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PRÁCTICA 3. PRODUCTOS. PUENTE DEL ALAMILLO (SEVILLA)

DE SANTIAGO CALATRAVA

INNOVACIONES TECNOLÓGICAS CURSO 2004/2005

SARA ALBA LOZANO

INNOVACIONES TECNOLÓGICAS Práctica nº3. Productos. Puente del Alamillo (Sevilla)

Índice

Introducción ........................................................................................................ 1

Puentes atirantados: el Puente del Alamillo (Sevilla)...................................... 3

Concepto del diseño ................................................................................. 4

Características generales .......................................................................... 4

Solución constructiva y fabricación. ........................................................ 5

Ubicación del puente ............................................................................ 5 Elementos fundamentales y materiales. ............................................... 6

Montaje en obra. ..................................................................................... 13

Bibliografía........................................................................................................ 17

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Introducción La elección de un puente como ejemplo a estudiar, está basada en que en el

proyecto de un puente, el problema fundamental que se plantea es saber cómo va a ser, es decir, qué tipo de estructura va a tener, qué material se va a utilizar, cuáles van a ser sus luces, etc. Pero este cómo va a ser el puente, viene condicionado por diferentes factores. El primero de ellos es conocer su comportamiento resistente, es saber cómo va a ser su estructura. Pero además de saber cómo va a ser el puente, es necesario saber cómo se va a hacer, es decir, el procedimiento a seguir para llevar a buen fin su construcción.

Ambos problemas, saber cómo va a ser el puente y saber cómo se va a hacer, no se pueden separar, sino que en el momento de hacer un proyecto se deberán tener en cuenta simultáneamente. La importancia del proceso de construcción es tan grande y está tan presente en el diseño y proyecto que, como hemos visto, muchos tipos de puentes se conocen por su procedimiento de construcción.

Además, este conocer cómo se va a hacer, va adquiriendo cada vez más importancia, a medida que crece la luz del puente, llegando a ser casi decisivo en las grandes luces. Actualmente, los puentes de luces mayores que se construyen son los colgantes y atirantados, entre otras razones porque sus procedimientos de construcción son más fáciles de llevar a cabo y requieren menos medios, que los de otras estructuras. De ahí que el ejemplo escogido para el estudio sea un puente atirantado, el Puente del Alamillo (Sevilla, 1987-1992), obra del arquitecto e ingeniero Santiago Calatrava, y es que uno de sus muchos méritos en este campo ha sido el mezclar las soluciones técnicas de la ingeniería con los conceptos formales y espaciales de la arquitectura.

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Puentes atirantados: el Puente del Alamillo (Sevilla) Proyecto diseñado y construido entre 1987 y 1992 con motivo de la Exposición

Universal de Sevilla ´92, por el arquitecto e ingeniero Santiago Calatrava, encargado por la Junta de Andalucía.

Situado en el tramo norte de la autovía de circunvalación de Sevilla cruza la Isla

de la Cartuja y el meandro de San Jerónimo, mediante la obra del Paso Territorial San Lázaro-Camas II (Paso del Alamillo).

El proyecto global propuesto por Calatrava preveía, además del puente del

Alamillo, otro puente igual, dispuesto especularmente respecto al primero en el otro margen del río, y un viaducto que debía cruzar la isla de la Cartuja,

construido posteriormente. La imposibilidad de medios económicos, o el llamado por algunos “malgasto” por falta de previsión de la obra, hizo que únicamente se construyera uno de los puentes.

En este trabajo se analizará en profundidad únicamente el puente, dejando en un

plano secundario o complementario el viaducto.

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Concepto del diseño El concepto de diseño de sus puentes se apoya en reglas que para él son

indispensables: el conocimiento de la ingeniería estructural y el conocimiento de los sistemas constructivos en el momento del diseño.

Para Calatrava existen tres aspectos que pueden modelarse en el diseño de un puente:

- las fuerzas simétricas o asimétricas en el arco del puente. - el trabajo a tensión y compresión de los arcos. - el trabajo de las columnas como apoyo y soporte para los arcos en su función

de distribuir el peso hacia el subsuelo. Estos tres aspectos confluyen en su teoría de que el diseño de puentes debe ser

orgánico:

“…la arquitectura y la ingeniería de los puentes debe ser orgánica ya que asemeja la estructura del cuerpo humano y su juego de la tensión y la flexión en cada punto semeja el esfuerzo del cuerpo por estabilizar las fuerzas.”

