Pasarela peatonal sobre el río Llobregat a su paso por Sant Joan Despí y Sant Boi de Llobregat

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1 Eduacero. Una revista metálica estudiantil Pasarela peatonal sobre el río Llobregat a su paso por Sant Joan Despí y Sant Boi de Llobregat Marc Rodríguez Ares Graduado en Ingeniería de la Construcción marcrodriguezares2@hotmail.com RESUMEN En este artículo se plantea una pasarela peatonal en arco que permita unir los municipios de Sant Joan Despí y. Con esta pasarela se crearía un paso sobre el río Llobregat que permitiría dar continuidad a los carriles bici de los municipios así como a los caminos verdes que bordean el río. En los siguientes puntos se detalla el dimensionamiento estructural según las diferentes normativas, así como los materiales utilizados, las hipótesis consideradas para el cálculo y las comprobaciones estructurales realizadas. En el vídeo que se adjunta se puede ver el proceso constructivo de la pasarela así como una recreación en 3D de esta. Palabras clave: Puentes y pasarelas, Proyecto de estructuras metálicas 1. INTRODUCCIÓN E n los últimos años y cada vez con más fuerza, en cualquier Plan General de Ordenación Urbanístico se tiene en cuenta lo que se conoce como movilidad sostenible, una serie de actuaciones por parte de las administraciones para facilitar el acceso al trabajo, estudios o a los servicios del municipio priorizando el desplazamiento a pie, en bicicleta y en transporte público. municipios de Sant Joan Despí i Sant Boi de Llobregat. Es por eso, que el proyecto de la realización de una pasarela encima del río Llobregat nace de la necesidad de crear un paso sobre el río para dar continuidad así a los carriles bicis y en especial a los caminos verdes que bordean el río de los municipios de Sant Joan Despí con. Debido a lo comentado anteriormente sobre la movilidad sostenible, el proyecto de la pasarela se centra en peatones y otros usuarios como ciclistas. Este fenómeno se puede ver por ejemplo en diferentes propuestas por parte de los ayuntamientos para incentivar el uso de la bicicleta ( Dijous amb bici en el caso de Sant Joan Despí), o en diferentes actuaciones recientes, como por ejemplo la ampliación de los carriles bicis de Sant Joan Despí y Cornellà de Llobregat para dar continuidad así a estos dos municipios. Con este proyecto se quiere dar también esta continuidad, en este caso entre Sant Joan Despí y. Tal y como se ve en la imagen (Fig. 1) hay una falta de continuidad entre los Fig.1: Carriles bicis de los municipios

2 Con la construcción de esta pasarela se quiere potenciar la zona del Llobregat como punto de interés para deportistas, sean corredores o ciclistas, creando así un lugar idóneo y seguro fuera de los grandes municipios para realizar actividad física sin la necesidad de desplazarse excesivamente. 2. SOLUCIÓN ADOPTADA La configuración final adoptada para realizar la pasarela debe respetar los condicionantes para la cual se ha proyectado. Para llegar a esta configuración final se realiza un análisis de alternativas según un análisis multicriterio. Algunos de estos criterios son su utilidad (ciclistas y peatones), el valor paisajístico que se quiere dar a la zona, la valoración económica o la dificultad técnicaconstructiva. La solución adoptada es una pasarela en arco con tablero intermedio con una longitud de 90 metros y con una relación longitud-flecha de 1/5 en el arco. Como es una estructura de tablero intermedio, queda una parte del tablero en voladizo a lado y lado. La pasarela consta de un solo arco pero con la peculiaridad de que este no tiene la misma directriz del tablero, sino que se proyecta como un elemento que cruza la pasarela de forma diagonal tal y como se ve en la figura 2. Fig.2: Representación de la solución adoptada El tablero está formado por un entramado metálico con perfiles HEB que consta de dos vigas longitudinales y un seguido de vigas transversales cada metro y medio de un perfil más pequeño. Además se colocan unas vigas en forma de chapa diagonalmente cada 4,5 metros para dar rigidez lateral a la estructura. El tablero tiene un ancho de 4 metros debido a que se estima que con este ancho se puede solucionar la densidad de tráfico de la zona, ya que se podría dar la confluencia de dos bicicletas y a la vez tener espacio suficiente para un peatón. Encima del entramado metálico se colocan listones de madera como pavimento de la estructura. La unión del tablero con el arco se realiza mediante péndolas. El tablero de la estructura se apoya en los extremos en sus respectivos estribos de hormigón armado sobre elementos de neopreno zunchado. El arco en cambio, se inserta en el terreno mediante cimentación profunda formada por micropilotes. 3. SOFTWARE Y NORMATIVA 3.1. Análisis de la estructura Para el estudio de la zona hidrológicamente se utiliza el software HEC- RAS[1], con el cual se realiza un modelo de la zona y se analiza mediante los caudales correspondientes consultados en L Agència Catalana de l Aigua. La estructura se analiza mediante el software informático Midas Civil [2]. Introduciendo la geometría de la pasarela en un modelo 3D y las acciones que actúan sobre esta, se puede analizar cómo responderá la estructura bajo la combinación de las diferentes acciones y conocer así los esfuerzos más desfavorables para cada elemento Normativa Las acciones que se deben considerar son las que se especifican en la Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carreteras, IAP-11 [3]. En esta normativa también se especifican las combinaciones de cargas que se deben realizar. Una vez encontrados los esfuerzos, se deben realizar las comprobaciones necesarias según los requerimientos que especifican la EAE [4] para elementos metálicos, la IAP-11 para los estados límite de servicio y la EHE-08 [5] para los elementos de hormigón. Para el sismo, la normativa es la NCSP-07 [6]. El software DimCelsa [7] se utiliza en la comprobación de los elementos estructurales una vez conocidos los esfuerzos.

