Construcción del puente sobre la bahía de Cádiz: aspectos avanzados de su análisis

• Autores: Javier Manterola Armisén, Antonio Martínez Cutillas, Juan A. Navarro González-Valerio, Silvia Criado Galán, Silvia Fuente García, Gonzalo Osborne Gutierrez, Luis Peset González, Jesús de los Ríos de Francisco, Conchita Lucas
• Localización: Resúmenes de comunicaciones, 2014, ISBN 978-84-89670-80-8, págs. 283-284
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Construction of the Cádiz bay bridge: advanced analysis issues
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• Resumen
  • español

    La construcción del nuevo puente atirantado sobre la Bahía de Cádiz con 540 m de luz tiene varias particularidades que requieren un detallado análisis y cálculo avanzado de las 1275 fases constructivas: tablero mixto en vez de losa metálica ortótropa, izado de dovelas de 20.0 m de longitud por 34.30 m de ancho con pesos de 400 t, voladizo de 200.0 m hasta el apoyo en la primera pila del vano lateral y la construcción por voladizos descompensados 10.0 m para minimizar los desequilibrios en la torre.

    Se ha hecho un cálculo no lineal de todas las fases constructivas, en varias fases de progresiva exactitud.

    Primero se ha realizado un cálculo lineal, con módulo de Ernst en los tirantes correspondiente al axil de carga permanente. Después se ha añadido la matriz geométrica fija en la torre correspondiente a los axiles de carga permanente, un cálculo no lineal iterativo con matriz geométrica en la torre con el axil exacto en cada fase y un cálculo no lineal iterativo incluyendo el módulo secante de Ernst de los tirantes con el incremento de axil de cada fase. Con el cuarto nivel de cálculo se han alcanzado convergencias muy buenas, descartando la necesidad de cálculos adicionales donde por ejemplo se incluyan los tirantes como elementos no lineales más complejos.

    Además, se ha realizado un exhaustivo control tensional durante todas las fases de todos los elementos del puente. Para la torre, se han establecido dos niveles de cálculo. En las fases constructivas con el viento de construcción se alcanzan niveles de tracción menores que fctk, por lo que no ha sido necesaria ninguna consideración especial. Para las hipótesis ELU con viento mayorado sí ha sido necesario un cálculo no lineal material y geométrico detallado, ya que la no linealidad ha llegado a incrementar un 50% los esfuerzos lineales. Respecto el tablero, la losa superior sí que alcanza tracciones mayores que fctk, lo que ha obligado a considerar sección fisurada evolutiva en determinadas fases constructivas.

    Así mismo, para los efectos del viento, tanto en construcción como durante la vida del puente, se ha calculado el bataneo del tablero, los efectos de ráfaga desequilibrada durante la construcción y la sensibilidad de los tirantes frente a la excitación paramétrica y vibraciones inducidas.

  • English

    The construction of the new cable stayed bridge over the Cadiz bay with 540 m span presents several special features which require a detailed analysis and an advanced calculation of each of the 1275 construction stages: composite deck instead of orthotropic steel deck, erection of segments 20.0 m length and 34.30 m width with 400 t weight and cantilever of 200.0 m before reaching the first pier in the lateral span and cantilever construction with a disequilibrium of 10.0 m to minimize bending moments in the tower.

    Non linear calculation has been performed for all the erection stages, in several steps of better precision. First, a linear calculation with the Ernst modulus in the stays with the axial load corresponding to the permanent load. Afterwards, a linear geometric stiffness matrix in the tower with the permanent load axial forces. Then, a non linear iterative calculation with the geometric stiffness matrix with the axial load corresponding to each stage. Last, and additional non linear iterative calculation including the secant Ernst modulus with the incremental axial force in each stage. The convergence of the results with this fourth calculation level is certainly good, disregarding the use of more complex non linear elements for the stays.

    In addition to this, an exhaustive tensional control has been done for all the stages and all the bridge elements. For the tower, two elements have been established. For the erection stages with the construcion wind, stresses are smaller than fctk, so no special consideration has been necessary. For the ULS load cases with the factored wind, it has been necessary an iterative calculation to include material and geometric non linearities;

    this has increased the linear forces by 50%. For the deck, the upper slab reaches stresses bigger than fctk, so cracked cross section has been considered for determined construction stages.

    Besides, for the wind effects, both during construction and bridge service stages, it has been calculated torsion in the deck, the effects of the non-equilibrated wind during construction and the effect in the stays of the parametric oscillation and induced vibrations.