Así, en este caso, tomando como ejemplo el mástil de los barcos y veleros de la

zona, logra crear un arco invertido y girado sobre su base a 58 grados.

Características generales Puente atirantado, asimétrico, con pilón inclinado 58º sobre la horizontal; con

una longitud total de 250 m...; una luz máxima de 200 m.; y una altura del pilar sobre el nivel de la calzada de 142 m.

Esta considerado como el primer puente sustentado por cables en el que la plataforma se equilibra con el peso de la torre inclinada hacia atrás.

El pilón, mástil o también llamado torre, tiene tirantes sólo a un lado (lado del

ángulo obtuso) y en la parte interior. La colocación asimétrica del pilón inclinado en

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una sola margen del río hace que la casi totalidad del peso del puente descargue en el apoyo del pilón, resultando el apoyo de la otra margen prácticamente superfluo.

Los materiales empleados en éste son: acero y hormigón reforzado. Él mezcla el

acero y el hormigón en formas y volúmenes que hacen de sus obras verdaderas esculturas monumentales que rasgan el cielo de cada lugar, dotando a las ciudades que las acogen de un emblema urbanístico de carácter especial y que parece retar la estabilidad y la resistencia de los materiales empleados, ante la vista del espectador y de quien vive los espacios cotidianamente.

Este puente consta de calzada para la circulación tanto rodada como peatonal y

representa una variación sobre el tema del puente de cables asimétrico en el que el peso del tablero queda equilibrado con un pilar inclinado. Tal solución consiente eliminar por completo los cables posteriores que serían necesarios en un puente de cables convencional. Este concepto estático ya había sido investigado por Calatrava en la escultura Running Torso de 1986.

De esta manera, el resultado de las tensiones en la base del pilar es una fuerza

vertical. Mientras que los empujes horizontales que puede provocar por ejemplo, la acción del viento, son absorbidas por la estructura.

Solución constructiva y fabricación. En el Puente del Alamillo, se tomarán soluciones bastante variadas debido a la

complejidad del diseño. Se debe resolver de manera integral la estructura del mástil, su cimentación, el área de rodamiento del puente y el diseño de ingeniería del viaducto.

Ubicación del puente La ubicación del puente se decidió en función de dos razones básicas: la zona de

crecimiento de la ciudad hacia el noroeste y los terrenos que alojó los stands de la feria internacional. A esto se agregó que, debido a la planeación de la feria, se obligó el gobierno a construir un viaducto que agilizara la circulación paralela a la rivera del río y permitiera un tránsito fluido hacia ambos puentes.

Realmente lo interesante para este trabajo es el análisis que se realizó de la

ribera del Guadalquivir en este punto. Antes de proceder al diseño y construcción del puente era necesario realizar un

estudio de mecánica de suelos, para conocer el terreno ideal para construir el puente, las posibilidades que el terreno ofrecía y cuales eran sus inconvenientes; muy importantes en este caso ya que por las características del subsuelo no se podía alojar en cualquier zona, debido a que la ribera del río denotaba arenas arcillosas de poco volumen y muy expansivas, lo que obligaría a realizar una excavación muy profunda.

Este estudio determinó así el tipo de cimentación escogido para el mástil, y que posteriormente se expondrá detalladamente.

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Elementos fundamentales y materiales. A modo de introducción general, aplicable a todos los puentes se debe saber que

los puentes se dividen en dos partes principales: - La superestructura, o conjunto de los tramos que salvan los vanos situados

entre los soportes. - La infraestructura, formada por los cimientos, los estribos y las pilas que

soportan los tramos. En este caso, estamos como se ha mencionado ante un puente atirantado y por

tanto, los elementos que componen la estructura resistente son: - Los tirantes, que son cables rectos que atirantan el tablero,

proporcionándoles una serie de apoyos intermedios más o menos rígidos. - Las torres para elevar el anclaje fijo de los tirantes, de forma que introduzcan

fuerzas verticales en el tablero para crear los pseudo-apoyos. - El tablero, que interviene en el esquema resistente, porque los tirantes, al ser

inclinados, introducen fuerzas horizontales que se deben equilibrar a través de él.

