Este documento describe los tipos de puentes colgantes y atirantados, explicando que usan cableado de acero. Explica que el acero es el mejor material para el cableado debido a su alta resistencia, baja densidad, elasticidad y bajo coste. También describe cómo se fabrica el acero y los métodos para obtenerlo, así como su estructura una vez cableado y su capacidad de reciclaje.

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Cableado de puentes colgantes y
atirantados.
(Imagen: Viaducto de Millau, Francia. Estructura atirantada en arpa.)
Ciencia e ingeniería de los Materiales.
- Iván Francisco Moreno Gámez

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ÍNDICE:
1. Introducción a los Puentes Colgantes y Atirantados.
2. Contexto histórico.
3. La elección del material en el cableado.
4. Métodos de obtención del acero.
5. Condicionantes en el precio del Acero y sus componentes.
6. Capacidad de reciclaje en los materiales
7. Estructura del cableado.
8. Designación y Normativa
9. Medidas de seguridad.
10. Innovaciones.
11. Referencias.

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1. Introducción a los puentes colgantes y atirantados.
Un puente se define como una construcción que permite salvar un
accidente geográfico como un río, un cañón, un valle, una carretera,
un camino, una vía férrea, un cuerpo de agua o cualquier otro
obstáculo físico.
Cada puente requiere previamente un estudio previo para evaluar las
características del terreno, su comportamiento mecánico y su
resistencia a factores ambientales e incluso catástrofes naturales. Un
ejemplo de la importancia de estos factores fue el colapso del puente
de Takoma por problemas aerodinámicos y de resonancia.
 Atendiendo a las diferentes características, se pueden clasificar en
función de:
- La longitud: mayores o menores.
- El servicio que presta: ferroviarios, acueductos, canales, pasarelas,
etc.
- Por el material usado: madera, mampostería, hormigón, o metálicos.
- Por el ángulo que forma el eje del puente: rectos, esviados o curvos.
- Y por último, la clasificación que más nos interesa: Según la forma de
transmisión de esfuerzos y cargas. Según ésta clasificación, los
puentes pueden ser:
Viga Arco Colgantes Atirantados
Ménsula Mixto Mixto
Los que más nos interesan en este caso, son los de tipo “Colgantes” y
“Atirantados” por emplear cableado a la vista.

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La principal diferencia entre ambos tipos, radica en que mientras el
atirantado concentran los tirantes en las torres, (en abanico si es en
la parte superior o en arpa si son a lo largo de la torre), el colgante
tiene cables principales que cubren toda la longitud del puente sobre
el que cuelgan los tirantes de sujeción hacia el tablero.
Los puentes colgantes tienen mayor facilitad para alcanzar vanos de
más de 1000 metros frente a los atirantados.
 En líneas generales, las partes comunes a los puentes tanto colgantes
como tirantes son1
:
Tramo: Parte del puente que se sostiene entre bastiones o pilones.
Tablero: Base superior de rodaje que sirve además para repartir la
carga a vigas y largueros.
Pila, Pilón o Bastión: Apoyo para un tramo. Estribo si es en extremos.
Encepado: Base de las pilas.
Vano o Luz (entre bastiones): Distancia entre las paredes internas de
pilones o bastiones consecutivos.
Tirantes: Cable de sostén del tablero.
Cable portador: Cable principal sobre el que cuelgan los tirantes (en
los puentes colgantes).
2. Contexto histórico.
Desde la antigüedad, ya se empleaban puentes con cableado, aunque
con menores distancias y funcionalidades. Algunos de ellos, debido a
su naturaleza orgánica.
Unos ejemplos pueden ser:
- Los puentes Incas fabricados con sogas de los cuales pervive en la
actualidad algún ejemplo representativo. En estos tipos de puentes
se sustituían las sogas cada cierto tiempo debido a la distensión y
desgaste ambiental:
(Puente de Keshwa Chaca, Ecuador)

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- Puentes indios conformados mediante raíces de árboles que se iban
guiando y trenzando. Éste método era de construcción a largo plazo
que podía llevar varias generaciones y tenía un tiempo de vida útil en
torno a los 500 años:
(Puente de raíces, Índia)
- En China, en el siglo III a.c. construían puentes colgantes con
cadenas de hierro.
- El puente colgante que conocemos en la actualidad, surgió en 1802
cuando el ingeniero James Finley ideó un puente suspendido por
cadenas de hierro forjado en Pennsylvania, a partir de ahí, sobretodo
en Europa, se fue desarrollando el concepto de puente colgante
ampliando longitudes de vano y mejoras estructurales y de
materiales.
(Puente sobre el arroyo Jacob, EEUU)
- Respecto a los puentes atirantados, los primeros proyectos fueron de
origen europeo, y uno de los primeros fue el puente de James Dredge
construido en 1872:
(Puente Albert Bridge, Reino Unido)

