Trabajo Fin de Grado Metodología para el Análisis y Dimensionamiento de Puentes Construidos Evolutivamente mediante Avance por Voladizos Sucesivos

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1 ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA UNIVERSIDAD DE SEVILLA Trabajo Fin de Grado Metodología para el Análisis y Dimensionamiento de Puentes Construidos Evolutivamente mediante Avance por Voladizos Sucesivos Autora Tutor Dr. D. Fernando Medina Encina Departamento Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras Titulación Grado en Ingeniería Civil

2 ÍNDICE GENERAL PARTE 1 PARTE 2 ANEXO. BIBLIOGRAFÍA

3 Parte 1 Puentes de Construcción Evolutiva 4

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5 ÍNDICE DE CONTENIDO PARTE 1 1. Introducción Objeto y Alcance Objeto Alcance Estado del Arte Construcción de Puentes por Voladizos Sucesivos mediante Dovelas Prefabricadas Tipos Estructurales Puentes de Sección en Cajón Elementos de la Sección Hormigón para Pretensado Acero para las Armaduras Activas Anclajes Anclajes Activos Anclajes Pasivos Acopladores o Empalmes Vainas Gatos Sistemas de Construcción Evolutiva Método de Avance en Voladizo Cálculo de Puentes Rectos Construidos en Avance en Voladizo Método de Puentes Empujados Método de Puentes Girados Construcción en Voladizos Sucesivos Construcción con Dovelas Prefabricadas Introducción Generalidades Procedimiento de Construcción Construcción con Dovelas In Situ Introducción Operaciones Preliminares Operaciones Básicas de Ciclo

6 5.2.4 Operaciones Posteriores Comparativa entre la Construcción con Dovelas Prefabricadas y las Dovelas Hormigonadas In Situ Introducción Dimensionamiento Control Geométrico Relación Sistema Constructivo y la Luz Principal del Puente Tiempos de Fabricación y Montaje Construcción de Viaductos Vano a Vano por Dovelas Prefabricadas. FCC, Construcción S.A Introducción Tipología Estructural Fabricación y Transporte de Dovelas Montaje de las Dovelas CONSTRUCCIÓN DE PILAS Y APOYOS Pilas Morfología de las Pilas Pilas Prefabricadas Apoyos CONSTRUCCIÓN DE ESTRIBOS Introducción Tipos de Estribos Estribos Cerrados Estribos abiertos Aletas Muros Laterales Estribos Prefabricados Estribos de Tierra Armada Estribos Anclados Tipos de Anclajes

7 1. INTRODUCCIÓN La construcción de puentes surge de la necesidad que tiene la sociedad de salvar obstáculos tales como ríos, valles profundos o grandes valles. El avance de los conocimientos y tecnología a lo largo de la historia ha permitido la evolución de los diferentes materiales y técnicas de construcción. Existen diversos grupos de puentes, definidos según la forma que tiene de trabajar la estructura y el proceso constructivo. Así, se pueden distinguir los siguientes grupos de puentes: puentes de vigas, puentes de losa, puentes arco, puentes atirantados, puentes con sección en cajón, etc. Para los puentes de sección en cajón se utilizan varios procedimientos constructivos. En el presente trabajo se expondrá el sistema de avance en voladizo con dovelas prefabricadas: la metodología del análisis y dimensionamiento de puentes de sección en cajón con almas rectas, construidos según el sistema de avance por voladizos sucesivos. El sistema de avance en voladizos se utiliza en el caso de que los puentes tengan que salvar grandes luces, donde se presentan alturas considerables, lo que hace necesario el montaje del tablero a partir de las pilas. Es aplicable para distintos tipos de puentes: puentes rectos, curvos, atirantados, metálicos, de hormigón, mixtos, etc. Para poder definir de forma completa el sistema de avance en voladizo con dovelas prefabricadas, previamente se resumirán los distintos sistemas constructivos entre los que se encuentra el sistema de avance por voladizos sucesivos, los distintos elementos que se utilizan en el puente, la construcción en voladizos sucesivos con dovelas prefabricadas, por dovelas in situ y las diferencias entre ambas, la construcción de pilas y la construcción de estribos. 1.1 Objeto y Alcance Objeto El objeto de esta primera parte del trabajo es la de reunir la información necesaria para definir el sistema constructivo de puentes por avance en voladizos, tanto la construcción del tablero como la de las pilas y estribos. Según las distintas fuentes de información bibliográficas se podrá enmarcar el sistema de avance en voladizos sucesivos con viga en cajón en un conjunto de sistemas de construcción evolutiva, se podrá establecer la diferencia entre la construcción con dovelas prefabricadas y dovelas hormigonadas in situ, el conocimiento de los elementos: pila y estribo Alcance Definir los distintos elementos que componen el tablero. Definir los distintos sistemas de construcción evolutiva dentro de los cuales se encuentra el sistema de avance en voladizo. Definición del sistema de avance en voladizos sucesivos con dovelas prefabricadas, dovelas in situ y comparación entre ambas. Definición de los elementos: pila y estribo. 8