3 4. SECCIÓN, ACCIONES Y CONSIDERACIONES INICIALES 4.1. Definición de la sección y materiales Tal y como se ha comentado, la sección está formada por perfiles de acero estructural. Los perfiles longitudinales son perfiles HEB 340 de acero S235 laminado. Referente a los perfiles transversales cada metro y medio, estos son un perfil HEB 220. La unión de estos perfiles se realiza mediante una soldadura entre la sección del perfil transversal y el espacio entre las alas del perfil longitudinal. En la figura 4 se puede ver este aspecto. Para acabar con la sección transversal, la chapa colocada inferiormente a estos perfiles para dar rigidez lateral a la estructura, es una chapa de espesor 6 milímetros y el tablero de la estructura está compuesto por listones de madera laminada encolada GL 32h. Fig.3: Sección de la pasarela Fig.4: Unión perfiles de la sección del tablero Tanto los estribos como los encepados de los micropilotes están realizados con hormigón HA-30/20/B/IIa con acero pasivo B500S Acciones Para el valor característico de las acciones se ha considerado un peso específico de 25 kn/m 3 para el hormigón y de 78,5 kn/m 3 para el acero. El valor de la carga permanente no estructural, el cual considera el peso del tablero de madera (con un peso específico de 7 kn/m 3 ) y las barandillas, se ha estimado en 1,9 kn/m. La sobrecarga de uso al tratarse de una pasarela peatonal es de 5kN/m 2 distribuida uniformemente por el tablero. El cálculo de las acciones del viento se realiza según [3] donde hay tres empujes a tener en cuenta, empuje vertical y transversal sobre el tablero, y un empuje longitudinal. Por último se tiene en cuenta el gradiente térmico y la posibilidad de nieves con una sobrecarga de 0,32 kn/m 2. Conocidos los parámetros del suelo mediante el estudio geotécnico, se calcula la aceleración según [6], y debido a que esta es superior a 0,04g (0,055g), se debe comprobar la estructura bajo esta aceleración 4.3. Consideraciones iniciales Tal y como se especifica en [3] no se deben tener en cuenta todas las acciones simultáneamente. Por eso, se realizan todas las combinaciones posibles entre las cargas teniendo en cuenta el efecto dominante o concomitante de las diferentes acciones, y las diferentes consideraciones de [3] como por ejemplo que cuando se tenga en cuenta la acción del viento como dominante, no se debe tener en cuenta la actuación de la sobrecarga de uso. Para introducir las cargas en el modelo realizado según [2] para poder estudiar la estructura, se debe tener en cuenta como implementar las cargas para que el modelo se parezca lo máximo a la realidad. Es por eso, que como el pavimento de madera se apoya sobre los perfiles transversales, y como en este pavimento es donde se aplica la sobrecarga de uso, tanto el peso propio de los listones de madera como el valor característico de la sobrecarga de uso, se distribuirá en los perfiles transversales teniendo en cuenta el área tributaria que debe resistir cada viga. El apoyo del tablero se realiza sobre elementos de neopreno zunchado sobre los estribos. Por lo tanto se considera que el tablero está apoyado en sus cuatro extremos donde se permiten ciertos movimientos tal y como se ve en la figura 5. Por otro lado, el arco está empotrado directamente al terreno mediante un