Por todo ello, los tres elementos, tirantes, tablero y torres, constituyen la

estructura resistente básica del puente atirantado.

A. Cimentación del mástil.

La cimentación del mástil se logra gracias a un gran dado de hormigón armado en el que se empotra el mástil, formando una pieza monolítica que se flexibiliza por la camisa de acero que se le ha puesto.

Además, el diseño de esta cimentación se aprovecha para la creación de un

espacio que por lo regular es área perdida en cualquier puente. En este caso, Calatrava logra generar una terraza que, formando parte de la cimentación, da la vuelta en forma perimetral y por debajo de la estructura del puente, dejando ver la parte baja de la estructura de rodamiento, lo que permite admirar la monumentalidad de la estructura y al mismo tiempo tener una vista hacia el río. El excelente diseño de iluminación permite admirar la estructura también por la noche.

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B. El mástil, pilar o torre.

El puente del Alamillo tiene torre única y un vano único de 200 m de luz. En él la torre se ha inclinado hacia tierra y se han suprimido los tirantes de compensación; este sistema obliga a compensar las fuerzas en los tirantes con la excentricidad del peso propio de la torre respecto a su base, debida a su inclinación.

El mástil fue fabricado con una camisa o envoltura de placas de acero formada

por elementos huecos de sección hexagonal, y reforzado en su interior con un fraguado de hormigón. Tiene una altura de 142 metros sobre el nivel de piso terminado y una inclinación de 58° con respecto a la horizontal, lo que le permite recibir los esfuerzos de la tensión de los cables que soportan el puente, adoptando en su diseño la forma de un brazo y jugando con la tensión de soporte y la flexibilidad de los materiales. Por tanto, en el caso del Puente el Alamillo, el equilibrio de fuerzas se logra a través de la inclinación del poste y la tensión de los cables, haciendo que el anchoring sea innecesario.

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INNOVACIONES TECNOLÓGICAS Práctica nº3. Productos. Puente del Alamillo (Sevilla) La empresa encargada de la fabricación de las secciones hexagonales de

acero del mástil fue MEGUSA (Metalúrgica del Guadalquivir, S.A.). Esta empresa está especializada en estructuras complejas y de altas

exigencias técnicas, y fue la encargada de todo el proceso de conformación de las secciones en taller.

El proceso de fabricación de la pieza en un principio no suponía

innovaciones o variaciones en las técnicas utilizadas para la conformación de perfiles a partir de placas de acero. Es importante destacar que todo se realizó en taller y bajo un control estricto debido a que iba a ser esta estructura la encargada de la sustentación, dejando únicamente en obra el trabajo de soldado de los diferentes módulos.

Tras la conformación de los diferentes módulos del mástil, se sometió a

cada pieza, antes de su transporte a obra, una puesta en carga “ficticia” para comprobar su capacidad resistente. Se dice que es ficticia ya que esta sección adquiriría mayor resistencia con el fraguado interior del hormigón.

Así mismo se dio a cada pieza una protección ante los agentes

atmosféricos mediante un acabado de pintura. Este proceso se realizó en el mismo taller con la marca Pinturas Hempel que utiliza básicamente productos de elevado contenido en zinc, epoxys-poliamidas y poliuretanos alifáticos.

Tras este tratamiento se procedió a su transporte a obra mediante camiones de alto tonelaje y su posterior acopio en el lugar a la espera de su colocación definitiva.

C. El tablero.

El tablero interviene en el esquema resistente básico de la estructura del puente atirantado porque debe resistir las componentes horizontales que le transmiten los tirantes.

La sección transversal del tablero depende en gran medida de la disposición de los tirantes. En los puentes atirantados en el eje, generalmente es un cajón cerrado con voladizos laterales.

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En el Puente del Alamillo, el tablero esta diseñado con una estructura metálica

compuesta por una viga cajón central de sección hexagonal donde se encuentran los anclajes activos de los tirantes, y que constituye la columna vertebral del puente. Además el lado superior de la viga cajón, que tiene una anchura de 3,75 metros, es una pasarela peatonal elevada 1,6 m. respecto del nivel de la calzada.