8 2. ESTADO DEL ARTE 2.1 Construcción de Puentes por Voladizos Sucesivos mediante Dovelas Prefabricadas En el número 3063 de la revista Obras Públicas, Fernández. C, [3] se realiza un resumen de los puentes construidos en España por voladizos sucesivos desde Según dicho artículo, el procedimiento de construcción de puentes con dovelas prefabricadas por el método de voladizos sucesivos contiene las ventajas del sistema de voladizos sucesivos y las ventajas de la prefabricación. El primer puente construido por el sistema de voladizos sucesivos es el de Santa Catalina sobre el río Peixe en Brasil en 1931, diseñado por el ingeniero Baumgarten. Se trata de un puente de hormigón armado con dintel continuo de tres vanos. El tramo central tiene 68 metros de longitud, consiguiendo el récord de puente con tramo recto más largo. El procedimiento no tuvo mucha repercusión en el mundo de la construcción debido a que el hormigón armado no se prestaba bien a un dintel con tantas juntas transversales. Veinte años después, Finsterwalder recupera el procedimiento para aplicarlo al puente de Balduinstein sobre el Lahn. El tramo compensado de modo natural tenía metros de luz libre, en el cual quedan fijas las características del avance por carro. El sistema tuvo mucho éxito puesto que el pretensado permitía cortar por juntas verticales. La introducción de la prefabricación en la construcción de puentes por voladizos sucesivos aparece en el año 1958 con el puente de Kranoholonski sobre el Moscowa que consiguió su récord en tramos de puentes rectos con el tramo central de 148 metros. En España, el primero de los puentes construidos por este método ha sido el puente de Almodóvar proyectado en el año 1960 y construido entre 1962 y El puente consta de tres vanos, los laterales de 35 metros y el central de 75 metros. Para este puente se utilizó el procedimiento constructivo de avance en voladizo sucesivo en el vano central. Se empleó dicho procedimiento para poner a punto el sistema, que ha sido modificado posteriormente en lo que se refiere a utilizar el enlace entre dovelas por junta seca en lugar de la junta húmeda que se utilizó en este puente. En la década de los años 60 se construyeron cuatro puentes más con el mismo procedimiento. Estos puentes son: Puente de Castejón sobre el Ebro, Navarra. Se proyectó en 1964 construyéndose en el período de 1965 a 1967 por Agromán, S.A. Se trata de un puente de tres vanos principales rectos de 25 metros, 101 metros y 50 metros; y otros tres vanos que describen una curva de 28, 28 y 21 metros. Se prefabricaron seis voladizos de 50 metros con dovelas de 9 Tn. Puente de Sevilla sobre el Guadalquivir. Se terminó en 1968 por la empresa de construcción Dragados y Construcciones, S.A. Tiene dos tramos principales de 56 metros construyéndose dos voladizos simétricos desde la pila central con dovelas de 80 Tn. 9

9 Puente de Iznájar sobre el río Genil. Terminado en 1969 por Agromán, S.A. Consta de tres vanos de 55, 85 y 55 metros de longitud. Se construyeron a partir de las dos pilas centrales por voladizos simétricos con dovelas de 9 Tn. La altura de las dos pilas es superior a 70 metros. Puente de Los Vados sobre el río Genil. Terminado en 1970 por la Empresa Constructora Hidrocivil. Puente de tres vanos de longitudes: 25, 72, 25 metros. Construido con dovelas de 30 Tn. El sistema constructivo fue adoptado por los franceses, en la empresa Campenon-Bernard en 1964 para el puente de Choisy-le-Roi con luces de metros. Por otro lado, los holandeses también lo adoptan para el puente de Oesterchelde con luces máximas de 95 metros y unas dovelas de peso máximo: 600 Tn. En Checoslovaquia se inician en 1965 una serie de puentes de carretera y ferrocarril que adoptan el sistema. Entre los primeros puentes se encuentra el de Sirniku con luces de 30, 60, 30 metros y entre los segundos, el de Margecanoch con 30.5, 55, 30 metros Tipos Estructurales No existe limitación en los tipos estructurales que se pueden utilizar con este procedimiento constructivo. Sirven tanto tramos compensados, como vigas continuas, pórticos, elementos T. En el puente de Almodóvar se ha utilizado viga continua isostática mediante tramos laterales con ménsulas de 55 metros y tramo suspendido central de 30 metros. En el puente de Los Vados la solución es de un tramo de tres vanos continuos pero se acerca a un tramo compensado debido a la gran descompensación de luces de los vanos laterales con el central. En el puente de Sevilla sobre el Guadalquivir la tipología es de T pura apoyada en extremidades, con la particularidad de que estando articulado el pie del pilar y siendo deslizables los otros dos, el pilar no toma flexiones por descompensación de carga en dintel y únicamente la correspondiente al frenado. En Iznájar y Castejón la tipología es de elementos en T con articulación en el centro del vano principal, pero con apoyo en sustentación deslizante en las otras dos extremidades. Durante el proceso constructivo el tipo estructural es distinto al definitivo, debido a que los dinteles funcionan como voladizos y en la situación definitiva los voladizos totales se enlazan mediante articulación deslizante. La mayor diferencia entre la construcción y la estructura definitiva se marca cuando se da continuidad al vano central puesto que ya nunca volverán a ser voladizos los que compusieron el vano central y sufrirá flexiones importantes de tipo dintel en la zona central para actuación de sobrecarga central. En todos los procesos de voladizos sucesivos es habitual avanzar hasta la mitad del vano, lo que obliga a llevar simultáneamente los vanos en dirección contraria. De esta manera, los voladizos se encuentran en los vanos centrales. Pero también se puede llevar el avance en una sola dirección dependiendo del tipo estructural o por las condiciones particulares de cada 10

10 obra. Este es el caso de ejecución de dintel continuo de más de tres vanos o el de un elemento en T apoyado sobre pilas en sus dos extremos. Cuando se avanza desde una pila teniendo el vano adyacente ya construido suele ser necesario reforzar el tramo anterior por la falta de compensación de flexiones que determina el dejarlo provisionalmente aislado. Esto se realiza mediante armaduras activas externas que se recuperan al final. 2.2 Puentes de Sección en Cajón La sección en cajón que se utiliza en las dovelas de los puentes utilizando el concepto de postensado resulta ser un modelo reconocido mundialmente. Este modelo se aplica para distintos tipos de puentes: puentes de vigas rectos o curvos, puentes pórtico, puentes atirantados, puentes en arco, etc. La sección en cajón consta de una losa inferior, una losa superior y las almas. La losa superior recibe las cargas de uso del puente y se encarga de conducirlas hacia las almas. Se comporta como cabeza de compresión. Las almas se encargan de asumir las cargas de cortante y conducirlas a los apoyos. La losa inferior cierra el circuito de torsión y almacena las precompresiones del pretensado. Las almas pueden ser perpendiculares a la losa o inclinadas. Las inclinadas pueden presentar algunas dificultades para el encofrado cuando el canto de la viga es variable. El espesor de las almas y de la losa inferior debe ser suficiente para que puedan caber los tendones requeridos. Las ventajas resistentes de la viga en cajón son las siguientes: Tiene una gran cabeza superior e inferior, lo que la convierte en una sección buena para soportar grandes momentos flectores positivos y negativos. Tiene una gran rigidez a torsión debido a que se trata de una sección cerrada. Así mismo genera alabeos pequeños y distorsión reducida. Por este motivo, la sección en cajón puede soportar cargas descentradas, asumiendo el torsor. Su gran rigidez transversal permite que las paredes puedan ser esbeltas. Tiene un gran radio de giro, lo que le permite tener un gran rendimiento para el pretensado. Con estas propiedades se puede tener una sección a la vez ligera y resistente, convirtiéndola en la sección óptima de los puentes de grandes luces. 11

