (n-1) ) coinciden con el centro de la estructura, y en este caso también con el nudo central (NlO) .
Debe aclararse en este punto que, lógicamente, las referencias terminadas en "n" no se han incluido en las figuras por tratarse de elementos que se irán incorporando según las dimensiones de la estructura. Únicamente se han incluido, en ambos ejemplos de las figuras 2 y 3, las dos primeras parejas de triadas, correspondientes a n=l y n=2.
Siguiendo con la invención, cabe señalar que la separación entre apoyos (N1P-N3P, o N2P-N4P, en las Figuras 2, o 3), se calculará igualmente por dichos criterios, y re- sulta del orden de entre dos veces el ancho del tablero y dos tercios de la longitud del vano del puente.
Por su parte, el procedimiento de construcción del entramado de tirantes de la estructura es el siguiente:
En la alternativa de 9+6n elementos (Figura 2) :
• En primer lugar se disponen los cuatro elementos ElO, E20, E30, E40, desde el nudo NlO hasta los cuatro apoyos NlP, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los pilares (Figura 2) .
• Se disponen además otros cuatro elementos de modo especular a los anteriores, E50, E60, E70, E80, desde el nudo N20 hasta los mismos apoyos, y se añade un elemento transversal E90 entre los nudos NlO y N20 (Figura 2) , cuya longitud será aproximadamente la mitad del ancho del tablero.
• Se disponen adicionalmente, con n=l, una pareja simétrica de triadas de elementos, EIl, E21, E31, desde el nudo NIl hasta los nudos NlP, N3P, y el centro de la estructura, y la triada E41, E51, E61, desde el nudo N21 hasta los nudos N2P, N4P y el cen- tro, respectivamente (Figura 2) .
• Esta adición se repite el número necesario de veces n, con las triadas de elementos, EIn, E2n, E3n, desde el nudo NIn hasta los nudos NlP, N3P, y el nudo Nl(n-l), y la triada E4n, E5n, E6n, desde el nudo N2n hasta los nudos N2P, N4P y el nudo N2(n-1), respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente (cuarta viñeta y sucesivas de la Figura 2) .
De forma alternativa, los 4+6n elementos de la segunda posibilidad, se dispondrían de la siguiente manera (Figura 3) :
• En primer lugar se disponen los cuatro elemen- tos ElO, E20, E30, E40, desde el nudo NlO hasta los cuatro apoyos NlP, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los pilares (Figura 3) .
• Se disponen adicionalmente, con n=l, una pareja simétrica de triadas de barras, EIl, E21, E31, desde el nudo NIl hasta los nudos NlP, N3P, y el centro de la estructura, y la triada E41, E51, E61, desde el nudo N21 hasta los nudos N2P, N4P y el centro, respectivamente (Figura 2) .
• Esta adición se repite el número necesario de veces n, con las triadas de elementos, EIn, E2n,
E3n, desde el nudo NIn hasta los nudos NlP, N3P, y el nudo Nl(n-l), y la triada E4n, E5n, E6n, desde el nudo N2n hasta los nudos N2P, N4P y el nudo N2 (n-1) , respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente (Figura 3) .
Así pues, el puente completo se compone de tres elementos: unas pilonas (P) cimentadas por procedimientos habituales al terreno, con función de estribos de puente,- un entramado de tirantes (E) compuesto, preferentemente, por elementos laminares de FRP, unidos por adhesión entre sí y a las pilonas anteriormente citadas, y dispuestos en la forma ya descrita, con el objeto de que trabajen exclusivamente a tracción y por el principio de la catenaria, aprovechando el límite de rotura y la rigidez del mate- rial de forma óptima, imponiendo la restricción de minimizar la cantidad de material y la esbeltez y una sobre- estructura que conforma el tablero (T) , superpuesta al antedicho entramado, y que está unido a la estructura mediante cualquier elemento separador (U) , encargada de re- partir las cargas de servicio a la misma.