De este cajón parten

unas costillas metálicas de 4 metros de sección aligerada soldadas, a ambos lados, sobre las que se apoya una losa de hormigón que forma el tablero por donde debe circular el tráfico, sosteniendo de este modo las dos calzadas en voladizo y siendo únicamente reforzado en su parte inferior con unas ménsulas o refuerzos de acero que se van rebajando hasta llegar a punto cero. Por tanto, la carpeta de rodamiento del puente se concibe en un

sistema estructural mixto, formado por una estructura metálica para soportar ambos carriles de circulación y un recubrimiento o carpeta de concreto hidráulico que cumple la función de capa de compresión.

Además este sistema escogido para la sustentación de la calzada tuvo un

componente estético ya que la estructura posterior del tablero se iba a dejar vista, con lo que se exigía un mayor control en obra para que el acabado fuera el deseado.

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INNOVACIONES TECNOLÓGICAS Práctica nº3. Productos. Puente del Alamillo (Sevilla) La fabricación de la estructura metálica del tablero se encargó a la misma

empresa constructora del mástil, MEGUSA, y los procesos de fabricación, comprobación, acabado y transporte fueron similares a los ya expuestos.

D. Los tirantes o cables

Los elementos fundamentales de la estructura resistente del puente atirantado son los tirantes, que son cables rectos que atirantan el tablero, proporcionándoles una serie de apoyos intermedios más o menos rígidos.

En este caso, Santiago Calatrava, ha exigido a estos más de lo esperado, ya que en este puente se suprime el equilibrio de los cables en las dos luces adyacentes a la torre.

Esto es posible gracias al desarrollo tecnológico. La aparición en el mercado de los cables de alta resistencia (torones de acero galvanizado) ha hecho posible la creación de estas estructuras de cables rectos o también llamados en disposición en arpa,

conformados por torones paralelos de diámetros pequeños (15 mm), que se anclan individualmente. Estos cables de peso reducido son mucho más fáciles de colocar y reemplazar que los antiguos cables colgantes, en los cuales los procesos de colocación eran muy dispendiosos y demorados y su reemplazo prácticamente imposible.

Desde entonces, se optimizó la distribución de los tirantes para reducir los

esfuerzos locales en la estructura y la rapidez de sustitución de un tirante dañado, sin alterar de modo sensible el funcionamiento estático, previamente establecido, de la estructura.

En cuanto a su diseño, fabricación y puesta en obra, en primer lugar, es necesario definir el número de tirantes de cada haz, o lo que es lo mismo, la distancia entre los puntos de anclaje de los tirantes en el tablero. En este caso se trata de 13 pares de cables que sostienen el tablero, anclados sólo a un lado del mástil y en la parte interior. Como curiosidad decir que este puente tiene una pareja de tirantes que lo sujetan de 300 m. de longitud, los cables prefabricados más largos del mundo y salvan una luz de 200 metros.

Una vez definido el número de tirantes, es necesario definir la geometría de cada uno de los haces, que en este caso es paralela (en arpa).

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INNOVACIONES TECNOLÓGICAS Práctica nº3. Productos. Puente del Alamillo (Sevilla) Posteriormente, se debe diseñar la unión o anclaje al mástil y al tablero, teniendo

siempre en mente el proceso de puesta en obra, que puede permitir la tecnología auxiliar de montaje, los suministradores, el presupuesto y el propio medio.

o

Las técnicas modernas de atiranta

derivados del pretensado, muchos con cindividual, que les aseguran una gran reaguante ante la fatiga y la corrosión, en co

Para la fabricación y puesta en o

empresa contratista, Dragados y Construpunteras en este tema, que trabajaron en c

- TYCSA: líder mundial en acer- Dywidag Sistemas Constructiv

pretensado y postesado pInternacional.

• TYCSA.

Encargada del suministro de los tiempresa ofreció dos productos:

- Cordones de acero de 7 alamb

corrosión. Estas barreras puedgalvanizados con cera o gradensidad.

- Alambre galvanizado de 7 mm

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Detalle anclaje a mástil y anclaje a tabler

miento utilizan cables y anclajes directamente ordones protegidos por galvanización y vaina sistencia mecánica y rigidez, un excepcional ntraste con una singular ligereza.

bra de los tirantes del Puente del Alamillo, la cciones, S.A. optó por el encargo a dos firmas olaboración:

os de alta resistencia para puentes atirantados. os, S.A.: empresa especializada en geotecnia,

erteneciente al grupo Dywidag Systems

rantes de cable y tesado para este puente. Esta

res, protegidos con diversas barreras contra la en ser hasta tres, en el caso de los cordones sa y con una vaina de polietileno de alta

, con resistencias de hasta 1670 N/mm².