11 3 ELEMENTOS DE LA SECCIÓN 3.1 Hormigón para Pretensado Los componentes principales del hormigón para pretensado son: cemento portland, agua y áridos. El cemento portland está constituido en gran medida por silicatos de calcio. Estos silicatos reaccionan con el agua produciendo silicato cálcico hidratado el cual le da la resistencia. También produce hidróxido de calcio que convierte el cemento en un material alcalino, y aluminato cálcico que contribuye a la alcalinidad. Los áridos para el hormigón del pretensado deben ser inertes, duros, no porosos, no expansivos, limpios y han de poseer el tamaño y forma adecuados. Resistencia a la compresión. En el Artículo 39 de la EHE-08 [7] se define la resistencia característica del proyecto como el valor que se debe adoptar para la resistencia a compresión del hormigón. Los hormigones comerciales empleados para el pretensado poseen valores de en torno a 40 MPa pudiéndose alcanzar valores de 130 MPa. Resistencia a la tracción. Su valor se encuentra en torno al % de la resistencia a compresión. Para determinar su valor se suele recurrir a ensayos de tracción indirecta. En caso de no disponer de resultados del ensayo brasileño, un método aproximado de calcular la resistencia a tracción es el siguiente: Módulo de elasticidad, relación tensión-deformación para el hormigón. La curva característica de tensión-deformación del hormigón tiene tres tramos que se pueden distinguir: el primer tramo consta de un comportamiento lineal desde cero hasta un 40% de la resistencia a compresión última; el segundo tramo parte desde el final del primer tramo hasta un 70% de la resistencia última, donde se puede observar un decrecimiento de la pendiente de la curva teniendo como consecuencia una pérdida de rigidez; el último tramo se corresponde con las cargas últimas para las que empiezan a aparecer fisuras. Debido a que la curva tensión-deformación es curvilínea en dos tramos, se pueden definir dos módulos de elasticidad: el módulo tangente (E 0 ) y el módulo secante (E). Para los puntos situados por encima del dentro del tramo elástico, se le aplica el módulo tangente, siendo la pendiente del tramo recto. Para los puntos situados por encima del 40 % de la resistencia última se define el módulo secante, como pendiente de la recta que une dicho punto con el origen. ; Retracción. Se trata de la pérdida de humedad del hormigón con el tiempo. Esto provoca el decremento del volumen. Existen dos tipos de retracción: la retracción plástica y la retracción por secado. La retracción plástica se da durante las primeras horas tras el vertido del hormigón. La retracción por secado ocurre cuando la pieza ha adquirido la forma final y se ha producido una fracción importante de la hidratación química. 12

12 Fluencia. Se trata de la deformación del hormigón ante una carga constante en el tiempo. 3.2 Acero para las Armaduras Activas Las armaduras activas consisten en unos tendones que están compuestos de cordones paralelos que a su vez están compuestos de alambres arrollados. Toda la información acerca de este acero se puede encontrar en el Artículo 32 de la EHE-08 [7]. Las propiedades más importantes son el módulo de elasticidad, el límite elástico, la resistencia última y la relajación del acero a las 1000 horas. La magnitud de las pérdidas ocasionadas por el pretensado es de MPa, por lo tanto, el pretensado inicial debe ser elevado. Con aceros de alta resistencia se consigue compensar las pérdidas y obtener un nivel de tensiones adecuado para que se produzca un sistema autoequilibrado con las fuerza de pretensado. La relajación del acero de las armaduras activas sucede cuando estas están sometidas a una deformación constante, lo que provoca una disminución de las tensiones. Para reducir el efecto se suele dar un tratamiento de alivio de tensiones que consiste en calentar en torno a 350ºC y dejar enfriar lentamente. Otra técnica consiste en provocar una elongación permanente en el acero sometiéndolo hasta una tensión del 70 % de su resistencia última a una temperatura entre los 20 y 100 ºC. 3.3 Anclajes Son la sujeción de la armadura para conservar la fuerza de pretensado y transmitírsela al hormigón Anclajes Activos Son los anclajes que se sitúan en los extremo de los tendones desde los que se realiza la operación de tesado. Su forma debe ser tal que se pueda anclar el gato de tesado a los tendones. Los anclajes más utilizados son los siguientes: Anclajes de cuña. Se hace pasar cada uno de los cordones que componen el tendón por un orificio cilíndrico practicado en la base del anclaje para posteriormente introducir las cuñas y fijar el tendón. Las cuñas son tronco-cónicas para incrustarse en la superficie cilíndrica del cordón. La principal desventaja de este tipo de anclaje es la pérdida de la fuerza de pretensado producida por el deslizamiento relativo entre la cuña y el cordón y por el efecto de penetración de las mismas. Anclaje mediante cabezas recalcadas. Consiste en hacer pasar cada uno de los cordones por los orificios de un disco. Con una máquina portátil se recalcan los extremos de los alambres formando una cabeza de remache de diámetro superior al orificio del disco. El disco está dotado de un sistema para la sujeción del gato de tesado. Entre el disco y la pieza se coloca una placa de reparto de la fuerza sobre la pieza. 13

