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Sobre este blog

Este blog es la herramienta de comunicación de las asignaturas de "Procedimientos de Construcción" que se imparten en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Valencia

Víctor Yepes Piqueras

Víctor Yepes Piqueras

Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad en el área de Ingeniería de la Construcción

“Nihil difficile volenti”

“En mi opinión, nadie puede ser un buen proyectista, un buen investigador, un buen líder en la profesión de la ingeniería civil a menos que entienda los métodos y los problemas de los constructores” (Ralph B. Peck, 1912-2008)

NO PLAGIES, VINCULA

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Montaje de vigas artesa en pasos superiores

ala014Las 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.

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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)

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Izado defectuoso de pasarela metálica

Las operaciones de izado de grandes cargas son, en ocasiones, los procedimientos más complicados en determinadas construcciones. En el vídeo que os paso a continuación podemos ver cómo una pasarela metálica de 40 toneladas, valorada en más de un millón de euros, se ha deformado por haber cambiado el sistema de izado previsto en proyecto. En efecto, la estructura se iba a levantar con una única grúa de 500 toneladas, pero en el último momento, se cambió el procedimiento de izado a dos grúas más pequeñas, una de 350 toneladas y otra telescópica. Lo que ocurrió es que la estructura levantada en tándem introdujo esfuerzos no previstos en el proyecto y provocó la deformación del puente. Por cierto, el vídeo se grabó el 21 de febrero de 2013 en Omagh, Irlanda del Norte. Espero que os guste. Agradezco a Enrique Montalar el enlace.

Puentes y pasarelas de polímero reforzado con fibras

Pasarela sobre el AVE en Lérida. 2001 Proyecto de PEDELTA. Arco biapoyado de 38 metros de luz y 3 de ancho. Elementos atornillados.
Pasarela sobre el AVE en Lérida. 2001 Proyecto de PEDELTA. Arco biapoyado de 38 metros de luz y 3 de ancho. Elementos atornillados.

Los nuevos materiales compuestos basados en polímeros reforzados con fibras (PLR), están presentes en casi todos los objetos de nuestra vida diaria. También se usan en el mundo de la construcción: elementos estructurales, cerramientos opacos o traslúcidos, sanitarios, pavimentos, conducciones, elementos de instalaciones eléctricas, etc.

La historia de los plásticos podría iniciarse en 1839 con la vulcanización de la goma por Charles Goodyear, aunque los olmecas ya lo hacían hace 3500 años. En 1860 Parker patenta la parkesita, el primer celuloide. En 1869 Hyatt descubre el celuloide. En 1907 Baekeland descubre la baquelita, primer polímero sintético, y así hasta nuestros días.

Los PRF se empezaron a utilizar en la industria aeronáutica desde la década de los sesenta, pero ya en este siglo se están empezando a utilizar en los proyectos de puentes y pasarelas. Desde la construcción del primer puente de polímeros en Asturias en 2004, en España se han hecho realizaciones en otros sitios como Madrid o Cuenca, entre otros.

Suelen ser estructuras híbridas, donde se combinan elementos tradicionales con nuevos materiales. En general son de dos tipos:

  • Las que el tablero superior es de PRF que se apoya sobre vigas de acero, de madera o de hormigón
  • Las que las vigas son de PRF y sobre ellas apoya un tablero tradicional (hormigón armado, madera)

 

Entre las ventajas de los puentes y pasarelas realizados con plásticos reforzados con fibras, podemos resaltar las siguientes:

  • Ligereza
  • Elevada resistencia y rigidez específica
  • Gran resistencia a la corrosión y agentes ambientales
  • Baja conductividad térmica
  • No producen interferencias en campos electro-magnéticos
  • Gran libertad de formas, tamaños y diseños

 

Entre las desventajas:

  • Elevado precio inicial (necesario un análisis a lo largo de toda la vida)
  • Degradación de sus propiedades a temperaturas no excesivamente altas, especialmente de la matriz polimérica (100ºC)
  • Inercia del sector
  • Falta de experiencia
  • Inexistencia de normas y recomendaciones
  • Mal comportamiento en caso de incendio

 

A continuación os paso la serie de tuits que sobre este tema tuvimos ocasión de publicar el 15 de mayo de 2015. Espero que os gusten.

