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Aplicabilidad de la construcci贸n de puentes empujados

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Construcci贸n del viaducto de Millau (Francia) mediante empuje de su tablero

El procedimiento de empuje consiste en fabricar o montar el tablero detr谩s del estribo en un parque fijo y despu茅s trasladarlo longitudinalmente sobre las pilas, por fases sucesivas, hasta alcanzar su posici贸n definitiva al llegar al otro estribo, sin necesidad de cimbras. El tablero desliza con gatos sobre estribo y pilas, con ayuda de un pico de lanzamiento. Para que el procedimiento sea efectivo, el puente necesita un tablero de canto constante y un trazado en planta recto y pendiente nula o ascendente, sin embargo con los actuales sistemas de retenida, se permiten pendientes descendentes y alineaciones circulares. Otro trazado, imposibilita que cualquier parte del puente pase durante la traslaci贸n por los mismos puntos, complicando la ejecuci贸n. Al principio el procedimiento se utiliz贸 con tableros met谩licos, pero hoy se aplica tambi茅n a cajones de hormig贸n.

Las solicitaciones propias del empuje requieren secciones en caj贸n con cantos importantes y constantes, en torno a relaciones canto/luz de 1/10 a 1/15. El procedimiento constructivo provoca una ley de momentos flectores con valores muy altos cuando est谩 el vano entero en voladizo. Para reducir el peso del tablero, se dispone de un pico de avance o nariz met谩lica en la parte delantera del dintel del tablero.

Este sistema requiere de medios auxiliares de coste elevado y proporciona buenas calidades de ejecuci贸n al agrupar todas las operaciones en una zona espec铆fica. Su ventaja econ贸mica reside en preparar un parque de fabricaci贸n fijo, en el eje del puente, donde poder realizar una dovela de 10 a 25 m de longitud. En el caso de dovelas de hormig贸n, se realiza un pretensado inicial para absorber los esfuerzos del lanzamiento y se deja en una segunda fase el pretensado definitivo para soportar las cargas de servicio. Cada segmento normalmente se completa su ejecuci贸n en una semana. Posteriormente se consolid贸 el m茅todo de dovelas largas hormigonadas 鈥in situ鈥 en una instalaci贸n industrializada que se monta detr谩s del estribo, aunque es habitual seguir con el empleo de dovelas. Existe la posibilidad de fabricar y empujar desde un solo lado o desde los dos lados del puente. El m茅todo del empuje ha permitido resolver satisfactoriamente la construcci贸n de puentes sobre obst谩culos importantes situados por debajo del tablero, pues no necesita del cimbrado.

Esquema del proceso del lanzamiento del tablero de un puente

Esquema del proceso del lanzamiento del tablero de un puente

El empuje de puentes se desarroll贸 en la segunda mitad del siglo XIX para ubicar en su situaci贸n definitiva grandes viaductos met谩licos de celos铆a. De hecho, la ligereza de los tableros met谩licos y mixtos es una ventaja sobre los de hormig贸n, mucho m谩s pesados; sin embargo es habitual la construcci贸n de estos puentes con hormig贸n pretensado. Los puentes de ferrocarril, en particular, son estructuras id贸neas para construirlas mediante empuja, pues han de soportar, adem谩s de su peso propio, unas cargas de servicio elevadas que obligan a dimensionar secciones con una gran capacidad resistente. Al construir el puente, donde s贸lo act煤a el peso propio, el exceso de capacidad puede aprovecharse sin sobredimensionar la estructura.