13 Anclaje mediante rosca. La fijación consiste en la técnica del tornillo y la tuerca. Este sistema es válido en el caso de que las armaduras sean barras y no cordones Anclajes Pasivos Su misión es la del anclaje puesto que los cables no se tesan en los anclajes pasivos. Según el mecanismo desarrollado por el anclaje pasivo para la sujeción del tendón se pueden clasificar en: Anclajes adherentes. La fuerza de pretensado se transmite al hormigón por la adherencia entre el hormigón y los elementos del tendón que se encuentran embebidos en él. La desventaja es que el anclaje necesita una cierta longitud a partir del anclaje para que se transmita toda la fuerza de pretensado al hormigón. Se llama longitud de anclaje y a lo largo de ella el pretensado no es totalmente efectivo. Anclajes semiadherentes. La fuerza de pretensado se transmite en parte por adherencia y en parte por el apoyo directo del anclaje sobre el hormigón. Anclajes no adherentes. La fuerza de pretensado se transmite exclusivamente por el apoyo del anclaje sobre la sección extrema de la pieza. 3.4 Acopladores o Empalmes Son elementos encargados de materializar el empalme de tendones. Que sea necesario el empalme de tendones puede ser debido a la deficiente longitud del tendón o debido al proceso constructivo Vainas Las vainas son los elementos a través de los cuales se introducen los tendones. Deben tener la rigidez suficiente para soportar el hormigonado y la compactación mediante vibradores. Para tendones no adheridos se emplea una vaina corrugada de plástico. Para tendones adheridos se emplea chapa galvanizada corrugada. Para este último caso, se debe garantizar la completa estanqueidad del conducto y que la sección transversal del mismo sea tal que la del tendón no supere el 50%, ya que ocasionaría problemas en el momento de inyectar la vaina Gatos La mayoría de los tipos de gatos disponen de un mecanismo auxiliar que sirve para empujar y clavar las cuñas antes de la transferencia, reduciendo el efecto de penetración de cuñas. Los gatos suelen funcionar con dos bombas: una de alta presión para la operación de tesado y otra de baja presión para el clavado de las cuñas. 14

14 4. SISTEMAS DE CONSTRUCCIÓN EVOLUTIVA A continuación se expondrán los diversos sistemas constructivos de puentes que existen. Cada sistema se ejecutará según unas necesidades y en función de unas condiciones. Existen los siguientes métodos: Método de construcción de puentes por voladizos sucesivos. Método de puentes empujados. Método de puentes girados. 4.1 Método de Avance en Voladizo Este método se utiliza cuando es preciso salvar grandes luces, imposibilidad de disponer de pilas intermedias cuando se trata de salvar un curso de agua, o en zonas montañosas de gran altura. Este procedimiento resulta igualmente válido para puentes rectos, arco y atirantados. Este método consiste en la construcción progresiva de los vanos a partir de un punto fijo, que suele la pila y a partir de ella, se va construyendo en forma de T mediante voladizos a ambos lados de la pila. Esta técnica resulta válida tanto para puentes hormigonados in situ como para puentes que utilizan dovelas de hormigón prefabricadas. Este método es el que se utilizará en este proyecto: construcción evolutiva de puentes de dovelas prefabricadas por voladizos sucesivos. Se expondrán las técnicas de construcción para el hormigonado in situ y las técnicas de la prefabricación. Posteriormente se detallarán las diferencias entre ambas. Ilustración 1. Puente construido por voladizos sucesivos [11]. 15

15 4.1.1 Cálculo de Puentes Rectos Construidos en Avance en Voladizo El cálculo se divide en dos partes diferenciadas: el cálculo que se realiza durante el proceso constructivo y el cálculo del puente en servicio. Siendo conveniente para ambos cálculos tener el mismo modelo lo más completo posible, en el que figuren: dintel, pilas, estribos, etc. El dintel se modelizará como un elemento tipo viga, debido a que la dimensión longitudinal es mucho mayor que las otras dos, para facilitar el cálculo con el correspondiente programa de Elementos Finitos. La discretización del mismo se realizará disponiendo un nudo por cada extremo de dovela. De esta manera el cálculo se realizará con mayor precisión. Por otro lado, la pila se discretizará en un número suficiente de secciones de manera que los resultados obtenidos sean los deseados. Las vinculaciones entre pila y dintel se reproducirán mediante condiciones de contorno, según sea la unión. El cálculo del modelo se realizará considerando cada una de las cargas y sobrecargas a las que se encuentra sometido: peso propio, cargas muertas, hipótesis de sobrecargas distribuidas y puntuales que produzcan los esfuerzos máximos y mínimos en el dintel y las pilas, hipótesis de viento, fuerza centrífuga, retracción, fluencia y temperatura en el hormigón, etc. Combinando todas las solicitaciones de forma adecuada, se obtendrán los esfuerzos de carga permanente y máximos y mínimos en cada sección para los seis esfuerzos: axil, dos cortantes y tres momentos a los largo del tiempo. El único esfuerzo que no se debe realizar en este modelo es el de peso propio. Existen dos tipos de peso propio: el peso propio que se obtiene siguiendo el proceso constructivo fase a fase (t = 0) y esfuerzos debido al peso propio considerando las variaciones de los esfuerzos en t = 0 debidas a la fluencia y retracción del dintel. Calcular en el modelo definitivo los esfuerzos de peso propio es incorrecto. La metodología a seguir es calcular los esfuerzos en t = 0 y la corrección de estos esfuerzos por fluencia y retracción para obtener los esfuerzos a tiempo infinito o esfuerzos de servicio. 4.2 Método de Puentes Empujados El método consiste en montar el tablero detrás del estribo y posteriormente empujarlo deslizándolo sobre las pilas hasta que alcanza su posición definitiva al llegar al otro estribo. El trazado en planta debe ser recto o curvo, de manera que cualquier parte del puente pueda coincidir con las pilas. De esta manera, el puente va discurriendo sobre las pilas hasta su terminación sin necesidad de cimbra que lo soporte. El rango de luces óptimo para los tableros empujados se encuentra entre los 30 y los 60 metros. Las variantes que se plantean son la construcción según los cuatro movimientos posibles: trasladarlos según su eje, riparlos transversalmente, construirlos en posición elevada y luego descenderlos, guiarlos sobre uno o varios ejes. 16