 

 

 

 

Construcción prefabricada de pilas de puente

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Pilas prefabricadas. Fuente: Grupo Pacadar, www.pacadar.es

La prefabricación en la construcción de pilas de puente constituye una alternativa a la construcción mediante sistemas tradicionales de encofrado, los encofrados trepantes o los deslizantes. Las ventajas de la prefabricación se relacionan con la industrialización del proceso constructivo, mejoras de acabados, reducción de plazos, etc. Este tipo de construcción prefabricada ha evolucionado fuertemente, pudiéndose adecuar hoy día a la construcción de un buen número de tipologías de pilas al contar con sistemas auxiliares de transporte y montaje cada vez de mayor potencia, desde las correspondientes a pequeños pasos superiores a las de grandes puentes con pilas de incluso más de 40 m de altura. Los medios auxiliares de transporte y montaje permiten manejar pesos de 100 a 200 t, aunque es posible superar ampliamente estos valores.

Las tipologías habituales de pilas prefabricadas son las siguientes:

  • Fustes independientes con o sin capitel de apoyo
  • Pilas pórtico formadas por fustes verticales y cabecero superior de unión
  • Pilas construidas por dovelas horizontales
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Montaje de dinteles prefabricados. Fuente: Grupo Pacadar, www.pacadar.es

Quizá uno de los inconvenientes de la prefabricación, en este momento superados, es la unión entre elementos o entre elementos y partes “in situ”, especialmente en aquellas estructuras hiperestáticas. Las secciones de pilas pequeñas, de 60 x 60 cm2, suelen empotrarse en cálices dejados en las zapatas de cimentación, rellenándose el hueco libre con hormigón. Sin embargo, para mayores secciones, suele dejarse en la zapata vainas corrugadas de 100 mm de diámetro, con longitud suficiente para el anclaje de las armaduras del fuste. Posteriormente se rellenan estas vainas con un mortero sin retracción.

El montaje de estos elementos prefabricados se empieza con unos apoyos blandos de madera que sirven para calzar las piezas y evitar las concentraciones de tensiones en la superficie de la junta. Estas juntas posteriormente se rellenan y ajustan con un mortero líquido sin retracción que garantice la transmisión de tensiones.

En pilas altas, las pilas son de sección hueca para optimizar el uso del material, reducir el peso y facilitar el transporte y montaje. Suelen ser habituales las pilas octogonales o a secciones I enlazadas dos a dos para formar una sección en cajón.

También son prefabricados los dinteles colocados sobre las pilas individuales o formando pórtico con varias pilas. Pueden ser también macizos o aligerados con sección en pi.

Veamos varios vídeos al respecto.

A continuación podemos ver el montaje de un dintel prefabricado.

 

También podemos ver el montaje de un viaducto en Sot Gran, en Eix Transversal C-25. En el vídeo se ve una secuencia de fotos del montaje por parte de Alvisa de la estructura prefabricada de hormigón del Viaducto Sot Gran para el tramo Espinelves – Santa Coloma de Farners, correspondiente al desdoblamiento del Eje Transversal de la carretera C-25 (Girona – Lleida). Se trata de tres vanos de 28, 39 y 32 m de longitud, con monoviga hiperestática y pilas palmera prefabricadas de 21 m de alto y peso 170 t.

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La visión personal de Javier Manterola de los puentes

ManterolaEl Grupo Español de IABSE (International Association for Bridge and Structural Engineering) organizó, en colaboración con la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid – UPM, el Workshop on Bridge Design 2015, WoBD2015. Gracia a ello tenemos la ocasión de poder escuchar a Javier Manterola dando su visión personal sobre los puentes. Espero que os guste el vídeo.

 

Construcción prefabricada de puentes “vano a vano”

Puente Long Key, Layton, Florida (1982). Fuente: http://www.figgbridge.com/long_key_bridge.html
Puente Long Key, Layton, Florida (1982). Fuente: http://www.figgbridge.com/long_key_bridge.html

La potencia de los actuales medios auxiliares permite la construcción prefabricada de puentes vano a vano, que puede ser mediante dovelas previamente ensambladas o bien de un vano completo prefabricado. La construcción del vano mediante dovelas prefabricadas supone ensamblar dichas dovelas sobre una cimbra auxiliar que se apoya sobre las pilas del vano, realizando posteriormente la transferencia del tramo del tablero formado con el resto de la estructura. En cambio, la construcción de un vano completo normalmente se realiza en tramos metálicos o mixtos (la losa se realiza en una segunda fase), estando condicionada la operación por la capacidad de los medios de elevación.

