Figura 1. El puente sobre el río Arga de la A-12, en Puente la Reina (Navarra), de Javier Manterola, de 120 m de luz. https://www.hortacoslada.com/es/proyectos/puente-rio-arga/
El puente pórtico se caracteriza por ser un sistema estructural en el que el dintel trabaja en conjunto con las pilas, presentándose como un caso intermedio entre un puente arco y un puente viga. Estos puentes son reconocidos por su belleza estética. Al igual que los puentes de vigas, constan de un tablero y pilas, estando el tablero está sujeto a flexión. Sin embargo, a diferencia de los puentes de vigas, las pilas generan empujes horizontales significativos en los cimientos, lo que requiere un terreno resistente para minimizar los desplazamientos horizontales. En caso de que el terreno no cumpla con los requisitos adecuados, como en el caso de un terreno blando, las pilas pueden abrirse, colapsar o reducirse el empuje horizontal, lo que hace que la ley de momentos se asemeje nuevamente a la de una viga con dos apoyos.
El objetivo principal al emplear el sistema de aporticado es reducir los momentos flectores generados en el puente mediante el empotramiento parcial proporcionado por la rigidez de las pilas. Como resultado de esta configuración, se originan momentos negativos en la unión entre los pilares y el dintel. Al reducir los momentos máximos en el dintel, se pueden construir puentes con luces más amplias. No obstante, la unión rígida del tablero con los estribos o las pilas para formar pórticos plantea desafíos en términos de las fuerzas axiales generadas por las cargas térmicas y las reacciones horizontales que el sistema del pórtico ejerce sobre las cimentaciones.
Con el fin de evitar el desplazamiento horizontal de la base de las pilas, es esencial contar con un terreno capaz de soportar las reacciones horizontales. Este requisito implica que el dintel del puente esté sometido a compresión. Esta respuesta estructural se conoce comúnmente como efecto pórtico, que presenta ligeras diferencias respecto al efecto arco, donde todo el puente en arco se somete a compresión.
Figura 2. El viaducto Sfalassà es un viaducto de 254 metros de altura situado cerca de Bagnara Calabra, Calabria, Italia. https://es.wikipedia.org/wiki/Viaducto_Sfalass%C3%A0
Existen diferentes tipologías básicas de puentes pórtico, que se describen a continuación:
Pórtico de dos o tres vanos con pilares verticales y apoyos deslizantes en los estribos. Este tipo de estructura se utiliza cuando se requiere un gálibo muy estricto. Las pilas pueden dividirse en dos elementos en forma de V, lo que logra un resultado estético agradable y mayor esbeltez en el vano (Figura 3).
Pórtico en forma de “pi” de tres vanos con pilares inclinados y apoyos deslizantes en los estribos. Esta solución es típica para la construcción de pasos superiores de autopistas.
Pilas altas y flexibles, desde las cuales parten dos dinteles construidos mediante voladizos simétricos. Estos dinteles se unen en el centro de los vanos para formar pórticos. Normalmente, se emplean apoyos deslizantes en los estribos.
Figura 3. Nuevo puente de Anyos (Andorra, 2002). https://www.cfcsl.com/portfolio/nuevo-puente-de-anyos-andorra-2002/
La inclinación de las pilas en un puente pórtico cumple dos funciones principales. En primer lugar, reduce la longitud del vano central del dintel y, al mismo tiempo, introduce una importante componente axial en esa sección. Además, busca un mejor empotramiento en el vano central, lo cual se compensa mediante la continuidad de los vanos laterales del dintel. Cuando las pilas están inclinadas, la respuesta estructural se asemeja a la de un puente en arco con un tablero conectado al arco sin montantes intermedios. En realidad, la forma en que estas dos estructuras soportan las cargas es muy similar, y la distinción entre ellas es en gran medida arbitraria.
Por otro lado, si las pilas del puente pórtico son altas y esbeltas en comparación con la longitud del vano central, se reduce el empotramiento entre las pilas y el dintel. En este caso, el tablero funciona más como una viga continua apoyada en las pilas. En esta configuración, el efecto pórtico se reduce considerablemente, lo que implica una pérdida de la eficacia buscada en la estructura.