16 En el caso de construcción del puente en posición más elevada y posteriormente descenderlo, el tablero se construye en alto de manera que la cimbra se pueda alojar sin interrumpir el tráfico. 4.3 Método de Puentes Girados Ilustración 2. Método de Puentes Empujados [12]. La traslación transversal o giro consiste en construir el puente con el eje en cierta dirección, generalmente la orilla del río y trasladarlos transversalmente a la posición definitiva. Una forma de proceder es construir el puente completo en la orilla y girarlo posteriormente. Otra forma es construir en ambas orillas parcialmente dos semipuentes y girarlos sobre las pilas hasta que coincidan y de esta manera poder unirlos. 5. CONSTRUCCIÓN EN VOLADIZOS SUCESIVOS 5.1 Construcción con Dovelas Prefabricadas Introducción La diferencia con la construcción del puente por voladizos sucesivos por hormigonado in situ es que la fabricación de las dovelas se realiza en una zona aparte de la zona donde se realiza la obra. Es escogido el uso de dovelas prefabricadas en el caso de puentes muy largos. La construcción de puentes con el método de dovelas prefabricadas aumenta la velocidad de ejecución puesto que se puede colocar una o dos dovelas por día mientras que en el hormigonado in situ se realiza una dovela por semana. Los problemas que surgen en este tipo de puentes con este tipo de construcción se concretan en cómo es la dovela, las juntas de unión entre dovelas, cómo se deben construir las dovelas y cómo se montan. 17

17 Este procedimiento fue utilizado por vez primera en España por Carlos Fernández Casado en los puentes Almodóvar en el año 1962 y en el de Castejón en 1968, teniendo este último una luz principal de 101 metros. En los años 70 el método de construcción de puentes con dovelas prefabricadas adquirió un gran avance en Francia, desde donde se difundió por el resto del mundo. Este método se puede considerar que ha evolucionado a lo largo de tres generaciones de dovelas. La primera generación de dovelas, llevaban juntas de mortero de cemento, llave única a cortante y cables anclados en la propia junta. La segunda generación se caracteriza por la prefabricación conjugada, 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 para tal fin. La tercera generación, en los años 70 en Francia, se caracteriza por el pretensado exterior y lamas de celosía de hormigón o metálicas. Actualmente en España, las dovelas prefabricadas con junta de resina se utilizan en puentes construidos con la técnica de avance en voladizo de dos tipos: para tableros de una calzada de 12 metros de ancho en el rango de luces de 80 a 125 metros; y el tableros para dos calzadas de autovía de hasta 27 metros de ancho, para luces entre 75 metros hasta 106 metros. En los años 90 se emplearon dovelas de junta seca y pretensado exterior, en 4 viaductos isostáticos construidos vano a vano por FCC con luces de 45 metros Generalidades La prefabricación consiste en la división del tablero en elementos de construcción denominados dovelas. Estas dovelas suelen tener el peso comprendido entre 50 y 100 Tm. La prefabricación de las dovelas se lleva a cabo en las inmediaciones de la obra, en un parque de prefabricación. La característica fundamental de este método es que en las juntas entre dovelas no se deja conexión de armadura pasiva, lo que implica que la continuidad del tablero se consigue únicamente con el postensado. Las juntas que se han desarrollado para este método son juntas en seco con resina epoxi. Las juntas secas se caracterizan porque la transmisión del esfuerzo cortante se realiza mediante el contacto directo entre los hormigones de las dos dovelas que están en contacto, o por el dentado continuo que se dispone a lo largo de las almas y en la cabeza superior e inferior en función de los esfuerzos. Ilustración 3. Dovelas con llaves múltiples [16]. 18

18 En el otro tipo de junta, se aplica sobre una de las dos superficies que estarán en contacto una capa de resina epoxi. Antes de realizar el montaje de las dovelas, se coloca entre ambas un pretensado provisional con la función de repartir la resina por toda la superficie. Es menester decir que la misión de la resina no es soportar los esfuerzos de cortante, sino mejorar el contacto entre las dovelas para que estas trabajen con la mejor uniformidad posible y proporcionar impermeabilidad a la junta. El método de la dovela conjugada consiste en la utilización en la prefabricación de cada dovela, como encofrado de una de las caras de la dovela, la que estará en contacto con ella. Esto es debido a que no deben existir diferencias geométricas en las caras de las dos dovelas que estarán en contacto, con el fin de que se presente una adecuada transmisión de esfuerzos cortantes en los dos tipos de juntas. Un problema que surge en las juntas sin armadura pasante es que la transmisión del cortante a través de la junta, se realiza únicamente por la fricción producida por el axil de pretensado. Para aumentar la capacidad resistente al corte de la junta se utilizan las llamadas llaves de cortante, que hacen que se eleve el coeficiente de rozamiento. Otra característica de las juntas es la capacidad que tienen de proporcionar protección frente a los agentes externos a la armadura activa. Las juntas secas no garantizan la impermeabilidad total, por tanto, se utilizan juntas secas con pretensado exterior, cuya protección se consigue mediante barreras específicas, vainas de acero o polietileno y lechada de cemento o cera. En cambio, la junta con relleno epoxi garantiza un protección al pretensado análoga a las estructuras monolíticas. Por tanto, la normativa permite la utilización de pretensado interior. La ventaja de utilizar juntas secas es la velocidad de colocación de las dovelas. En cambio presenta el inconveniente de que el pretensado exterior no se pone en carga hasta que la estructura no está completa en su totalidad, lo que implica que el tablero carezca de estabilidad a lo largo del montaje, siendo necesaria su sustentación mediante cimbras. Por otro lado, la resina epoxi precisa de la aplicación de una compresión mínima de 0.3 MPa en las juntas, lo que se traduce en una ejecución más complicada y la introducción del pretensado definitivo a medida que avanza el montaje. Como los rendimientos son menores que en la utilización de junta seca, este sistema se utiliza cuando es necesario pretensado interior. Las dovelas con junta de resina epoxi se utilizan generalmente en los tableros de avance en voladizo, generalmente en tableros viga, aunque también se utiliza en tableros atirantados Procedimiento de Construcción Parque de Prefabricación Generalmente un parque de prefabricación tiene a su disposición la infraestructura necesaria para la elaboración, distribución y puesta en obra del hormigón, producción de aire comprimido, curado al vapor, parque de ferralla y manipulación y acopio de elementos prefabricados, así como elementos de control geométrico Fabricación de Dovelas Como se ha indicado con anterioridad, para que las dos caras de dovelas adyacentes dispongan de la misma geometría, se utiliza el método de la dovela conjugada, utilizando como 19