El puente Long Key, en Florida (Muller, 1980), se construyó mediante dovelas prefabricadas. En este caso se dispuso una viga metálica triangulada entre las pilas que actuaba como cimbra y sobre ella se colocaban una a una las dovelas mediante grúa. Posteriormente se unían las dovelas mediante el pretensado, apoyándose el vano sobre las pilas y descargando la cimbra. En el caso del puente de Seven Mile (Florida, 1978), las dovelas se ensamblaron sobre una pontona flotante, izándose posteriormente.

La otra opción es el montaje del vano de una sola pieza. Esta posibilidad sólo sería rentable en el caso de una repetición elevada en el número de vanos, pues los medios auxiliares de elevación son muy costosos. En tramos de hormigón, esta forma de construir deriva de la evolución de los tableros de vigas artesa, dejando la incorporación de la losa superior en una segunda fase, de igual forma que en las estructuras mixtas. Un ejemplo de construcción con vigas por vanos completos es el viaducto en el enlace A3-M45 de Madrid (Álvarez et al., 2008), donde las vigas se montan por vanos completos, con un peso máximo de 170 t para una luz máxima de 41,6 m. Se trata en este caso de vigas artes que trabajan como isostáticas de forma provisional hasta que se da más adelante un pretensado de continuidad. Posteriormente se colocan las prelosas pretensadas colaborantes.

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Vista con cuatro vigas montadas en el viaducto del enlace A3-M45 de Madrid (Álvarez et al., 2008)
Montaje de prelosas sobre jabalcones provisionales (Álvarez et al., 2008)
Montaje de prelosas sobre jabalcones provisionales (Álvarez et al., 2008)

A continuación os dejo un vídeo donde se ve el montaje del tramo completo de una viga artesa.

En este otro vídeo se puede ver un lanzavigas, ampliándose la longitud del vano por medio de vigas partillo en las pilas.

Referencias:

Álvarez, J.J.; Lorente, G.; Ortega, M.; Matute, L. (2008). Viaducto en el enlace A3-M45 (Madrid). IV Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructura-Congreso Internacional de Estructuras, 24-27 de noviembre.

Muller, J. (1980). Construction of Long Key Bridge. Journal – Prestressed Concrete Institute, 25(6), 97-111.

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Límites de utilización y tendencias en la utilización de puentes con dovelas prefabricadas

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Viga de lanzamiento de dovelas. Fuente: http://www.tecsa.com.mx/

La luz máxima económica para puentes construidos mediante dovelas prefabricadas es de unos 150 m. Por encima de 120 m, el coste de los dispositivos de colocación, en particular la viga de lanzamiento, crece rápidamente, al igual que el peso de las dovelas. En cuanto a luces mínimas, se han construido pasos superiores de 18 m con este sistema. Además, la prefabricación se ve favorecida con el número de obras idénticas a construir. Otro factor a tener en cuenta es la superficie total del tablero. Así, y dependiendo de la disponibilidad de los medios auxiliares de la empresa, se necesitaría un mínimo de 5000 m2 de tablero para considerar la utilización de dovelas prefabricadas mediante grúas, cerchas o puentes-grúa, e incluso con equipos móviles que se desplacen por el tablero. En cambio, es necesario un mínimo de 10000 m2 de tablero para colocar las dovelas prefabricadas con una viga de lanzamiento.

En cuanto a las tendencias actuales en este tipo de puentes, podemos citar las siguientes:

  • Supresión de la cola en las juntas: Su eliminación presenta ventajas, no sólo por el coste de la cola, sino por reducir el tiempo de ensamblaje al permitir la unión en una sola operación de todas las dovelas de un vano. Sin embargo su supresión significa renunciar al efecto rubricante e implica una mayor precisión en el ensamblaje de las dovelas para no fisurar las llaves al concentrarse sobre ellas los esfuerzos. La cola permite el reparto de las cargas y la eliminación de los puntos duros originados por rebabas, retracciones diferenciales u otros defectos. Además, las recientes investigaciones muestran que la resistencia a rotura de las uniones con junta seca son inferiores a las de juntas con cola.
  • Elementos prefabricados como encofrado: En paramentos con formas complejas o para acabados de gran calidad, a veces se utilizan paneles prefabricados montados sobre cimbra para su uso como encofrado perdido. Sin embargo, esta solución es más cara.
  • Prefabricación parcial: En obras de tamaño medio muchas veces no se puede amortizar la instalación de prefabricación de las dovelas, por lo que se recurre a prefabricar únicamente las almas y dejar para un hormigonado “in situ” las losas superior e inferior. Los puentes de Brotonne y de Clichy se construyeron con almas prefabricadas. Ello permite reducir la potencia de los medios de montaje, así como la posibilidad de dar continuidad a las armaduras pasivas de la losa inferior y en buena parte de la superior.
  • Pretensado exterior: Permite eliminar las operaciones de montaje y replanteo de vainas, disminuyen las anchuras de almas y se reducen las pérdidas por rozamiento, todo lo cual mejora la eficiencia del pretensado.