Si la unión entre las pilas y el dintel es de articulación simple, la deformación del tablero bajo cargas verticales será similar a la de una viga simplemente apoyada. En cambio, si la unión es empotrada, la deformación seguirá el patrón indicado en la Figura 4, y esto dependerá de si el terreno ejerce o no empujes horizontales.
Figura 4. En la izquierda el terreno no resiste los empujes horizontales, en la derecha, sí (Jurado, 2016).
En el caso de un puente pórtico biarticulado, la deformación se asemeja a la de una viga continua con tres vanos. El vano central corresponde a la longitud del pórtico, mientras que las luces de los vanos laterales representan la altura de las pilas. Se puede visualizar como si se hubiera dividido el pórtico en una viga recta apoyada en los puntos de unión entre la viga y el pilar, y en los extremos, sometida a la carga presente en el vano central. En este tipo de puente, se producen interacciones constantes entre el suelo y la estructura, similar a los puentes en arco. A medida que el puente disminuye de tamaño, estas interacciones se vuelven más significativas.
Referencias:
JURADO, C. (2016). Puentes (I). Evolución, tipología, normativa, cálculo. 2ª edición, Madrid.
MANTEROLA, J. (2006). Puentes II.Apuntes para su diseño, cálculo y construcción. Colección Escuelas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
El procedimiento consiste en fabricar o montar el tablero detrás del estribo y después empujarlo deslizándolo sobre las pilas hasta alcanzar su posición definitiva al llegar al otro estribo. Este tablero, también puede componerse mediante dovelas prefabricadas u hormigonadas “in situ”. El método del empuje ha permitido resolver satisfactoriamente la construcción de puentes sobre obstáculos importantes situados por debajo del tablero. Este procedimiento es particularmente ventajoso en los puentes muy largos, pues permiten aplicar la construcción industrializada -es rentable a partir de los 600 metros de longitud-.
Este sistema constructivo fue desarrollado en la segunda mitad del siglo XIX para ubicar en su situación definitiva grandes viaductos metálicos de celosía. De hecho, la ligereza de los tableros metálicos y mixtos es una ventaja sobre los de hormigón, mucho más pesados; sin embargo es habitual la construcción de estos puentes con hormigón pretensado. Los puentes de ferrocarril, en particular, son estructuras idóneas para construirlas mediante empuja, pues han de soportar, además de su peso propio, unas cargas de servicio elevadas que obligan a dimensionar secciones con una gran capacidad resistente. Al construir el puente, donde sólo actúa el peso propio, el exceso de capacidad puede aprovecharse sin sobredimensionar la estructura.
Pescante de lanzamiento en Papiol (Barcelona). http://www.cemetasa.com/
El primer viaducto de hormigón empujado fue el Puente de Ager en Austria en 1959, donde se usaban dovelas cortas prefabricadas; sin embargo, muchos autores citan el puente sobre el río Caroní (Venezuela), terminado en 1964, de Leonhardt y Baur como iniciadores de esta técnica con el hormigón. Posteriormente se consolidó el método de dovelas largas hormigonadas “in situ” en una instalación industrializada que se monta detrás del estribo, aunque sigue siendo habitual el empleo de dovelas de entre 10 y 25 metros de longitud, tanto fabricadas “in situ” como prefabricadas.
El campo de luces óptimo para los tableros empujados se encuentra entre los 30 y 60 metros, aunque de forma excepcional dicho intervalo se amplia desde los 20 a los 90 metros.
Muchas empresas españolas han realizado puentes empujados (Ferrovial, Dragados, FCC, etc.), y seguro que me dejo a alguien por nombrar. Como ejemplo de construcción de puentes empujados, os dejo un vídeo sobre la construcción de uno de los puentes más largos empujados del mundo. Lo construyó ACCIONA para el Ministerio de Transporte de Quebec (Canadá). La autopista consta de 42 kilómetros de longitud y dos carriles por sentido. La obra incluye la ejecución de dos puentes -uno de 1.860 metros sobre el río St.Lawrence y otro de 2.550 metros sobre el canal Beauharnois- el segundo puente empujado más largo del mundo; donde se ha conseguido superar la dificultad de la traza en cambio de altura y dirección horizontal. Os dejo un enlace a las características técnicas. Ha obtenido dos de los premios más relevantes del sector concesional el Gold Award concedido por The Canadian Council for Public-Private Partnerships y el North America Deal of the Year, por PFI.