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3. La elección del material en el cableado.
En mecánica estructural, los cables o hilos son elementos que solo
resisten a tracción, principal fuerza que se da en los puentes que
vamos a analizar. Éstos ayudan a neutralizar la tendencia a la flexión
que caracterizaría a la catenaria parabólica entre extremos del
puente.
 Los requerimientos que debe satisfacer el material son:
- Tener un alto módulo de Young, clave en la elasticidad.
- Baja densidad, ya que debe tener un bajo peso.
- Alta resistencia a la tracción, ya que va a ser el esfuerzo
predominante en los cables de sustentación.
- Alta resistencia a la fatiga, ya que están sometidos a ciclos de fatiga.
Para elegir un material que cumpla éstos requerimientos, podemos
usar programas informáticos como el Ces Edupack, que permiten
comparativas de propiedades según los diferentes grupos de
materiales.
En primer lugar, podemos ver una comparativa de Resistencia a la
tracción – Precio en la siguiente gráfica:
Vemos como el grupo de materiales señalados en turquesa (Acero),
presentan una alta resistencia (hasta cotas de 2000MPa) con los
menores precios, muchos de ellos debajo de 1€/Kg.

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En la siguiente gráfica, podemos ver la relación Resistencia a la fática
– Precio:
Al igual que hemos visto con la Resistencia a la tracción, los aceros son
un grupo de materiales que presentan altas cotas de resistencia frente a
un precio muy accesible.
En la siguiente gráfica, podemos ver la relación Resistencia a la fatiga
– Resistencia a tracción:
De ésta gráfica podemos extraer que aunque el osmio es el material que
mejor relación tiene, los aceros también están en niveles mayores de
ambas características.

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Por último, comparando el Módulo de Young – Precio, tenemos la
siguiente gráfica:
Podemos apreciar cómo aunque no son los materiales con más módulo
de Young, presentan unos valores muy altos con un muy bajo precio.
En base a éstas comparativas, podemos concluir que el mejor material
para cableado es el Acero.
Éste material presenta innumerables ventajas sobre la fundición: es un
material resistente pero elástico, capaz de absorber impactos y que se
puede laminar en forma de láminas e hilos. Aunque tiene los mismos
componentes, la fundición, por el contrario, es extremadamente dura
pero quebradiza. Además, apenas se puede laminar ni estirar sin que se
rompa. La diferencia entre ambos es la cantidad de carbono que se
presenta en la aleación con el hierro, considerándose aceros aleaciones
con menos de aproximadamente un 1,8% de carbono.

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El puente de Stonnerbutter en Hong Kong, presentó en 2009 la novedad
de usar acero inoxidable dúplex o austenítico-ferrítico en su
armadura.
El acero, además de en el cableado, también se utiliza en la propia
estructura de hormigón armado (pasivo) o pretensado (activo) del
puente, una de las estructuras más estables. Antiguamente, también se
usaba mampostería en las torres pero al ser quebradizo, puede implicar
desmoronamientos en sacudidas.
El logro de grandes luces,
ha estado relacionado con
las prestaciones del acero.
La evolución en la
resistencia de los cables de
acero, ha crecido en los
últimos 2 siglos de 500
Mpa, a medidas en torno a
2000 MPa. 2
Según el ingeniero Manuel Elices Calafat, la tendencia para puentes -
donde la resistencia a la fatiga es un parámetro importante – no es
hacia límites elásticos mucho más altos (350 Mpa, como mínimo, es un
valor aceptable) sino hacia valores altos de la tenacidad de fractura y de
la ductilidad.