El primer viaducto de segmentos de hormigones prefabricados empujados fue el Puente de Ager en Austria en 1959, donde se usaban dovelas cortas prefabricadas; sin embargo, muchos autores citan el puente sobre el r铆o Caron铆 (Venezuela), con un vano principal de 96 m y terminado en 1964, de Leonhardt y Baur como iniciadores de esta t茅cnica con el hormig贸n. En este caso se utilizaron pilas intermedias para el lanzamiento para reducir la luz de lanzamiento. Este procedimiento encarece la construcci贸n, pues no tiene sentido que las pilas provisionales no queden definitivas. S贸lo podr铆a plantearse el uso de una sola pila provisional en el caso de una luz de empuje extraordinaria. En Espa帽a, el primer puente empujado de hormig贸n se construy贸 en 1972 en la l铆nea f茅rrea Almer铆a-Linares, sobre el r铆o Andarax (Almer铆a), con un vano principal de 42,5 m.

Primer y Segundo Puente sobre el r铆o Caroni (Venezuela). Dise帽ado por F. Leonhardt y H. Baur. Terminado en 1963, une San F茅lix y Puerto Ordaz

Primer y Segundo Puente sobre el r铆o Caroni (Venezuela). Dise帽ado por F. Leonhardt y H. Baur. Terminado en 1963, une San F茅lix y Puerto Ordaz

Es un sistema costoso que s贸lo resulta de inter茅s econ贸mico para longitudes de puente superiores a 300 鈥 400 m (Ministerio de Fomento, 2000). Este procedimiento presenta ventajas claras en los puentes muy largos, pues permiten aplicar la construcci贸n industrializada -seg煤n P茅rez-Fad贸n (2004), es rentable a partir de los 600 m de longitud-, o bien se reutilice en varios puentes. Fuera de estos rangos, los medios auxiliares no se amortizan suficientemente.

El campo de luces 贸ptimo para los tableros empujados se encuentra entre los 30 y 50 m, aunque de forma excepcional dicho intervalo se ampl铆a desde los 25 a los 100 m. Normalmente, cuando se requieren luces altas, por encima de 50 m, se requieren apoyos o atirantamientos provisionales. Se han empleado luces de empuje superiores, por ejemplo en el acueducto de Alcanadre, de J. Manterola y L.F. Troyano, con una luz de 60 m debido a que el dintel debe soportar la sobrecarga del agua, lo que permite una mayor luz 贸ptima.

En el caso de una luz muy grande, se puede construir el puente realizando un lanzado desde ambos apoyos y terminando en el centro de la luz con dos voladizos convergentes. Por ejemplo, Millanes y Matute (1999) describen la construcci贸n de un viaducto con un tramo continuo singular compuesto por dos vanos de 40 m y un vano central de 80 m que se construy贸 mediante lanzamiento de las vigas mediante un carro. Se emplearon dos pilas provisionales y se tes贸 la losa para darle continuidad antes de eliminar dichas pilas.

El empuje de puentes entra en competencia con la construcci贸n de tramos sucesivos con autocimbra. Por debajo de 30 m existen autocimbras en alquiler que abaratan los costes respecto a los puentes empujados. Sin embargo, por encima de dicho l铆mite, los costes de la cimbra autoportante empiezan a crecer exponencialmente, quedando en desventaja por encima de 100 m. Por otra parte, las cimbras desmontables, con o sin pila auxiliar intermedia, compiten cuando existen luces repetitivas y un gran n煤mero de vanos, especialmente en puentes de baja altura y terrenos poco abruptos. El procedimiento de la cimbra autoportante presenta claras ventajas en puentes muy largos, donde se amortizan bien los medios auxiliares. Adem谩s, es un procedimiento que permite cualquier geometr铆a en planta del puente, frente a los empujados.

Os paso una animaci贸n en 3D de Octavio Martins聽que explica muy bien el procedimiento constructivo. Espero que os sea 煤til.

Tambi茅n la empresa ULMA nos ofrece una animaci贸n de estas caracter铆sticas.

Referencias:

MILLANES, F.; MATUTE, L. (1999). Viaducto sobre el r铆o Lambre. Hormig贸n y Acero, 213: 33-39.

MINISTERIO DE FOMENTO (2000). Obras de paso de nueva construcci贸n. Conceptos generales. Madrid, 94 pp.