Dejo aquí el cómo se realizó el lanzamiento en el viaducto de Millau.
Uno de los ingenieros que más contribuyó al desarrollo del hormigón armado, y que tuvo una actuación más destacada en el origen y desarrollo del hormigón pretensado, fue el francés Freyssinet. Sin embargo, no fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial cuando los puentes viga de hormigón pretensado adquirieron toda su potencia y desarrollo. El hormigón pretensado ha demostrado sus ventajas económicas y técnicas tanto para puentes de luces medias (vigas prefabricadas, por ejemplo), como en grandes luces (puentes empujados y atirantados, entre otros). El récord de luz mundial para un puente cajón de hormigón pretensado es de 330 m en Shibanpo (China), terminado en 2005.
Tal es la importancia de que el proceso constructivo de un puente sea sencillo y económico, que los puentes viga se clasifican en función de dichos procedimientos. En general se pueden construir los puentes “in situ”, con piezas prefabricadas, o de una forma mixta. Además, salvo que el puente sea muy pequeño, los puentes viga se construyen por partes, o bien en subdivisiones longitudinales (vigas independientes que se unen mediante una losa, por ejemplo) o en subdivisiones transversales (dovelas de sección completa, que dan lugar a una gran variedad de métodos constructivos).
Los procedimientos constructivos de los puentes viga de hormigón pretensado pueden clasificarse en: (a) construcción sobre cimbra, (b) construcción por voladizos sucesivos, y (c) construcción por traslación horizontal o vertical.
Os dejo a continuación un pequeño vídeo explicativo al respecto.
Las vigas artesa prefabricadas constituyen elementos de sección en forma de U abierta con alas hacia el exterior de la viga. Este tipo de estructuras supuso un salto tecnológico en la prefabricación de los años 80 del siglo XX. Conforman una sección celular cerrada, situada entre la sección en cajón y la doble T. Se emplean para luces de pilas entre 25 y 45 m con vanos simplemente apoyados, llegando hasta los 60 m con vanos en cantilever. Lo habitual es disponer un par de piezas en sección transversal, con separaciones entre 5,5 y 6,5 m, con anchos de tablero entre 11,0 y 14,0 m. Son habituales los cantos de 1/20 de la luz, con cantos típicos entre 0,80 y 2,60 m. También es una sección muy adecuada para tableros de puentes de AVE, con un ancho de tablero de 14,0 m.
La maniobra de colocación de este tipo de vigas requiere grúas de gran capacidad de carga y una perfecta coordinación para su puesta en obra. En el vídeo que os presento se puede ver el izado e instalación de una viga artesa típica. Hay que tener en cuenta que los pesos de estas piezas pueden llegar a más de 2300 kP/m, lo que supone izados del orden de 100 toneladas. En estos casos queda perfectamente justificada la optimización en coste y en peso de las piezas.
Referencias:
PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2018). An optimization-LCA of a prestressed concrete precast bridge.Sustainability, 10(3):685. (link)
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2013). Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing.Engineering Structures, 48:342-352. DOI:10.1016/j.engstruct.2012.09.014. ISSN: 0141-0296.(link)
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; LUZ, A. (2014). Diseño automático de tableros óptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos meméticos híbridos.Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 30(3), 145-154.DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rimni.2013.04.010. (link)
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement.Journal of Structural Engineering ASCE, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058
MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy.Journal of Cleaner Production, 120:231-240. (link)
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm.Automation in Construction, 49:123-134. DOI: 10.1016/j.autcon.2014.10.013 (link)
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. (link)
Viaducto St. Cloud, Francia – 2000. http://vslmex.com.mx/
En estos momentos es posible automatizar completamente el diseño óptimo de puentes usando algoritmos heurísticos. A continuación os dejo, en abierto, un capítulo de libro en el que se explica tanto la optimización de un puente de vigas artesas prefabricado como otro construido “in situ” como losa de hormigón postesado. Se trata de un trabajo incluido dentro del proyecto de investigación BRIDLIFE. Este tipo de técnicas acabarán imponiéndose en unos años en los paquetes informáticos de cálculo. Sin embargo, resulta muy importante resaltar que el proyectista es el que tiene la última palabra en el diseño.