19 encofrado de una cara la dovela con la que va a estar en contacto. Existen dos métodos para la fabricación de dovelas por el método de la dovela conjugada: fabricación en línea larga y en línea corta Método de la línea larga Ilustración 4. Método de la dovela conjugada [2]. Consiste en la ejecución de una cama con la geometría del fondo del tablero que se pretenda fabricar, sobre la que se hormigona todo el tablero dovela a dovela con un encofrado que se traslada a lo largo del mismo. Se considera que este procedimiento está poco automatizado y que ocupa mucha superficie. Por tanto, se dejó de utilizar hace años Método de la línea corta En este método, la dovela se fabrica en una célula de prefabricación en la que el encofrado consta de los siguientes elementos: Una dovela adyacente, denominada dovela conjugada, en la cara en contacto con la misma. Un encofrado fijo para la cara de junta opuesta. Una mesa regulable para el encofrado inferior. Encofrados laterales abatibles, que se adaptan a los demás encofrados. Un encofrado interior retráctil que se introduce a través de la máscara. La geometría que se requiere para cada dovela se consigue ubicando correctamente la dovela conjugada respecto de la máscara y adecuando el resto de encofrados a la geometría requerida. Para colocar en la posición adecuada la dovela conjugada y la que se hormigona, se sitúan sobre mesas de encofrado que con ayuda de unos gatos hidráulicos, permiten ubicarlas en la posición requerida. 20

20 El ritmo habitual de construcción de una dovela está en torno a una dovela por encofrado y día. Generalmente, los pasos a seguir en el proceso de prefabricación de una dovela es el siguiente: Recepción y prefabricación de ferralla. Se recoge la ferralla elaborada previamente en el parque de ferralla y con el puente grúa se traslada hasta los moldes de montaje. Ferrallado de dovela. Se realiza el ferrallado de la dovela, procurando ir a dos dovelas por delante del hormigonado de las dovelas. Ilustración 5. Colocación de la ferralla [2]. Ubicación de puestos de observaciones topográficas. Este está formado por una torre con una plataforma y una escalera de acceso, donde tiene lugar la estación topográfica que realiza todas las medidas y comprobaciones que se consideren necesarias para garantizar la geometría de la dovela. Esta plataforma se encuentra a la cota superior de la dovela terminada, montada sobre el carro. De la plataforma sobresale un pedestal para poder apoyar el nivel. Colocación del encofrado interior. Se monta el encofrado plegado sobre el voladizo de la estructura auxiliar, se lanza a través de la máscara y se coloca. En el caso de las dovelas de apoyo en la pila, el encofrado interior se coloca directamente y no a través de la máscara. Colocación de la máscara. Se denomina máscara al encofrado fijo fabricado con chapa de gran espesor y arriostrado que marca la variación relativa entre las dos juntas de una dovela. La dovela adyacente anterior es denominada la conjugada. La máscara tiene por sección la sección transversal de la dovela, en forma de cajón, con un hueco para introducir a través del mismo el encofrado interior. La máscara debe estar inmóvil, fija, ya que es el sistema de referencia para la fabricación y control de las dovelas. En el caso de la dovela de arranque, se consigue variando la posición de la dovela conjugada, que sirve de encofrado de un frente, respecto del encofrado fijo del frente opuesto, adaptándose los encofrados laterales e interior entre ambos frentes. 21

21 En el caso de la dovela central, al no tener dovela conjugada, se hace entre dos máscaras, una fija y otra móvil. Encofrados laterales y carros de fondo. Los carros de fondo se usan para posicionar la dovela conjugada en la posición relativa con respecto a la dovela a hormigonar y como encofrado inferior de la dovela que se va a hormigonar. Una vez situada la dovela conjugada respecto a la máscara, se ajustan los demás encofrados: el carro de fondo, los encofrados laterales y el encofrado interior; todos ellos debidamente sujetos durante el hormigonado. Dovela conjugada. Es la que se ha hormigonado previamente y la que servirá como encofrado anterior de la dovela a hormigonar. La dovela conjugada se sitúa relativamente respecto a la máscara. Hormigonado y vibrado. Una vez finalizada la colocación de las armaduras y antes de la puesta en obra del hormigón, se realiza la limpieza del fondo del encofrado. Posteriormente se hormigona por medio de una bomba. El vibrado del hormigón una vez vertido se realiza por medio de unos vibradores externos acoplados al propio encofrado, y vibradores de aguja. Para evitar el levantamiento de la dovela conjugada por flotación, esta se ancla al suelo. Curado al vapor. Con la intención de desencofrar la dovela al día siguiente, se requiere que el hormigón tenga al menos una resistencia determinada. Bajo temperaturas bajas, existe un retardo en el inicio del fraguado y por tanto no existe la garantía de que a las horas tras el hormigonado se consiga dicha resistencia. En estos casos, se procede a realizar un curado de vapor. Retirada de la dovela conjugada. Tras el fraguado y desencofrado de la dovela, se desplaza la dovela conjugada con su carro de fondo a la zona de espera y la dovela recién fabricada pasa a ser la nueva dovela conjugada. Acopio de las dovelas. Las dovelas deben permanecer en el acopio un mínimo de 30 días para garantizar que se alcanza la resistencia requerida. Resulta más ordenado acopiar por filas todas las dovelas de un tramo Colocación de las Dovelas La colocación de las dovelas se puede realizar por varios procedimientos. En el caso de que se pueda acceder a la obra desde su parte inferior, el procedimiento adecuado es la colocación mediante grúas. Sin embargo, esta situación se da en escasas situaciones. La situación habitual es utilizar una viga de lanzamiento que consiste en una viga metálica con una longitud mayor que el vano más grande del puente. El sistema consiste en: Una viga principal en celosía o atirantada cuyo cordón inferior actúa como puente grúa. Tres patas que pueden o no estar fijas a la viga principal. Las patas traseras y la central permiten que la dovela las atraviese por su interior. El carretón del que cuelga la dovela que puede trasladarse a lo largo del cordón inferior de la viga, descender o ascender la dovela y girar respecto a un eje vertical. 22