P脡REZ-FAD脫N, S. (2004). Construcci贸n de viaductos para l铆neas de FFCC. Tableros empujados. Revista de Obras P煤blicas, 3445: 47-52.

4 febrero, 2016
 
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La visi贸n personal de Javier Manterola de los puentes

ManterolaEl Grupo Espa帽ol de IABSE (International Association for Bridge and Structural Engineering) organiz贸, en colaboraci贸n con la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid 鈥 UPM, el Workshop on Bridge Design 2015, WoBD2015. Gracia a ello tenemos la ocasi贸n de poder escuchar a Javier Manterola dando su visi贸n personal sobre los puentes. Espero que os guste el v铆deo.

 

2 febrero, 2016
 
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Puente sobre el r铆o Caron铆, primer puente empujado de hormig贸n pretensado

Puente sobre el r铆o Caron铆 entre San F茅lix y Puerto Ordaz, Venezuela. Vanos de 96 m de luz, 1963. Leonhardt & Andr盲.

Caron铆 es uno de los 11 municipios Venezuela ubicado en el extremo norte del mismo.聽Su capital es聽Ciudad Guayana, la m谩s importante de toda la regi贸n guayanesa al sur del r铆o Orinoco.聽En el primer puente empujado de hormig贸n pretensado, el del Caroni entre Puerto Ordaz y San F茅lix, en Venezuela, con vanos de 94 m, Leonhardt y Baur utilizaron pilas intermedias para el lanzamiento para reducir la luz de lanzamiento. Este procedimiento encarece la construcci贸n, pues no tiene sentido que las pilas provisionales no queden definitivas.聽El procedimiento de constructivo de puentes mediante lanzamiento es competitivo con luces de hasta 60 鈥 70 m, siempre que la longitud total del puente sea de, al menos, 600 a 700 m. Fuera de estos rangos, los medios auxiliares no se amortizan suficientemente.聽Os dejo una pel铆cula, algo antigua, tomada durante la construcci贸n del puente Dalla Costa sobre el r铆o Caron铆, que muestra todo el proceso seguido desde el inicio de la construcci贸n en el a帽o 1962 hasta su finalizaci贸n en 1964. Tiene inter茅s por su valor hist贸rico.

(m谩s…)

1 febrero, 2016
 
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Cimbras cuajadas en la construcci贸n de puentes

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Cimbra T-60, ULMA

Las cimbras cuajadas se utilizan cuando no existen obst谩culos topogr谩ficos, de capacidad portante del terreno, paso de veh铆culos o corrientes de agua. A diferencia de las cimbras di谩fanas, las cuajadas presentan la ventaja de distribuir las cargas de forma m谩s uniforme sobre el terreno. Se emplean habitualmente en alturas de hasta 6 o 7 m, no siendo econ贸micas cuando las alturas de rasante son excesivas, por encima de 20 鈥 30 m, en cuyo caso se recurren a torres y cuchillos met谩licos.

El sistema m谩s habitual de cimbra cuajada es la cimbra tubular, con torres de planta triangular o cuadrangular que cubren toda la planta del tablero. Los perfiles de las barras son tubos huecos, mont谩ndose cada torre a partir de m贸dulos planos que se enganchan por las esquinas. Adem谩s, para garantizar la estabilidad de la cimbra, se hace necesario colocar barras de arriostramiento longitudinales y transversales para unir las distintas torres.

Cimbra

Para que las torres est茅n perfectamente aplomadas, se calzan los pies usando para ello tablones, tarugos y cu帽as. Las placas de los pies de las torres llevan agujeros para clavarlas a los tablones que sirven de base o a las cu帽as. Tambi茅n suelen llevar tornillos de nivelaci贸n para ajustar la altura del pie.

En la parte superior de la torre se disponen husillos, que son piezas en U que reciben los largueros de madera del encofrado. Los usillos se conectan a la torre mediante tornillos de nivelaci贸n para conseguir la geometr铆a de cotas del tablero. Los husillos bajan para descimbrar la losa una vez se ha realizado el pretensado. No se suelen dar contraflechas debido a que las flechas de peso propio y del pretensado son muy parecidas.

