Diseño de un puente peatonal tipo arco network de gran luz y análisis comparativo de péndolas network y verticales

Abstract

En esta tesis, se diseñará un puente peatonal tipo arco network de 193 metros de luz, tomando como base para su diseño y modelamiento, principalmente a los estudios desarrolladas por Per Tveit, el inventor de esta estructura, y también a las investigaciones desarrolladas por Brunn y Schanack. El diseño de este tipo de puente será optimizado en función al arreglo que muestren las péndolas en el plano del arco, evaluando el número de las mismas y la mitad del ángulo formado por la intersección de estas, simulando a un arco de círculo con carga uniforme radial. Así se obtendrá un modelo eficiente, que es la característica principal de este tipo de puente, ya que se tendrán secciones menores tanto en el arco como en el tirante, por los bajos momentos flectores en los elementos mencionados, logrando una estructura también más esbelta. Para la optimización del arreglo de péndolas se realizará el análisis estructural por cargas de gravedad a las distintas configuraciones estructurales encontradas y en base a los resultados, evaluando ciertos parámetros, se escogerá la mejor. Posteriormente en el modelo seleccionado se analizará el comportamiento estructural del puente ante cargas sísmicas y de viento, como también se estudiarán las cargas críticas de pandeo que propone Schanack en los arcos en puentes network; de esta manera se diseñará la superestructura con las solicitaciones requeridas encontradas en la norma AASHTO LRFD 2014. Luego se diseñará la subestructura, siendo esta, a cada lado del puente, un grupo de pilotes verticales. El análisis de la interacción suelo-estructura se basará en los estudios desarrollados por Tomlinson y Woodward. Finalmente se realizará un modelo del puente con péndolas verticales y se comparará el mismo, con el modelo diseñado. Se calcularán los beneficios estructurales y económicos al diseñar este puente con el arreglo network y no de manera convencional. De esta manera se buscará analizar detalladamente el comportamiento estructural de este tipo de puente y concluir que son una mejor solución a los puentes tipo arco atirantados con péndolas verticales y de cierta forma impulsar a que sean una alternativa muy útil para el diseño de puentes en el Perú.

In this thesis, a network arch footbridge of 193 meters span will be designed, its design and modeling will be based mainly on the studies done by Per Tveit, the inventor of this structure, and also on research developed by Brunn and Schanack. The design of this type of bridge is going to be optimized by the hanger arrangement in the plane of the arch by evaluating the number of hangers per arch and half the angle that is formed by the intersection of these ones, simulating an arch of a circle uniformly loaded radially. In this way, an efficient model will be obtained, which is the main characteristic of this type of bridge because it will need smaller sections in the arch and the tie for little bending moments in the elements mentioned, achieving a slimmer structure. For the optimization of the hanger arrangement, the structural analysis for gravity loads of the distinct structural configurations given will be performed and basing on the results, evaluating certain parameters, the best one will be chosen. Afterward, in the selected model, the behavior structural of the bridge will be analyzed against seismic and wind loads, additionally the critic buckling loads that are proposed by Schanack in network arches will be studied, in such a way the superstructure will be designed under required limit states found in AASHTO LRFD 2014. Then, the substructure will be designed; being this, a group of vertical piles in each side of the bridge. The analysis of the soil-structure interaction will be based on the studies done by Tomlinson and Woodward. Finally, a model of the bridge with vertical hangers will be made and this is going to be compared with the designed model. The structural and costs benefits of designing the bridge with the network arrangement and not in a conventional way are calculated. Thus, the structural behavior of this type of bridge will be analyzed in detail and it will be concluded that a network bridge is a better solution compared with a common tied arch bridge that has vertical hangers and also in a certain way to make this structure as a very useful alternative for the design of bridges in Peru.