 

Pretensado exterior. Fuente: http://www.bbrpte.com/
Pretensado exterior. Fuente: http://www.bbrpte.com/

 

 

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Puente sobre el río Caroní, primer puente empujado de hormigón pretensado

Puente sobre el río Caroní entre San Félix y Puerto Ordaz, Venezuela. Vanos de 96 m de luz, 1963. Leonhardt & Andrä.

Caroní es uno de los 11 municipios Venezuela ubicado en el extremo norte del mismo. Su capital es Ciudad Guayana, la más importante de toda la región guayanesa al sur del río Orinoco. En el primer puente empujado de hormigón pretensado, el del Caroni entre Puerto Ordaz y San Félix, 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 construcción, pues no tiene sentido que las pilas provisionales no queden definitivas. El procedimiento de constructivo de puentes mediante lanzamiento es competitivo con luces de hasta 60 – 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. Os dejo una película, algo antigua, tomada durante la construcción del puente Dalla Costa sobre el río Caroní, que muestra todo el proceso seguido desde el inicio de la construcción en el año 1962 hasta su finalización en 1964. Tiene interés por su valor histórico.

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Cimbras cuajadas en la construcción de puentes

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Cimbra T-60, ULMA

Las cimbras cuajadas se utilizan cuando no existen obstáculos topográficos, de capacidad portante del terreno, paso de vehículos o corrientes de agua. A diferencia de las cimbras diáfanas, las cuajadas presentan la ventaja de distribuir las cargas de forma más uniforme sobre el terreno. Se emplean habitualmente en alturas de hasta 6 o 7 m, no siendo económicas cuando las alturas de rasante son excesivas, por encima de 20 – 30 m, en cuyo caso se recurren a torres y cuchillos metálicos.

El sistema más 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, montándose cada torre a partir de módulos planos que se enganchan por las esquinas. Además, 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 estén perfectamente aplomadas, se calzan los pies usando para ello tablones, tarugos y cuñas. Las placas de los pies de las torres llevan agujeros para clavarlas a los tablones que sirven de base o a las cuñas. También suelen llevar tornillos de nivelación 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 nivelación para conseguir la geometría 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 vídeo explicativo que espero os sea útil.

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Apoyos deslizantes para el lanzamiento de puentes

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Apoyo deslizante, con almohadillas de neopreno-teflón. Fuente: Óscar Ramos, 2010

El procedimiento de tableros empujados 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. 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 fabricación. Estos apoyos, que en principio eran rodillos, hoy son de neopreno-teflón, que ofrecen poca fricción y una excelente distribución de las cargas verticales. Los apoyos pueden ser provisionales o definitivos. Los primeros se usan sobre apoyos auxiliares o en el parque de fabricación. Sobre las pilas pueden ser también provisionales, en cuyo caso se sustituyen posteriormente, o bien definitivos, con un segundo nivel deslizante que se utiliza durante el lanzamiento del tablero.

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Apoyos de neopreno-teflón. Fuente: http://nisee.berkeley.edu/leonhardt/html/incrementally_launched_bridges.html

El apoyo provisional se monta sobre un bloque de hormigón de unos 15-35 cm de espesor, fuertemente armado y nivelado. Sobre el hormigón se dispone una chapa de acero inoxidable pulida y plana sobre la que se disponen las almohadillas de neopreno-teflón, de 10-13 mm de espesor. El teflón se apoya sobre el acero inoxidable y el neopreno contacta con el tablero. Además, el apoyo dispone de una guía lateral, también con almohadillas de neopreno-teflón, 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 detrás. Esta operación se realiza manualmente, por lo que se debe prestar especial atención a los posibles errores durante las 2-3 horas que dura la operación 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 frío, pero una vez en movimiento, baja al 3-3,5%. Para reducir la carga horizontal sobre el apoyo, se reducen al máximo las almohadillas, pues el rozamiento se reduce con la presión. Para soportar la carga vertical, se zuncha intensamente el neopreno para soportar unos 20 MPa. Además, 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 metálicas dejadas en el tablero.

Os dejo a continuación un vídeo donde se observa el lanzamiento del tablero.