Referencia:
Martí, J.V.; Alcalá, J.; García-Segura, T.; Yepes, V. (2016). Heuristic design of a precast-prestressed concrete U-beam and post-tensioned cast-in-place concrete slab road bridges. In: Hernández, S.; Brebbia, C.A.; de Wilde, W.P. (eds.), High Performance and Optimum Design of Structures and Materials II. WIT Transactions on The Built Environment, Vol. 166. WIT Press, pp. 17-28. ISBN: 978-1-78466-143-4.
Analogía entre la improvisación musical y la optimización en ingeniería. Fuente: http://www.hindawi.com/journals/jam/2012/147950/fig1/
El proceso de improvisación musical supone una organización coherente de los sonidos y los silencios que da los parámetros fundamentales de la música, que son la melodía, la armonía y el ritmo. La simulación del proceso de improvisación musical puede servir a los calculistas de estructuras como inspiración en el diseño de algoritmos que permitan optimizar, por ejemplo, un puente. En esta comparación, el conjunto de músicos se podría asimilar a las variables de decisión; el rango de afinación, al rango de valores; la armonía; la estética, a la función objetivo; la práctica, a la iteración y la experiencia, a la matriz de memoria. A este algoritmo heurístico se le denomina harmony search.
En este post os dejo el resumen, la referencia y el enlace a un artículo que acaban de publicarnos en la revista Engineering Structures donde aplicamos esta metodología en la optimización sostenible del diseño de una pasarela peatonal formada por una viga cajón postesada. Esta investigación está financiada dentro del Proyecto HORSOST (BIA2011-23602) financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación.
Resumen: Este artículo tiene como objetivo el diseño sostenible de puentes viga peatonales de hormigón postesado de sección en cajón. Para ello se utiliza un algoritmo heurístico híbrido de búsqueda armónica (hybrid harmony search) con la aceptación por umbrales para encontrar la geometría y los materiales necesarios para que la suma de los costos y la huella de carbono sea lo más baja posible, cumpliendo con todas las restricciones de seguridad estructural y durabilidad. Para ajustar los parámetros del algoritmo se utilizó la metodología del diseño de experimentos. Se realizó asimismo un estudio paramétrico en pasarelas de 90 a 130 m de luz. Los resultados encontrados indican que la optimización con ambas funciones objetivo conducen a resultados similares en coste, si bien con soluciones diferentes. Los resultados sugieren que la reducción en las emisiones de CO2 conllevan mayores cantos, más pretensado y menores resistencias características del hormigón empleado. La metodología presentada supone una propuesta detallada de las reglas de predimensionamiento de este tipo de estructuras teniendo en cuenta un enfoque medioambiental.
Vista inferior del Pont Antig Regne de València, de Salvador Monleón. Imagen: V. Yepes (2013)
En esta entrada continuamos divulgando los aspectos básicos de la construcción de puentes viga de hormigón pretensado, a partir de otros artículos anterioresanteriores sobre esta misma temática.
Uno de los ingenieros que más contribuyó al desarrollo del hormigón armado y que tuvo una actuación más destacada en el origen y desarrollo del hormigón pretensado fue el francés Freyssinet. Sin embargo, no fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial cuando los puentes de hormigón pretensado adquirieron toda su potencia y se desarrollaron. El hormigón pretensado ha demostrado sus ventajas económicas y técnicas tanto para puentes de luces medias (vigas prefabricadas, por ejemplo) como para grandes luces (puentes empujados y atirantados, entre otros). El récord mundial de luz para un puente en cajón de hormigón pretensado es de 330 metros en Shibanpe (China), terminado en 2005.