Os dejo un v铆deo聽explicativo que espero os sea 煤til.

31 enero, 2016
 
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Apoyos deslizantes para el lanzamiento de puentes

apoyo deslizante

Apoyo deslizante, con almohadillas de neopreno-tefl贸n. Fuente: 脫scar Ramos, 2010

El procedimiento de tableros empujados consiste en fabricar o montar el tablero detr谩s del estribo y despu茅s empujarlo desliz谩ndolo sobre las pilas hasta alcanzar su posici贸n definitiva al llegar al otro estribo. Para que ello sea posible, el tablero del puente debe deslizarse en todos los puntos donde se apoya, ya sean pilas, estribos o en el parque de fabricaci贸n. Estos apoyos, que en principio eran rodillos, hoy son de neopreno-tefl贸n, que ofrecen poca fricci贸n y una excelente distribuci贸n de las cargas verticales. Los apoyos pueden ser provisionales o definitivos. Los primeros se usan sobre apoyos auxiliares o en el parque de fabricaci贸n. Sobre las pilas pueden ser tambi茅n provisionales, en cuyo caso se sustituyen posteriormente, o bien definitivos, con un segundo nivel deslizante que se utiliza durante el lanzamiento del tablero.

Apoyo

Apoyos de neopreno-tefl贸n. Fuente: http://nisee.berkeley.edu/leonhardt/html/incrementally_launched_bridges.html

El apoyo provisional se monta sobre un bloque de hormig贸n de unos 15-35 cm de espesor, fuertemente armado y nivelado. Sobre el hormig贸n se dispone una chapa de acero inoxidable pulida y plana sobre la que se disponen las almohadillas de neopreno-tefl贸n, de 10-13 mm de espesor. El tefl贸n se apoya sobre el acero inoxidable y el neopreno contacta con el tablero. Adem谩s, el apoyo dispone de una gu铆a lateral, tambi茅n con almohadillas de neopreno-tefl贸n, que encarrila al tablero en su movimiento longitudinal.

El movimiento del tablero arrastra la almohadilla, que cae por delante y se vuelve a introducir por detr谩s. Esta operaci贸n se realiza manualmente, por lo que se debe prestar especial atenci贸n a los posibles errores durante las 2-3 horas que dura la operaci贸n del lanzamiento del tramo correspondiente.

El coeficiente de rozamiento entre la almohadilla y el acero inoxidable, en el momento del arranque, puede llegar al 5% en tiempo fr铆o, pero una vez en movimiento, baja al 3-3,5%. Para reducir la carga horizontal sobre el apoyo, se reducen al m谩ximo las almohadillas, pues el rozamiento se reduce con la presi贸n. Para soportar la carga vertical, se zuncha intensamente el neopreno para soportar unos 20 MPa. Adem谩s, conviene lubricar las almohadillas con silicona y mantenerlas limpias, con lo que se puede bajar el rozamiento al 1-2%.

Los apoyos provisionales se sustituyen por los definitivos subiendo el tablero con gatos. Esto mismo se debe hacer incluso cuando los apoyos deslizantes son definitivos, puesto que se debe bloquear el nivel de deslizamiento usado durante el lanzamiento, quitar las almohadillas y soldar la parte superior del apoyo a chapas met谩licas dejadas en el tablero.

Os dejo a continuaci贸n un v铆deo donde se observa el lanzamiento del tablero.

30 enero, 2016
 
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Construcci贸n de puentes en arco por abatimiento de semiarcos

Imagen1El procedimiento consiste en construir los arcos verticalmente y luego abatirlos con ayuda de tirantes y cabrestantes con un giro alrededor de su extremo inferior. El giro se ve favorecido por el peso del semiarco, aunque al principio es necesario desplazarlo con unos cilindros hidr谩ulicos horizontales. Luego las retenidas deben controlar el descenso, donde los semiarcos presentan esfuerzos flectores crecientes con su proyecci贸n horizontal. Este tipo de montaje supone importantes retenidas y r贸tulas de giro que pueden ser incompatibles con grandes luces, por lo que para estos casos se usan arcos met谩licos, que incluso pueden quedar embebidos como autocimbras.

