Optimización en el diseño del tablero de un puente reticulado híbrido

Abstract

Los puentes reticulados híbridos son estructuras no convencionales, poco comunes y de relativamente poco uso a nivel global, cuyo diseño no está cubierto en forma específica por los códigos actuales. En el Perú, el puente el Silencio y el puente el Abejal constituyen dos ejemplos exitosos de la aplicación de este tipo de estructuras. Otro ejemplo local del mismo tipo es el puente Gera, el cual colapsó durante el asfaltado de su tablero. La presente tesis trata sobre el análisis y diseño del tablero de un puente reticulado híbrido. En el puente en estudio, la brida superior es de concreto armado, las diagonales son tubos de acero y la brida y tablero inferior son monolíticos y de concreto postensado, mientras que los nudos son de tipo híbrido (embebidos en el concreto de las bridas). Se describen los criterios aplicables al análisis de este tipo de puente, a la vez que se realiza el análisis conceptual del mismo y su contraste con los reticulados convencionales. Además, se exponen los requisitos de diseño aplicables según las normativas actuales, donde se ha profundizado en el estudio de la resistencia de elementos de concreto con refuerzo pasivo y activo sometidos a flexotracción, el cual es un tema poco común en los textos académicos convencionales. Los fundamentos teóricos expuestos son aplicados al diseño de un puente reticulado híbrido de 70 m de luz. Se diseñan los elementos principales de la superestructura, con especial énfasis en los elementos del tablero. Tras esto, se estudian alternativas a la configuración inicial establecida al incluirle vigas transversales o nervios longitudinales. Se hace mención también al enfoque alternativo de miembros presforzados parcialmente. Las alternativas estudiadas son comparadas con la configuración inicial a un nivel estructural. Finalmente, se realiza la cuantificación de los materiales y una estimación de los costos para cada alternativa de solución estudiada, y se discute la selección de la solución más óptima. Se ha encontrado que la adición de vigas transversales junto con nervios longitudinales mejora el comportamiento del tablero disminuyendo la flexión local de las bridas inferiores al concentrar parte de la carga y transmitirla directamente a los nudos, a la vez que representa una disminución en el costo parcial de la superestructura.

Hybrid truss bridges are unconventional, uncommon, and relatively little-used structures globally, which design is not specifically covered by current codes. In Peru, the Silencio bridge and the Abejal bridge are two successful examples of the application of this type of structure. Another local example of the same type is the Gera bridge, which collapsed during the paving of its deck. The present thesis deals with the analysis and design of the deck of a hybrid truss bridge. In the bridge under study, the top chord is made of reinforced concrete, the diagonals are steel tubes and the bottom chord and deck slab are monolithic and made of post-tensioned concrete. The truss joints are regarded as hybrid (embedded in the concrete of the chords). The criteria applicable to the analysis of this type of bridge are described. Also, its conceptual analysis and its contrast with conventional trusses are carried out. In addition, the applicable design requirements according to current regulations are exposed, where the resistance of concrete elements with conventional and restressed reinforcement subjected to combined flexural and tension actions has been studied in depth, which is a rare subject in current academic texts. The exposed theoretical foundations are applied to the design of a 70 m span hybrid truss bridge. The design of the main elements of the superstructure is carried out, with special emphasis on the deck elements. After this, alternatives to the initial adopted configuration are studied by adding beams in the transverse or longitudinal direction. Mention is also made of the alternative approach of partially prestressed members. The alternatives studied are compared with the initial configuration from a structural perspective. Finally, the quantification of the materials and the estimation of the costs for each alternative solution studied are carried out, and the selection of the most optimal solution is discussed. It has been found that the addition of cross beams along with longitudinal beams improves the behavior of the deck by decreasing the local bending of the bottom chords by concentrating part of the load and transmitting it directly to the truss joints, while representing a decrease in the partial cost of the superstructure.