El reemplazo de materiales tradicionales por Polímero Reforzado con Fibra (FRP) mejora la esbeltez con la que se puede construir un puente. La presente tipología mejora respecto a otras tipologías utilizadas para FPR, la es- beltez del puente, gracias a que la tipología aprovecha óptimamente el material, manteniendo los criterios de seguridad y servicio.
Se consigue de esta manera una estructura de gran esbeltez y ligereza, con todo lo que lleva consigo estructu- ral, constructiva e incluso ambientalmente (mínima carga de peso propio, facilidad y rapidez de montaje y desmontaje, mínimo impacto ambiental y fácil reutilización) ; así como enormes posibilidades estéticas y ambientales (gran amplitud de encaje visual en su entorno natural, jugando con formas, sombras, contornos, etc.), lo que se traduce al final de todo, en mejoras económicas y ecológicas (incluyendo en esto a las personas) . Atendiendo a las figuras 4, 5 y 6, se puede observar en ellas un ejemplo de realización del puente según la in- vención.
Tal como se ha señalado anteriormente, los materiales preferidos son polímero reforzado con fibra, preferentemente de carbono en forma de lámina unidireccional, para los tirantes del entramado (E) , de secciones A=P/U±50%, donde P es la carga total de uso que ha de soportar el puente, y U la tensión límite elástica característica del material que compone las láminas, para todos los tirantes, excepto los más externos y el longitudinal central, cuya sección tendrá un ancho hasta el doble de los anteriores . Dicho entramado (E) sostiene un tablero (T) , con sección aligerada comercial; y también para los elementos de separación (U) , que adquieren forma de costillas en sección parabólica de canto máximo C inferior a L/50, con sección en I de C/5±50% de ancho del ala y espesor calculado para que resulte admisible la deflexión central de una costilla biapoyada sometida a la carga PL/B, separados equi- distantemente la luz B que admita el tablero según sus especificaciones técnicas. El tablero (T) también se encuentra apoyado simplemente en estribos convencionales.
Las pilonas (P) , por su parte, son de hormigón armado en una faja de polímero reforzado con fibra de carbono, de diámetro L/50±50% y alto L/20+50%, cimentados sobre encepados convencionales micropilotados según el terreno y están posicionadas en las cuatro esquinas separadas del eje del puente una distancia 0, 35L±25% y retranqueados en la orilla lo suficiente para acomodar la cimentación.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente in- vención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más amplia su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental .

Claims

REIVINDICACIONES
1. - ESTRUCTURA AUTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL COMPUESTO, estructura aplicable para puente, pasarela, o cualquier otro elemento sometido a carga útil con el que deba salvarse un vano, caracterizada por el hecho de que comprende un entramado (E) de tirantes, combinado con un tablero (T) o zona de paso (o carga) y unos soportes o pilonas (P) que transmiten las cargas resultantes al te- rreno; en que dicho entramado (E) de tirantes está constituido por una pluralidad de elementos laminares de material compuesto, preferentemente polímero reforzado con fibra, y cuyo número varía en función de las adiciones de los mismos que se añaden por ambos laterales de la es- tructura según las dimensiones de ésta, los cuales elementos laminares se disponen formando una estructura hi- perestática tridimensionalmente, para lo cual dichos elementos laminares están unidos entre sí y a los apoyos constituidos por las pilonas (P) , y cuyas dimensiones ex- ternas vienen delimitadas por la longitud del puente en función del vano a cubrir y por la separación entre los apoyos, estando unidos preferentemente por encolado, y tensados mediante control de las longitudes en el montaje y la tensión debida a la transmisión del peso propio.
2. - ESTRUCTURA AUTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL COMPUESTO, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, en una realización preferida, para formar el entramado (E) de tirantes se disponen un total de 9+6n elementos laminares de material compuesto, donde n es el número de adiciones de parejas de triadas de elementos laminares, que se añaden por ambos laterales de la estructura, disponiéndose de la siguiente forma:
• Cuatro elementos laminares, ElO, E20, E30, E40, que unen, respectivamente, un nudo central NlO, parcialmente desplazado en el eje transversal de la es- tructura, con los cuatro apoyos NlP, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los soportes o pilonas.