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4. Métodos de obtención del acero.
Podemos destacar varios métodos de obtención y fabricación del acero,
por ejemplo, el método Bessemer, Martin-Siemens o BOF.
Según el informe IRIS 2013, España figura en el grupo puntero de los
productores mundiales de acero: el tercero de la Unión Europea tras
Alemania e Italia y el decimoquinto mundial.3
Actualmente los métodos que más se suelen usar son el Integral o Alto
Horno, y el Horno Eléctrico.3
- En el Integral, tras la sinterización de hierro y caliza, se mezcla con
carbono destilado (cok) con un 90% de carbono. El producto obtenido
en el horno alto es el arrabio, un material con una riqueza en hierro
cercana al 95 % y alrededor del 3,5 % de carbono. La diferencia
entre el arrabio y el acero estriba en la cantidad de carbono que tiene
el producto férrico. Si el contenido es inferior al 1,7 % se considera
acero. Si es superior recibe el nombre de fundición. El arrabio forma
parte de este último grupo. Es necesario transformar el arrabio en
acero. En este proceso se emplean los convertidores de las acerías,
instalaciones que se encargan de eliminar ese exceso de carbono del
arrabio líquido a través de un soplado de oxígeno.
- En el Horno Eléctrico, el proceso de obtención de acero se diferencia
del anterior en dos puntos fundamentales. En primer lugar, la
principal materia prima es la chatarra, es decir, el propio acero
reciclado al final de su vida útil. La segunda diferencia es el uso de
hornos eléctricos, donde se carga la chatarra y en los que se crea un
arco eléctrico que salta entre los electrodos. La mayor parte del acero
obtenido por este procedimiento se destina a productos largos
empleados en la construcción.
Los productos largos, como el alambrón y los perfiles, se dirigen,
principalmente, al sector de la construcción. Para el cableado de
puentes, se aplica un galvanizado con zinc en caliente para aumentar su
resistencia a la corrosión y alargar su vida.

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5. Condicionantes en el precio del acero y sus
componentes.
Como hemos visto en el apartado anterior, el método usado para la
obtención del acero, suele ser el horno eléctrico, y es un factor de gran
importancia, ya que en función de los precios de la electricidad, también
puede afectar al precio del acero.
 Respecto a la accesibilidad de los componentes, podemos ver una
evolución histórica de los últimos 20 años en el precio del hierro y
del carbón:
(Mineral de Hierro: Precio – Fecha)
(Carbón: Precio – Fecha)
Otro condicionante importante en el empleo de éstos materiales es el
coste de transporte una vez acabados, y la dificultad de movilizar
elementos de cientos de metros, algo que puede ser complejo por tierra
y aire. Como solución se pueden fabricar en las ciudades más cercanas
posibles y en el caso de los puentes colgantes o atirantados sobre ríos,
llevarlos por el río sobre el que se quiera construir.

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6. Capacidad de reciclaje de los materiales.
Tal como está fomentando la Unión Europea en los últimos años, la
economía circular es un factor clave en la viabilidad de un proyecto.
Este enfoque defiende reintroducir en el sistema productivo los
materiales empleados cuando termine su vida útil.
En el caso de los aceros, tienen una buena disposición al reciclaje.
Este metal puede reciclarse todas las veces que sea, ya que no pierde
sus características de resistencia, dureza o maleabilidad. Hay aceros
producidos hace 150 años que forman parte del proceso productivo
actual, por ejemplo las carrocerías de los coches.
Se considera que a lo largo de todo el siglo XX y lo que llevamos del XXI
se han reciclado 22.000 millones de toneladas de acero y que cada
segundo que pasa se reciclan en el mundo 15 toneladas de acero.
Según Unesid (Unión de Empresas Siderúrgicas), España, con 12,5
millones de toneladas de acero recicladas en 2011 lideraba el reciclaje
de acero de la Unión Europea junto a Italia y Alemania. Por otro lado,
los datos indican que más del 75% del acero producido en España se
recicla, cifra muy por encima de la media mundial, que se sitúa en torno
al 40%.
Reciclaje de acero beneficioso para las empresas y para el medio
ambiente, según informes de la industria siderúrgica española por cada
tonelada de acero reciclada se ahorra alrededor de una tonelada y
media de mineral de hierro, un 85% de agua, un 80% de energía y un
95% de carbón.
Desde principios de los 70 el sector siderúrgico español ha disminuido
en más del 75% sus emisiones de dióxido de carbono por tonelada de
acero producida.4