Tal es la importancia de que el proceso de construcción de un puente sea sencillo y económico, que los puentes viga se clasifican en función de dichos procedimientos. En general, se pueden construir los puentes in situ, con piezas prefabricadas o de forma mixta. Además, salvo que el puente sea muy pequeño, los puentes viga se construyen por partes, bien en subdivisiones longitudinales (vigas independientes que se unen mediante una losa, por ejemplo) o en subdivisiones transversales (dovelas de sección completa, que dan lugar a una gran variedad de métodos constructivos).
Los procedimientos constructivos de los puentes viga de hormigón pretensado se pueden clasificar en: (a) construcción sobre cimbra, (b) construcción por voladizos sucesivos y (c) construcción por traslación horizontal o vertical.
1. Construcción sobre cimbra
Un puente viga de hormigón pretensado puede construirse sobre una cimbra hormigonando «in situ» o bien con dovelas prefabricadas. Las cimbras pueden apoyarse directamente sobre el suelo o ser cimbras móviles autoportantes.
La cimbra también puede emplearse en la construcción con dovelas prefabricadas. Las dovelas se montan sobre la cimbra y se unen entre sí mediante juntas húmedas (ejecutadas con mortero) o bien juntas secas (adosando las dovelas y pegándolas normalmente con resina epoxi). Posteriormente, se solidarizan las piezas mediante un pretensado.
Las luces cubiertas por la construcción sobre cimbra oscilan entre 20 y 50 metros. Por encima de los 20 metros, se recomienda reducir el peso propio de la losa con voladizos laterales o con aligeramientos. Por encima de los 25 metros, sería conveniente adoptar una variación longitudinal de la inercia. Por encima de los 20 metros, la competitividad frente a las vigas prefabricadas solo se justifica si las condiciones de ejecución permiten abaratar el encofrado. Se pueden alcanzar mayores luces (por encima de los 100 metros) con losas hormigonadas «in situ» de secciones en cajón.
1.1 Cimbra apoyada sobre el terreno
Cimbra de losa de puente pretensado apoyada sobre el terreno
En la actualidad, se utilizan encofrados metálicos reutilizables, de fácil montaje y desmontaje. En el caso de cimbras altas, se emplean apoyos de gran capacidad y vigas trianguladas de gran canto. Se trata de cimbras huecas que permiten el paso de vehículos durante la construcción del puente. Las losas aligeradas construidas sobre cimbra convencional tienen un campo económico de luces entre los 10 y 40 metros. Con sección celular, el campo óptimo oscila entre los 30 y los 90 metros.
1.2 Cimbras autoportantes
Las cimbras autoportantes suelen utilizarse en puentes con muchos vanos de luces moderadas. Se trata de una viga metálica que se apoya en las pilas del puente y que permite construir completamente uno o varios vanos. Posteriormente, la cimbra se traslada horizontalmente y se apoya en las pilas del puente hasta el vano siguiente. Este procedimiento permite un ritmo de construcción elevado, similar al de las vigas prefabricadas.
Cimbra autoportante lanzadora de vigas
En ocasiones, se ha sustituido la viga auxiliar bajo el tablero por un procedimiento de suspensión con pórticos móviles. La secuencia de las operaciones requiere que la parte trasera del pórtico de avance esté apoyada sobre el tablero construido previamente, y que el otro apoyo se encuentre en la pila siguiente, sobre una base provisional que se suprime posteriormente y se hormigona con el tablero. La viga central de todo el conjunto se extiende sobre dos tramos completos para facilitar el avance por etapas.
La amortización de estos medios exige aproximadamente cuatro usos de los mismos en obras de similares características con longitudes superiores a los 300 metros, aunque el contratista también tiene la opción de alquilar estos equipos posteriormente.
La principal ventaja de este sistema frente al de avance por voladizos sucesivos es que permite ahorrar en pretensado al no crear en la estructura construida esfuerzos de voladizo durante las sucesivas fases de la obra.