Cuando se construyen arcos de hormig贸n, los encofrados se sit煤an casi en vertical, lo que permite un ahorro considerable en cimbras. Lo habitual es construir dos semiarcos que se cierran en clave al alcanzar su posici贸n definitiva, pero tambi茅n se puede abatir una longitud inferior al semiarco y montar el tramo central mediante un izado vertical.

Puente Paul Sauer o del r铆o Storms. Puente de arco de hormig贸n, de 100 m de luz, en el Cabo Oriental de Sud谩frica. Inaugurado en 1955, la dise帽o Riccardo Morandi.

Este procedimiento constructivo lo utiliz贸 Riccardo Morandi para arcos de hasta 100 m, como por ejemplo en el puente Paul Sauer, sobre el r铆o Storms, en Sud谩frica. Otro puente rese帽able con esta tecnolog铆a es el de Argentobel, en Alemania con 145 m de luz. En Espa帽a destaca el puente Arcos de Alcon茅tar, en el embalse de Alc谩ntara, formado por dos estructuras gemelas de 400 m de longitud, cuyo vano principal es un arco met谩lico de tablero superior, de 220 m de luz. A fecha de hoy, se trata del arco de mayor luz construido en el mundo con este procedimiento.

Abatimiento de los semiarcos en el puente Arcos de Alcon茅tar. Viaducto doble, con arco met谩lico de 220 m, en la autov铆a de La Plata (C谩ceres). Inaugurado en 2006.

 

Os paso a continuaci贸n un v铆deo de voxelestudios sobre la construcci贸n del puente Arcos de Alconetar. Espero que os guste.

Tambi茅n podemos ver un v铆deo de OHL sobre este mismo puente.

 

29 enero, 2016
 
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Explicaci贸n de la fabricaci贸n y puesta en obra del hormig贸n

Planta hormigonadoOs dejo a continuaci贸n un v铆deo de unos 9 minutos donde se explica la fabricaci贸n y puesta en obra del hormig贸n. Aunque est谩 en ingl茅s, se pueden incorporar subt铆tulos. Espero que os guste.

Referencias:

MART脥, J.V.; YEPES, V.; GONZ脕LEZ, F. (2014).Fabricaci贸n, transporte y colocaci贸n del hormig贸n.Apuntes de la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. 189 pp.

25 enero, 2016
 
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Fases en la ejecuci贸n de una pavimentaci贸n asf谩ltica

Pavimentaci贸nOs dejo a continuaci贸n un v铆deo de unos 10 minutos donde se explican las fases en la ejecuci贸n de la pavimentaci贸n asf谩ltica. Est谩 en ingl茅s, pero pueden activarse los subt铆tulos. Espero que os guste.

Referencia:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricaci贸n y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. Ref. 749.

 

23 enero, 2016
 
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Cimentaci贸n de la cimbra de un paso superior ejecutado “in situ”

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Detalle de las torres sobre los durmientes de madera y de la zahorra compactada

Una cimbra no deja de ser una estructura que debe estar perfectamente apoyada sobre un terreno con suficiente capacidad portante que, adem谩s, minimice sus asientos diferenciales. Normalmente se suele exigir un m铆nimo de 0,10 MPa de tensi贸n admisible al terreno que sirve de apoyo a una cimbra tubular. Para ello se compacta el suelo y se le suele mejorar con unos 30 cm de un material granular (grava-cemento o zahorras), para facilitar el drenaje en caso de lluvias. Tambi茅n se deben colocar durmientes de madera paralelos a la directriz del tablero para apoyar los pies de las torres. Este elemento sirve para repartir las cargas y reducir la tensi贸n transmitida.