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7. Estructura del cableado.
En el caso de cableado de puentes, tras haber hecho el alambre de
acero, se agrupan para aumentar su efectividad. Algunos de los cables
más resistentes están conformados de cientos de alambres de acero.
Los cables de acero usados en los puentes, tienen una configuración
diferenciada según las agrupaciones de sus componentes, donde
podemos ver:
- Alambre: Es la unidad mínima que se agrupa.
- Torones o Cordones: Agrupaciones de alambre que rodean al alma
helicoidalmente en una o varias capas.
- Alma: Parte interna central y eje del cable.
- Cable: Agrupación helicoidal de los torones y el alma.
Dependiendo del diseño, composición del alma, y la posición de sus
torones, el cable tendrá un peso, diámetro, y resistencia a la tracción.
Los alambres para cables de acero son de sección circular, con un
diámetro que varía de 0.19 hasta 5 mm. Los torones y cables
estructurales por lo general son preestirados por el fabricante para
aproximar la condición de verdadera elasticidad. El prealargamiento
remueve el alargamiento de construcción inherente al producto cuando
sale de las máquinas de enrollado y cerramiento. El preestiramiento
también permite, bajo cargas prescritas, la medición precisa de
longitudes y la marcación de puntos especiales en el torón o cable
dentro de tolerancias estrechas.
El cableado debe superar unos ensayos determinados para evaluar su
calidad:
- Ensayo a tracción.
- Ensayo de torsión.
- Ensayo de doblado.
- Determinación de la adherencia del recubrimiento de zinc.
- Ensayo de uniformidad del recubrimiento de zinc.
- Determinación del peso del recubrimiento de zinc.

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Algunos ejemplos de uso del acero en cableado de puentes son:
- Y1860-15,7mm (Viaducto atirantado de Escaleritas – Gran Canaria)
- Acero 85105 (fyk=1030Mpa) (Puente puerta de las Rozas – Madrid)
La fijación de estos cables (varios miles de ellos en el caso de los
cables principales de los puentes colgantes), se produce con un
anclaje a una gran masa de hormigón.
En los puentes colgantes, el elemento a
través del cual los cables pasan de un
vano a otro se llama Silla. Podemos ver
un ejemplo en la imagen lateral:
8. Designación y normativa.5
En general, no resulta fácil atribuir un nombre único para cada tipo de
acero, ya que suelen categorizarse dependiendo de su composición,
microestructura, tratamientos térmicos o termoquímicos, resistencia
mecánica u otros tipos descriptores de calidad. Incluso por su método
de obtención, desoxidación, naturaleza del conformado final, etc.
 La normativa que rige las características de los cableados de acero,
es la UNE-En 10.2646
de Une-AENOR. Aunque también se emplean la
designación norteamericana AISI, la alemana DIN y la Europea EN.
Atendiendo a su resistencia mecánica, los aceros suelen clasificarse por
su límite elástico (Re o σy en su formato inglés).
Se dice que son de baja resistencia si Re< 250MPa, resistencia media si
250<Re<750Mpa, alta resistencia si 750<Re<1500Mpa y muy alta
resistencia cuando Re>1500Mpa.
En la siguiente tabla
podemos ver distintos
valores de la resistencia
a tracción de distintos
materiales entre los que
podemos encontrar
diferentes aceros para
contrastarlos entre sí, y
respecto a otros
materiales:

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9. Medidas de seguridad.
Los cables de acero usados en los puentes deben cumplir un factor de
seguridad que varía entre 3-3,5 para cables principales en puentes
colgantes y 3-4 para tirantes o torones (trabajo estático). Éste factor es
la relación entre la resistencia a la ruptura mínima garantizada del cable
y la carga o fuerza de trabajo a la cual está sujeta.
Debido a la gran responsabilidad e importancia que tienen estos
elementos, se suelen hacer inspecciones generales cada 5-6 años, de
rutina cada 6-12 meses, o específica cuando se requiera, sobre todo
cuando ha prestado servicio durante mucho tiempo. En éstas se revela
el estado del cable por si es necesario cambiarlo, si es un cable
apropiado para la función que está desempeñando, o descubrir y
corregir fallos en el sistema.
Un ejemplo de técnica de inspección de puentes es cablescan que
genera y detecta ondas guiadas electromagnéticamente en materiales
ferromagnéticos.
Seguridad en el proceso7
:
 Antes de la fijación y tensado de cableado:
Si el proyecto lo permite, una medida para avanzar en la
construcción del tablero es usar pilas-pilotes provisionales bajo el
mismo. Más tarde, al fijar y tensar los cables, se produce a su
demolición.
 Tensado:
El tensado del cableado se puede realizar con gatos unifilar,
monocordón o múltiples. Para asegurar el equilibrio estructural, se
tensan en parejas simétricas en torno al pilón, tirante de retenida-
tirante a vano.
La isotensión, es otro método de tensado en el que se tensa cada
uno de los cables hasta que la tensión se iguala a la de los tensados
previamente. Para ello se utiliza un cordón de referencia en el que se
controla la carga en todo momento.
El tensado es una de las últimas partes del proceso constructivo.