22 Tras la colocación de la dovela de pila, se procede al montaje de las dovelas por avance en voladizo alternando dovela frontal y dovela dorsal. Las dovelas son recogidas en la cola de la cimbra y transportadas entre las celosías por el cabrestante hasta una zona próxima a su ubicación. Una vez allí, se procede a la aplicación de la resina epoxi al paramento de la dovela y se adosa al tablero construido, anclándola a la dovela anterior por medio de barras tras lo cual se postensan con el fin de que toda la junta tenga una presión suficiente para la unión de las dovelas y expulsión de la resina sobrante. A medida que se van montando las dovelas se va realizando el postensado definitivo. Las operaciones de colocación de las dovelas y la de tesado van desfasadas dos dovelas para evitar interferencias entre los equipos. Una vez terminado el montaje de cada tramo, se procede a la colocación de la dovela clave. 5.2 Construcción con Dovelas In Situ Introducción Este procedimiento de construcción se inicia después de la Guerra Mundial con el objetivo de reconstruir la gran cantidad de puentes destruidos. Se considera que el rango óptimo desde el punto de vista económico se encuentra en una luz comprendida entre 125 y 175 metros. Esta técnica de construcción de puentes consiste en la ejecución de la estructura vertiendo hormigón fresco sobre un encofrado donde se alojan las armaduras tanto activas como pasivas. La construcción por avance en voladizo consiste en la ejecución de las pilas a ambos lados de la pila, de forma simétrica. La fabricación se realiza con la ayuda de los encofrados, que a su vez se apoyan en las dovelas anteriores mediante cimbras para garantizar la continuidad del puente. Hormigonando las dovelas sucesivamente sobre los carros, se va avanzando en forma de T desde las pilas hasta el centro del vano conectando con el voladizo anterior mediante la dovela clave. El inicio de todo el proceso se da con la construcción de la dovela situada encima de la pila o también denominada dovela 0 ó dovela de pila. Esta dovela se construye con un encofrado montado sobre la pila con longitud suficiente para que se puedan montar los carros de avance. A partir de esta primera dovela, las siguientes se construyen trasladando el encofrado mediante los carros que se apoyan en la parte construida. Se pueden enumerar las operaciones a seguir en el proceso constructivo de puentes por avance en voladizo: 1. Operaciones preliminares. Ejecución de las dovelas de pila. Montaje de los carros de avance. 2. Operaciones básicas de ciclo. Avance del carro. Colocación del encofrado exterior en sus coordenadas. Avance y situación del encofrado interior en sus coordenadas. Colocación de la ferralla de la sección y tapes frontales de solera. 23

23 Situación de los tapes frontales de hastiales y losa de tablero. Comprobación y ajuste topográfico de coordenadas. Hormigonado de la dovela. Despegue del encofrado interior, desencofrado de tapes frontales y enfilado y tesado de cables del proceso constructivo de la dovela e inyección de las dovelas. Curado del hormigón. 3. Operaciones posteriores: Desmontaje de carros. Transporte de los mismos hasta su nueva ubicación. Ejecución de dovelas de cierre y de estribo. Enfilado y tesado de cables de continuidad Operaciones Preliminares Ejecución de la Dovela de Pila La ejecución se puede descomponer en tres etapas: Etapa 1. Consiste en la construcción de la losa inferior de la sección. Contiene las siguientes operaciones: colocación de la plataforma de sustentación de los encofrados de la dovela de pila incluyendo el montaje del encofrado inferior de la losa, montaje de los encofrados laterales de los alzados de la losa, ferrallado de la losa y posterior hormigonado de la losa. Para todas estas operaciones se suele disponer de una grúa torre colocada a pie de pila. Etapa 2. En esta etapa se encuentran las operaciones de ejecución de los alzados laterales y las riostras transversales. Como en la etapa 1 se ha encofrado la parte exterior, en esta etapa se realizan las siguientes acciones: ferrallado de los tabiques y alzados laterales de la sección, encofrados interiores, hormigonado y retirada de los encofrados interiores. Etapa 3. Esta etapa consiste en la ejecución de la losa superior. Las operaciones son las siguientes: apeo interior de la losa superior, colocación del encofrado interior sobre el apeo, ferrallado de la losa y hormigonado, desencofrado y retirada del sistema de sustentación del encofrado Operaciones Básicas de Ciclo Carro de Avance El carro de avance es el medio más común que se tiene para la construcción del puente por voladizos sucesivos. Es la zona de trabajo de los operarios, puede trasladar dovelas y colocarlas o trasladar los encofrados y hormigonarlas in situ. Los elementos del carro de avance son los siguientes: Vigas metálicas principales. Son los elementos portantes que se encargan de soportar las solicitaciones transmitidas por los encofrados y transmitirlas al tablero, donde deben estar ancladas. 24