• Cuatro elementos, E50, E60, E70, E80, que unen, respectivamente, otro nudo central N20, parcialmente desplazado en el eje transversal de la estructura en sentido opuesto al anterior, con los cuatro apoyos NlP, N2P, N3P, N4P.
• Un elemento transversal E90 que une los nudos centrales NlO y N20 entre sí, cuya longitud será, de forma preferente, aproximadamente la mitad del ancho del tablero (T) o zona de paso.
• n triadas de elementos (EIl, E21 y E31) , (E12, E22 y E32) (EIn, E2n, E3n) , que unen un nudo central (NIl, N12, NIn) ligeramente desplazado en el eje longitudinal de la estructura, con los nudos NlP, N3P, correspondientes a los apoyos de los pilares del lado de dicho desplazamiento, y con el nudo precedente Nl(n-l), y n triadas de elementos (E41, E51 y E61) , (E42, E52 y E62) (E4n, E5n y E6n) que unen otro nudo central (N21, N22, N2n) , en este caso desplazado en el eje longitudinal hacia el lado opuesto, con los nudos N2P, N4P correspondientes a los pilares de dicho lado y el nudo precedente N2(n-1), hasta cubrir la longitud necesaria del puente.
3. - ESTRUCTURA AUTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL COMPUESTO, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, en una realización alternativa, para formar el entramado (E) de tirantes se disponen un total de 4+6n elementos laminares de material compuesto, donde n es el número de adiciones de parejas de triadas de elementos laminares, que se añaden por ambos laterales de la estructura, disponiéndose de la siguiente forma:
• Cuatro elementos laminares (ElO, E20, E30, E40) , que unen el un nudo central (NlO) con los cuatro apoyos (NlP, N2P, N3P, N4P) que se corresponden con los pilares.
• n triadas de elementos (EIl, E21 y E31) , (E12, E22 y E32) (EIn, E2n, E3n) , que unen un nudo central (NIl, N12, NIn) , algo desplazado en el eje longitu- dinal de la estructura, con los nudos (NlP, N3P) , correspondientes a los apoyos de las pilonas de dicho lado, y el nudo central precedente (Nl(n-l)) del eje longitudinal, y, en el lado contrario, n triadas de elementos (E41, E51 y E61) , (E42, E52 y E62) (E4n, E5n y E6n) que unen otro nudo central (N21, N22, N2n) desplazado en el eje longitudinal hacia el lado opuesto al anterior, con los nudos (N2P, N4P) , correspondientes a las pilonas de dicho lado, y con el nudo central precedente (N2(n-1)) de dicho lado, respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente.
4. - ESTRUCTURA AUTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL COMPUESTO, según cualquiera de las reivindicaciones anterio- res, caracterizada por el hecho de que el tablero (T) o zona de paso (o carga) que está unido a la estructura mediante cualquier elemento separador (U) ; y porque dicho elemento separador (U) está constituido, por ejemplo, por un costillar formado por perfiles de sección en I.
5. - ESTRUCTURA AUTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL COMPUESTO, según la reivindicación 1, caracterizada por que los soportes o pilonas (P) transmiten las cargas resultantes al terreno mediante una cimentación que ejerce las funciones de estribo del puente; y porque la separación entre apoyos (N1P-N3P, o N2P-N4P) , es decir entre las pilonas de cada lado de la estructura, resulta del orden de entre dos veces el ancho del tablero (T) y dos tercios de la longitud del vano del puente.
6. - ESTRUCTURA AUTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL COMPUESTO, según la reivindicación 1, caracterizada porque los elementos laminares del entramado (E) se cargan con un pretensado conseguido mediante control de las longitudes durante el montaje, o lo que es equivalente, estableciendo una antideformada inicial, sumada a la tensión de- bida a la transmisión del peso propio, calculada de tal modo que las cargas gravitatorias de uso además de las cargas asociadas a su propio despliegue, induzcan una deformación admisible para su función útil, tanto ante solicitaciones en vacío, como en estados límite de servi- ció.
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