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ALAMBRE GALVANIZADO

Diámetro (mm)

Resistencia 7

1570 N/mm² x

1670 N/mm² x

CORDONES DE 7 HILOS CON HDPE

Diámetro (mm)

Resistencia 15.2 15.7

1770 N/mm² x x

1860 N/mm² x x

CORDONES GALVANIZADOS Diámetro (mm)

Resistencia 12.7 12.9 15.2 15.7 1770 N/mm² x x x x

1860 N/mm² x x x x

Cabe destacar además que esta empresa aporta un tratamiento posterior de

estabilización térmica y tratamiento final de estirado destinado a reducir al mínimo las tensiones internas del alambre.

Tras la fabricación del cable en fábrica se

suministró en bobinas de hasta cinco toneladas cuya finalidad era la de asegurar la máxima fiabilidad y velocidad de devanado en la operación de spinning aéreo de alambres paralelos. El suministro mediante bobinas procedentes de su fábrica aseguraba así una mejor distribución del alambre en la bobina y una tensión uniforme durante el enrollado. Además se evitaba en obra el trabajo, la maquinaria y el espacio destinado al proceso de enrollado que TYCSA realizó en fábrica. Así pues, se consiguió la reducción de costes y plazo de ejecución.

La utilización de acero de alta resistencia en los puentes atirantados supuso una variación del postensado clásico1; y es que la utilización de tirantes en la construcción de puentes permite compensar esfuerzos y disminuir flechas. En consecuencia, se consiguen varios efectos positivos sobre la estructura (reducción del espesor del tablero, mejora de la estabilidad dinámica, reducción del tiempo de ejecución...) que permiten salvar grandes luces y a la vez disminuir costes.

1 La técnica clásica de postensar consiste en la aplicación de unas tensiones previas a la entrada

en servicio de la estructura mediante el tesado de cordones de acero después del hormigonado. Los cordones pueden situarse en el interior del hormigón o en el exterior, y pueden ser adherentes o no adherentes.

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• Dywidag Sistemas Constructivos, S.A.2

Encargada del suministro de los tirantes de cable y tesado para este puente; además, ofreció el soporte técnico necesario que incluye la venta y alquiler de todo tipo de gatos de tesado, centrales hidráulicas, equipos de medición de alta precisión con tratamiento informático de presiones, alargamientos y curvas de deformación.

Montaje en obra. Dadas las posibilidade

debe dividir en partes. El pueforma que en cada etapa de resistir a sí misma y debe permutilizar una estructura auxiliaesté acabada, se resista a sí mi

El proceso de construde fabricación y montaje, o lconstrucción, es decir, para mismas y soporten la fase sifactores que intervienen en el

Además, la economíacuando las estructuras parcialelos más parecidas posibles enmateriales que es necesario año nulos. También se reducen partes que van a formar el pue

2 Marcas Comerciales: GEW

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s tecnológicas actuales, la construcción de un puente se nte se debe construir por adición de partes sucesivas, de construcción se crea una estructura parcial que se debe itir la construcción de la fase siguiente; o bien, se puede

r que resista las diferentes partes, hasta que la estructura sma, y entonces se pueda retirar la estructura auxiliar. cción adecuado será el que necesite los mínimos medios os mínimos materiales adicionales para poder resolver la conseguir que las estructuras parciales se soporten a sí guiente. Este planteamiento se verá corregido por otros proceso. de medios de construcción se consigue más fácilmente s sucesivas que se van creando al construir el puente, son su modo de resistir a la estructura final, y por tanto los adir para resistir estos estados intermedios serán mínimos los medios de construcción, haciendo que las diferentes nte sean lo más ligeras posibles.

I / DYWIDAG

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INNOVACIONES TECNOLÓGICAS Práctica nº3. Productos. Puente del Alamillo (Sevilla) En lo que respecta al caso que nos ocupa, como ya se ha mencionado en

apartados anteriores, la ejecución en obra se intentó minimizar a favor de un mayor trabajo en taller (conformación de las secciones, cables prefabricados, tratamiento de acabado, etc.)