24 Viga metálica transversal. Son dos vigas de celosía que se ubican transversalmente con respecto a las vigas principales proporcionando la capacidad portante al carro, capaz de soportar los esfuerzos y solicitaciones producidas por el hormigón y el peso propio de la estructura. Apoyos frontales. Están formados por las ruedas que permiten el desplazamiento de una dovela a otra, y un gato vertical sobre el que se apoya en la fase de hormigonado de la dovela, que permite nivelar el carro de avance antes de que comience el hormigonado. Anclaje trasero. El anclaje vertical permite evitar el vuelco que se podría producir por el peso del hormigón fresco. En el momento en el que el carro se comienza a desplazar, también existe la posibilidad de que se produzca vuelco si el centro de gravedad de todo el conjunto se encuentra por delante de las ruedas. En estas situaciones, la parte de atrás se debe anclar a la viga de rodadura con unas ruedas que hacen tope en el ala superior de la viga, la cual debe estar anclada al hormigón. Vigas de rodadura. Es la viga que utiliza el carro de avance para desplazarse de una dovela a otra. Cuando se ha pretensado la dovela recién terminada el carro de avance se apoya en el hormigón de la dovela por medio de los gatos de los que dispone, liberándose así de la viga de rodadura, la cual se puede desplazar hacia adelante para ocupar la nueva posición. Vigas y elementos que soportan el encofrado. Estos elementos forman un conjunto que garantiza el soporte de todos los encofrados utilizados para la ejecución de cada dovela: el exterior, el interior y la plataforma inferior. Las vigas encargadas de soportar se apoyan en la parte delantera en la dovela recién hormigonada. Pisos de trabajo. Son el espacio de trabajo de los operarios. Elementos auxiliares. Son los elementos que garantizan el correcto funcionamiento del carro. Como pueden ser: rodadura del encofrado interior, castillete para el apoyo del encofrado del voladizo en lanzamiento, equipo hidráulico, barras de cuelgue, anclajes, etc. Plataformas auxiliares. Sirve de soporte para los operarios que construyen la dovela. Tras el montaje de la dovela de pila, se incorpora el primer carro para la construcción de la dovela 1. Una vez finalizada el carro se desplaza para la construcción en voladizo de las dovelas sucesivas de dicho tramo. Así se libera la cabeza de pila para que pueda recibir al segundo carro que se ocupará de la construcción del tramo simétrico. Una vez se ha conseguido el montaje del carro, se deben hacer unas revisiones periódicas en el movimiento de los carros, sobretodo en dos momentos principales: 1. El movimiento de avance del carro. Durante el avance, el carro sufre las deformaciones y esfuerzos propios del movimiento en todos sus elementos, produciendo el desgaste de los mismos. Resulta importante ver que las placas de reparto están correctamente dispuestas sobre el hormigón y que estas mantengan la perpendicularidad con las barras de cosido. 25

25 2. El hormigonado. Esta es la fase en la cual el carro se encuentra sometido a los máximos esfuerzos. En esta fase se debe comprobar a su vez la estanqueidad de los encofrados y las plataformas de trabajo. Los equipos hidráulicos son los responsables de la realización de dos funciones diferenciadas: 1. Avance. Durante el avance del carro, el equipo se ve sometido a las solicitaciones producidas por el peso propio. Una vez que se ha montado el carro de avance y se ha anclado correctamente al tablero, se lanzan las vigas carril sobre la dovela hormigonada donde se deben anclar nuevamente. Posteriormente, se libera el carro de sus anclajes traseros y el mismo se va desplazando sobre las vigas hasta la siguiente posición de hormigonado y se vuelva a fijar al tablero. Durante este movimiento el carro recorre las vigas carril con los encofrados abiertos, apoyado en el conjunto de ruedas delanteras y sujeto por las traseras, impidiendo de esta manera que el centro de gravedad provoque el cabeceo. El encofrado interior se desplaza por medio de una viga carril que se encuentra situada bajo la losa superior del tablero, a la par del encofrado exterior. 2. Puesta en cota. En una primera fase, esta operación se realiza mediante equipos hidráulicos verticales, para luego utilizar la grúa torre para el último ajuste. Una vez que se ha desplazado el carro se procede a su posicionamiento. Para esta operación, primero se realiza su alineación en eje, que se ejecuta fijando el encofrado sobre la dovela anterior. Luego se procede a la corrección en planta y alzado de los puntos característicos Ejecución de las Dovelas A continuación se describen las operaciones para ejecutar una dovela con hormigonado in situ. Avance y fijación del carro. El ciclo comienza cuando el hormigón alcanza la resistencia necesaria para efectuar las operaciones de tesado. En ese momento se procede a hacer la separación del encofrado y al tesado de los cables de pretensado. Posteriormente, mediante el sistema hidráulico, avanza el carro junto a los encofrados interior y exterior. Tras el avance del carro, se anclan el encofrado inferior de la losa inferior y las alas de los encofrados laterales a la sección anteriormente ejecutada. A continuación se procede al posicionamiento del carro. Ferrallado de la losa inferior y de los hastiales de la sección. La ferralla de la sección se inicia montando la ferralla manualmente de la losa inferior sobre el encofrado inferior disponiendo de los separadores necesarios. Encofrado del resto de la sección. Tras finalizar el ferrallado de la losa inferior y de los hastiales de la sección, el encofrado interior se despliega y se sitúa en posición, sujetándolo en primer lugar a la zona delantera de la dovela anterior, tras lo cual se procede a referirlo al encofrado exterior de los hastiales. Ferrallado y colocación de vainas de la losa superior. En primer lugar se procede a la disposición de la armadura inferior de la losa superior con los correspondientes separadores. Las vainas de los cables de tesado se montan a continuación utilizando como referencia la ferralla colocada y sujetándolas a ella, para evitar la flotación con el hormigonado. El proceso de voladizos sucesivos precisa de dos 26