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10. Innovaciones.
- Respecto a la protección del cableado, una técnica de vanguardia es
usar un revestimiento por extrusión de polietileno de alta densidad.
Esto le permite resistir al envejecimiento debido a la exposición a los
rayos ultravioleta. Para impedir cualquier circulación de agua, se
aplica cera petrolífera entre acero y vaina.
Para mejorar el perfil aerodinámico, se pueden emplear
dos crestas helicoidales alrededor de la superficie
exterior de la vaina que previenen la formación de un
hilo de agua en tiempo lluvioso, evitando la vibración de
los tirantes asociada a la acción combinada del viento y
de la lluvia.
Ésta técnica se ha usado en el cableado del viaducto de Millau.
Actualmente, se suele usar en muchos puentes como parte de una
triple protección: galvanizado, encerado y cobertura de polietileno.
Pintura inteligente. Se están pintando cables de puentes colgantes
con pinturas sensibles a las vibraciones, capaces de avisar cuando el
cable se empiece a dañar.
- Mantenimiento y materiales inteligentes: Una tendencia innovadora y
de futuro para tener un mayor control de calidad de la estructura es
el uso de sensores. Ya se conocen materiales estructurales que
responden de distinta manera según el esfuerzo a que se les somete,
aunque resultan demasiado caros. Buscando soluciones más
económicas, se han asociado a las armaduras de las estructuras de
hormigón armado unos pequeños sensores de un acero especial que
se magnetiza al tensionarlo. Midiendo la magnetización se puede
inferir el nivel de solicitación de la armadura. También se han usado
fibras ópticas para estos fines, dentro de ellas se embebe una red de
difracción que se deforma cundo se deforma la fibra. Los cambios que
se producen en la luz difractada permiten conocer la deformación de
la estructura. 8
- En 2015, una start-up holandesa MX3D expuso un método para
imprimir estructuras con acero9
. Aunque va a tener como objetivo
una pasarela peatonal para salvar un canal, puede resultar de
especial interés en un futuro para proyectos de mayores
dimensiones.

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- Respecto a estructura, también se presenta como innovación el uso
de vigas con fibra de carbono.10
También empleado en pasarelas:
- Como innovación relacionada con éstas infraestructuras como son los
puentes colgantes, los cuales requieren grandes cantidades de
hormigón, también añadimos una innovación más que consiste en la
adición de grafeno en el propio hormigón.11
Éste material tiene una alta resistencia a la tracción, punzonamiento
o el desgaste, con durezas de 200 veces la del acero. Puede
presentar una flexibilidad extra de un 45%, lo que sería relevante
frente a movimientos sísmicos gracias a su resistencia a la fatiga.
Al mejorar factores tan importantes como la resistencia a la
carbonatación, cloruros y sulfatos, el aditivo de grafeno logra que la
vida útil del hormigón aumente notablemente. 12
Como material composite que tendría una muy buena función en
revestimientos para proteger materiales.13
Mención especial a la empresa Española Graphenano que investiga
aplicaciones del grapheno en múltiples sectores de la industria, entre
ellos, el de la construcción.

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11. Referencias.
1
Conceptos generales en puentes:
(https://es.wikipedia.org/wiki/Puente)
2
Evolución de la resistencia del cableado: (Manuel Elices Calafat – Los
materiales)
3
Métodos de Obtención del Acero: (http://spain.arcelormittal.com/who-
we-are/management.aspx)
4
Reciclado y producción del acero: (http://www.lyrsa.es/blog/141-la-
cara-oculta-del-reciclaje-del-acero) //
(https://unesid.org/iris2013/IRISINFORMERECICLAJEACERO2013.pdf)
5
Designación del acero: (Pero Sanz Elorz - Aceros)
6
Normativa sobre cableado:
(http://www.aenor.es/aenor/normas/normas/fichanorma.asp?tipo=N&c
odigo=N0049164)
7
Procedimientos en el tensionado:
(https://www.belliscovirtual.com/puentes/2046-puentes-atirantados-
espanoles-2005-2010-procesos-constructivos.html)
8
Materiales inteligentes: (Maniel Elices Calafat – Los materiales)
9
Impresión de acero:
(https://elpais.com/tecnologia/2015/12/16/actualidad/1450269574_41
6701.html)
10
Uso de fibras de carbono:
(https://www.youtube.com/watch?v=i5QR11ajCLc)
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Grafeno en construcción:
(http://www.elmundo.es/economia/2015/11/24/56542ffcca474183438b
45f0.html) / (https://blogthinkbig.com/del-hormigon-al-grafeno-asi-
cambiara-la-arquitectura-los-proximos-anos)
13
Grafeno en composites:
(http://www.graphenanocomposites.com/contiene-grafeno/)