No obstante, hubo cambios decisivos que modificaron el concepto inicial del montaje del puente. El cambio más significativo fue el del material con que se iba a realizar el mástil.

Como se vio anteriormente, el mástil se construyó a base de módulos o secciones metálicas, sin embargo, en el proyecto original el pilar debía estar realizado por completo en hormigón armado y los cables colocados y tensados a medida que la torre crecía.

Este cambio se produjo por la actuación del contratista de la obra, que prefirió construir la torre con elementos de acero que se cargaban con contrapesos a medida que se colocaban los cables y que el peso del puente iba equilibrándose por la inclinación y el peso de la torre.

Pero su peculiar estructura obligó a construir primero el tablero sobre cimbra, y

después a hacer la torre, que se atirantaba a medida que iba subiendo. Con lo que se puede decir, que el tablero atirantaba a la torre, y no a la inversa, lo que supuso la elevación del coste de construcción a cifras desorbitadas.

Una vez aclarados estos aspectos y habiendo hecho una descripción de todos los

elementos, se pasa a enumerar las fases del montaje o puesta en obra seguidas, adjuntando en algún caso material gráfico aclaratorio.

1. Realización de la cimentación (dado de hormigón armado) en el que se empotra el mástil, formando una pieza monolítica que se flexibiliza por la camisa de acero que se le ha puesto:

a. Replanteo de la cimentación. b. Excavación. c. Colocación del armado. d. Colocación de base del mástil con una interposición de camisa de acero

que permita la flexibilización entre acero y hormigón.

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e. Hormigonado desde el interior de la sección de la base del mástil asegurando así el relleno y formación de una pieza monolítica donde el mástil queda empotrado en el dado de hormigón armado.

2. Realización del tablero del puente sobre cimbra deslizante:

a. Replanteo de la viga cajón, núcleo resistente del tablero, mediante la creación de plataformas o torres temporales a cada lado del lecho del río, levantadas siguiendo los mismos conceptos sobre los que se fundamentan las plataformas marinas para la perforación y explotación de pozos petrolíferos.

b. Creación de la cimbra metálica deslizante. c. Colocación de las secciones de la viga cajón y unión soldada entre las

partes dejando previstas juntas de dilatación.

3. Realización de la torre o mástil que se iba atirantando con el tablero a la vez que

se iba subiendo su altura. Para su construcción se empleó una de las mayores grúas de tierra del mundo, capaz de elevar 200 Tm. a 150 m. de altura.

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4. Conformación de la calzada:

a. Replanteo de la ubicación de costillas laterales que conforman el voladizo

b. Soldado de costillas laterales metálicas de 4 metros a la viga cajón hexagonal.

c. Ejecución de la capa de compresión, o calzada.

5. Colocación de luces y barandillas que fueron también diseñadas por Santiago

Calatrava.

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Bibliografía Sitios web relevantes: - archINFORM: Alamillobrücke - Calatrava Portfolio: Alamillo Bridge & Cartuja Viaduct - Richard Lachman: AutoCAD model of Alamillo Bridge Referencias: Artículos

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Libros

McQuaid, Matilda. Santiago Calatrava, Museum of Modern Art, New York (USA), 1993; p. 38-39.

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Picon, Antoine. L'art de l'ingénieur, Éditions du Centre Georges Pompidou, Paris (France), 1997; p. 47-8..

Quaranta, Arnaud. Le Passage, Everest Communication, Luxembourg (Luxembourg), 1999.

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Pollalis, Spiro. What Is a Bridge?, MIT Press, Cambridge (USA), 1999. "What Is a Bridge? The Making of Calatrava's Bridge in Seville" is an excellent book that explains the design and construction of the Alamillo Bridge in great detail.

Empresas: - TYCSA. - Dywidag Sistemas Constructivos, S.A. - MEGUSA (METALÚRGICA DEL GUADALQUIVIR, S.A.). - FCC. - Dragados y construcciones, S.A. - Pinturas Hempel.

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http://www.archinform.de/projekte/2819.htm

http://www.calatrava.com/1/bridges/12.html

http://wwwic.media.mit.edu/people/richlach/projects/alamillo.html

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