Los vanos abordables por este método oscilan alrededor de los 40 metros, para conseguir resultados económicamente competitivos. Se puede duplicar la luz empleando atirantamientos o apoyos provisionales intermedios.
2 Construcción por voladizos sucesivos
La construcción por dovelas, prefabricadas o ejecutadas «in situ», que avanzan en voladizo sobre las ya erigidas, es un procedimiento muy adecuado para las grandes luces o cuando las pilas son muy altas. Las dovelas prefabricadas se izan con medios de elevación potentes y se unen a las anteriores. Si se ejecutan in situ, existe un carro de avance que se apoya en las dovelas anteriores. La estabilidad de cada etapa se asegura con el pretensado de cables.
El primer puente construido mediante voladizos sucesivos fue el de Santa Catalina, sobre el río Peixe, cerca de Herval (Brasil), en el año 1931. Su autor fue el ingeniero Baumgarten. Se trata de un puente de hormigón armado de dintel continuo de tres vanos, con 68 metros de luz en el central. En 1951, Finsterwalder aplicó esta tecnología, que ya incluía el pretensado, en el puente de Balduinstein, sobre el río Lahn, con 62,10 metros de luz libre. En España, esta tecnología se empleó por primera vez en los puentes de Almodóvar (1962) y Castejón (1968), según aparece en Fernández Casado et al. (1970).
En la construcción con dovelas prefabricadas se pueden distinguir tres etapas (ver Pérez Fadón, 1990). La primera generación, de los años sesenta, se caracteriza por el uso de juntas de mortero de cemento, llave única a cortante y cables anclados en la propia junta. La segunda se caracteriza por la prefabricación conjunta, el empleo de resinas epoxi en las juntas, las llaves múltiples para el cortante y el anclaje de los cables en el interior de la dovela en unos bloques dispuestos al efecto. La tercera generación, iniciada en Francia, emplea el pretensado exterior y las almas de celosía (puente de Bubiyán en Kuwait, 1983).
La construcción por voladizos sucesivos puede realizarse con una única dirección de avance, la denominada construcción evolutiva, o bien con crecimiento simétrico del tablero a ambos lados de las pilas, voladizos compensados. En el primer caso, se suprime uno de los inconvenientes de la progresión simétrica del tablero, con la consecuente multiplicación de equipos (uno por cada frente de avance) o su traslado.
El campo habitual de aplicación de los puentes construidos por voladizos sucesivos abarca luces de entre 50 y 150 metros. Sin embargo, y de forma excepcional, pueden encontrarse puentes con luces de 250 metros construidos por voladizos sucesivos con dovelas atirantadas de forma provisional. Entre los 30 y 50 metros de luz, tampoco es muy habitual. A partir de los 200 metros, los puentes atirantados entran en competencia.
3 Construcción por traslación horizontal o vertical
Se construye el puente, total o parcialmente, fuera de su posición definitiva y después se traslada a su posición final. Dentro de esta familia de procedimientos constructivos, se puede distinguir la construcción de puentes con vigas prefabricadas, los puentes empujados, los puentes girados y los trasladados por flotación. Asimismo, una vez colocada una parte del puente en su posición definitiva, este puede servir de apoyo para completar la sección mediante la construcción in situ o con elementos prefabricados del resto de elementos (por ejemplo, el hormigonado de la losa sobre vigas prefabricadas).
3.1 Puentes de vigas prefabricadas
La industrialización de la fabricación de vigas de hormigón pretensado permite la construcción de puentes de tramos simples. Se trata de vigas de sección normalmente en T, en I o incluso en cajón, que permiten un intervalo amplio de luces. Los cantos de estas secciones varían según la luz y la disponibilidad de elementos prefabricados en el mercado, entre L/18 y L/23. La luz óptima se sitúa entre los 30 y 40 metros, puesto que por encima de los 50 metros los medios auxiliares de colocación deben estar ampliamente sobredimensionados. De forma excepcional, podría llegarse a los 70 metros de luz. Esta tipología resulta de gran interés cuando el número de vigas a colocar es elevado (al menos 40).