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Cimentaci贸n provisional para soportar las torres de una cimbra di谩fana

En el caso de terrenos flojos o cuando las cargas son elevadas, se puede sustituir el terreno o, incluso, hay que recurrir a cimentaciones auxiliares. La cimbra tambi茅n se debe estabilizar tambi茅n en la proximidad de los terraplenes laterales, pr贸ximos a los estribos. Para ello se escalona el terreno, ejecutando unos peque帽os muros de hormig贸n para reforzar la seguridad de los apoyos.

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Escalonamiento con peque帽os muros de hormig贸n junto al estribo

Un aspecto importante es la disposici贸n de cimbras sobre r铆os o torrenteras. Una lluvia torrencial imprevista puede originar arrastres y avenidas que pueden erosionar el apoyo de las cimbras, ocasionando su desplome. Este incidente es especialmente grave cuando se ha vertido el hormig贸n y no se ha alcanzado la resistencia suficiente para pretensar el tablero de forma que soporte su propio peso. Para prevenir esta circunstancia una buena pr谩ctica consiste en cimentar la cimbra sobre una losa de hormig贸n protegida lateralmente mediante escollera. Otra buena pr谩ctica consiste en prever alguna zanja aguas arriba para dar salida al agua con una zanja lateral que atraviese la planta del tablero y vierta aguas abajo.

21 enero, 2016
 
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Construcci贸n de puentes arco con autocimbras

Viaducto de Mart铆n Gil, construcci贸n: 1934-1942

Los puentes arco pueden construirse mediante cimbras, sin embargo si estas cimbras no se reutilizan, puede optarse por dejarlas en el propio arco formando parte de su armadura. De esta forma la cimbra pasa de ser un medio auxiliar a ser parte de la estructura definitiva.聽Esta idea de usar una armadura r铆gida portante la empez贸 a utilizar el ingeniero austriaco Joseph Melan a finales del XIX, con la cual se pod铆an construir b贸vedas de hormig贸n sin necesidad de cimbras. Los encofrados se colgaban de una estructura met谩lica, portante durante el hormigonado, que quedaba finalmente embebida en el hormig贸n.

Este procedimiento lo聽utiliz贸 en 1939 Eduardo Torroja en el viaducto de ferrocarril Mart铆n Gil. Este puente se empez贸 a construir suspendiendo una cimbra de madera mediante cables, pero aparecieron muchos inconvenientes durante el hormigonado. Adem谩s, el desgraciado accidente ocurrido en el puente de Sand枚 en Suecia en agosto de ese mismo a帽o, donde la cimbra para un arco de 264 m, que iba a ser el arco de hormig贸n m谩s grande del mundo, cost贸 la vida a 18 personas. La soluci贸n fue ejecutar una autocimbra met谩lica con sus componentes unidos mediante soldadura. Destaca el hormigonado como un proceso muy concienzudo para no entrar en situaciones de carga no admisibles por la propia cimbra. Se empez贸 por la parte inferior del caj贸n, despu茅s las almas y por 煤ltimo la parte superior. Este arco, de 202 m constituy贸 en su tiempo r茅cord mundial de luz, hasta 1943, en que se acab贸 el puente de Sand枚.

Un procedimiento constructivo m谩s complejo se ejecut贸 en el puente de Echelsbacher, en el cual la autocimbra era total. En vez de construir s贸lo la autocimbra del arco, se realiz贸 en la totalidad del puente para crear una estructura met谩lica triangulada que pudiese avanzar por voladizos sucesivos. El vertido de hormig贸n en el arco se realiz贸 cuidadosamente para evitar situaciones inadmisibles para la cimbra. Se subdividi贸 la secci贸n transversal en fases, completando en cada una de ellas el hormigonado.

Puente de Echelsbacher

Os dejo a continuaci贸n un art铆culo sobre el sistema Melan y la invenci贸n paralela de Jos茅 Eugenio Ribera.

Descargar (PDF, 1.08MB)

18 enero, 2016
 
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