Puente de vigas prefabricadas
Sobre las vigas prefabricadas se coloca una losa de entre 15 y 20 cm de espesor. Este elemento, además de aumentar el tamaño de la sección, cumple la función de rigidizar la superestructura en sentido vertical para repartir las cargas y en sentido horizontal para evitar movimientos relativos entre las vigas y hacer las veces de diafragma rígido. Estas losas se construyen normalmente in situ, aunque también pueden ser prefabricadas (ver Burón et al., 2000).
En ocasiones, también se necesita un diafragma que proporcione rigidez lateral a las vigas y a la superestructura en general. Estos se colocan en los extremos del puente y en puntos intermedios. Los diafragmas intermedios tienen como función primordial restringir el pandeo lateral de las vigas principales, garantizando el trabajo en conjunto y un adecuado funcionamiento a flexión.
Para luces muy pequeñas (inferiores a 8 metros), pueden emplearse vigas prefabricadas de sección rectangular aligerada. Con luces entre 6 y 20 metros, las vigas de sección en «pi» son el tipo de sección óptimo. Cuando las luces están comprendidas entre los 10 y 25 metros, la sección T es muy efectiva. Para luces mayores, son más eficientes las secciones en I (rango útil entre 15 y 35 metros) o en cajón con aletas (entre 20 y 40 metros).
En particular, las vigas en cajón con alas o voladizos laterales deben su gran eficiencia a los siguientes factores: (1) una mayor rigidez torsional que, en la mayoría de los casos, evita el uso de diafragmas intermedios; (2) un ancho inferior que permite albergar más torones y, así, proporcionar una mayor excentricidad al pretensado, lo que aumenta los esfuerzos y el momento resistente de la sección; (3) la presencia de las alas elimina la necesidad de usar una cimbra para hormigonar la losa, lo que permite un canto menor (unos 15 cm) en comparación con el requerido por una viga I (unos 18 cm).
Las secciones prefabricadas tipo cajón de grandes dimensiones, de una sola pieza o en dovelas, son muy eficientes debido a su bajo peso y a su rigidez. Estas secciones se emplean en puentes atirantados y empujados. En ocasiones, presentan un doble pretensado, uno longitudinal y otro transversal, este último para resistir la flexión de las alas.
Las vigas prefabricadas también pueden dar lugar a tipologías hiperestáticas si se les da continuidad mediante un postesado posterior que las una al resto de la estructura. Por ejemplo, en un tramo de 58 metros de luz, se utilizaron vigas prefabricadas en cajón para un tramo de tren de alta velocidad (Millanes et al., 2002).
3.2 Tableros empujados
El procedimiento consiste en fabricar o montar el tablero detrás del estribo y, a continuación, empujarlo deslizándolo sobre las pilas hasta alcanzar su posición definitiva al llegar al otro estribo. Este tablero también puede estar compuesto por dovelas prefabricadas u hormigonadas in situ. El método del empuje ha permitido resolver satisfactoriamente la construcción de puentes sobre obstáculos importantes situados por debajo del tablero. Este procedimiento es particularmente ventajoso en los puentes muy largos, pues permite aplicar la construcción industrializada. Según Pérez-Fadón (2004), esta es rentable a partir de los 600 metros de longitud.
Puente construido por empuje
Este sistema constructivo fue desarrollado en la segunda mitad del siglo XIX para ubicar en su situación definitiva grandes viaductos metálicos de celosía. De hecho, la ligereza de los tableros metálicos y mixtos es una ventaja frente a los de hormigón, mucho más pesados. Sin embargo, es habitual la construcción de estos puentes con hormigón pretensado. En particular, los puentes de ferrocarril son estructuras idóneas para construirlas mediante empuje, pues han de soportar, además de su peso propio, unas cargas de servicio elevadas que obligan a dimensionar secciones con una gran capacidad resistente. Al construir el puente, en el que solo actúa el peso propio, es posible aprovechar el exceso de capacidad sin sobredimensionar la estructura.
El primer viaducto de hormigón empujado fue el Puente de Ager, en Austria, terminado en 1959, donde se usaban dovelas cortas prefabricadas. Sin embargo, muchos autores citan el puente sobre el río Carona (Venezuela), terminado en 1963, de Leonhardt y Baur como iniciadores de esta técnica con el hormigón. Posteriormente, se consolidó el método de dovelas largas hormigonadas «in situ» en una instalación industrializada que se monta detrás del estribo, aunque sigue siendo habitual el empleo de dovelas de entre 10 y 25 metros de longitud, tanto fabricadas «in situ» como prefabricadas.
Millanes y Matute (1999) describen la construcción de un viaducto con un tramo continuo singular compuesto por dos vanos de 40 metros y un vano central de 80 metros que se construyó mediante el lanzamiento de las vigas con un carro. Se emplearon dos pilas provisionales y se tesó la losa para darle continuidad antes de eliminar dichas pilas.
El campo de luces óptimo para los tableros empujados se encuentra entre los 30 y 60 metros, aunque, de forma excepcional, dicho intervalo se amplía desde los 20 a los 90 metros.
3.3 Puentes girados
Constituye una alternativa a la traslación longitudinal del tablero, en la que el giro se efectúa tras construir el puente, generalmente en la orilla de un río. Una opción consiste en construir un semipuente en cada lado y luego girarlos sobre las pilas hasta situarlos en prolongación y cerrar la clave, o bien construir la totalidad en una orilla y girarlo apoyando la punta en una barcaza o llevándolo en voladizo.
3.4 Puentes trasladados por flotación
Supone un método constructivo empleado con frecuencia en zonas marítimas o grandes ríos. Consiste en trasladar las vigas por flotación y luego izararlas con grandes grúas flotantes o con gatos.
Con este procedimiento se han elevado grandes vigas, como en el caso del puente Nanco del puerto de Osaka (Japón): un puente cantilever construido en 1974 con una viga central de 186 metros y 4500 toneladas, que se llevó por flotación y se elevó mediante cables. El puente de Ohshima, también en Japón, es una viga continua triangulada de 200+325+200 metros de luz, una de las mayores del mundo, que se montó en tres partes mediante unas grúas flotantes gigantes con capacidad de 3000 toneladas, empalmándose in situ.
Sin embargo, las obras de hormigón pretensado se reducen a vanos de 56 metros de luz y 22 metros de ancho, como el cajón bicelular de los vanos laterales del viaducto Jamestown-Verrazzano, en Rhode Island (Estados Unidos). En primer lugar, se montaba la dovela sobre la pila y, después, el vano completo, subiéndolo mediante gatos de pretensado.
Referencias
AGUILÓ, M. (2003). Cien años de diseño de puentes. Revista de Obras Públicas, 3438: 27-32.
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Paso superior de hormigón postesado en Liria (Valencia)
Con este post continuamos una serie iniciada con el predimensionamiento de muros que puede servir para encajar presupuestos y soluciones iniciales para el caso de puentes losa pretensados empleados en carreteras (ya publicamos dos posts sobre historia y construcción de puentes viga). Para más adelante dejaremos más información sobre puentes losa pretensados macizos o bien otros empleados para ferrocarriles. Una información en detalle de estos aspectos la podéis consultar en la publicación de Yepes et al (2009).
Los tableros losa construidos “in situ” mediante cimbra se utilizan para luces cortas y medias, en torno a 30 m, pero que pueden alcanzar los 50 ó 60 m. Esta tipología, según indica Manterola (2006) representa un compromiso entre la facilidad constructiva y las condiciones resistentes. La supresión de juntas, la reducción de momentos flectores principales cuando el tablero es continuo y una mayor libertad en forma y en la colocación de las pilas son algunas de las ventajas de estas estructuras frente a las prefabricadas de vigas. Los puentes losa suelen proyectarse en tramos continuos hiperestáticos, en hormigón pretensado casi siempre. El encofrado normalmente se fabrica para cada tablero, por lo que se adaptan a cualquier trazado, prestándose a diseños más cuidados. La estética constituye, además, un aspecto importante, pues con frecuencia son las únicas obras visibles para el usuario que circula bajo ellas.