4 encepado que permite la unión de los micropilotes prefabricados. Fig.5: Movimientos permitidos en los apoyos del tablero Para conocer la rasante de la pasarela, se realiza un estudio hidrológico de la zona con el software [1] y se estima el gálibo mínimo de la pasarela para poder determinar la rasante de la pasarela. Por último, la pendiente transversal que tiene el tablero se desprecia para el cálculo. 5. COMPROBACIONES RELATIVAS A LOS ELS 5.1. Estado límite de deformaciones Para el dimensionamiento bajo el estado límite de servicio de deformaciones se considera la combinación más desfavorable posible según las combinaciones planteadas. Según [3], el control de las deformaciones en pasarelas tiene que garantizar la apariencia y la funcionalidad de la obra evitando efectos dinámicos no deseados, imperfecciones visuales no adecuadas de la geometría o sensaciones que afecten al usuario entre otras. Para evitar estos efectos, establece una limitación de la flecha correspondiente al valor frecuente de la sobrecarga de uso de L/1200. Para la combinación más desfavorable se produce una flecha de 6,2 centímetros. Con una longitud de tablero de 90 metros, y teniendo en cuenta la limitación de L/1200 comentada, la flecha máxima permitida adquiere un valor de 7,5 centímetros, por lo que se cumple el ELS de deformación Estado límite de vibraciones Se debe verificar que no se produzcan vibraciones que causen vibraciones desagradables o que causen inquietud. Para eso, la IAP-11 considera verificado el estado límite de vibraciones en pasarelas peatonales si sus frecuencias naturales no están comprendidas entre los valores de 1,25 y 4,60Hz. Con el software [2] se realiza un estudio dinámico de la estructura para estudiar las frecuencias asociadas a los modos propios de oscilación de la pasarela. La frecuencia asociada al primer modo de vibración es de 1,17 Hz y por lo tanto queda verificado el estado límite de vibraciones. 6. COMPROBACIONES RELATIVAS A LOS ELU Las comprobaciones de los ELU se realizan diferenciando los diferentes elementos de la estructura. Para el arco y las péndolas las comprobaciones se realizan según [4] mientras que para los elementos longitudinales y transversales se utiliza el software informático DimCelsa [7] Sección arco Al tratarse de un elemento tubular, la clasificación de la sección se realiza en función del diámetro y del espesor tal y como especifica [4] con un valor de 66,66. Como 66,66 70 la sección es clase 2 y el análisis de la sección se realiza con las características plásticas de la sección. Para cada elemento del arco característico (la pieza con máxima compresión, la pieza con máxima flexión positiva en un eje u otro, la pieza con máxima flexión negativa en un eje u otro y la pieza con más esfuerzo cortante) se debe comprobar todos sus esfuerzos así como la interacción de éstos. La compresión se verifica según (1) siendo A el área de la sección, f y el límite elástico con un valor de 235 N/mm 2 y γ el coeficiente parcial para la resistencia de las secciones transversales con un valor de 1,0., (1) La flexión tanto negativa como positiva y en los dos ejes, se analiza para clase de sección 2 según (2) donde W pl es el módulo

5 resistente plástico (dependiendo el eje uno u otro) y los otros parámetros ya son conocidos., (2) global con Midas Civil [1], nos da el factor por el cual se deberían multiplicar las cargas para que se produjera el pandeo del arco para los diferentes modos de pandeo. El cortante se verifica según (3) donde A v es el área a cortante que para secciones tubulares de espesor constante es dos veces el área de la sección partido el número pi., 3 (3) Al tratarse de una sección cerrada solo está sometida a torsión uniforme la cual tiene en cuenta la resistencia a cortante de la pieza con un coeficiente de reducción de la capacidad resistente que depende del momento torsor que se produce. Por lo tanto, se debe verificar (4).,, 1,, (4) Donde, es el cociente entre el momento torsor producido y del módulo resistente a torsión (el cual es dos veces la sección media de la sección por su espesor). Por último, para verificar la resistencia de la sección se deben realizar las interacciones entre éstos 4 esfuerzos calculados tal y como indica [4]. Todos los esfuerzos calculados cumplen sus requisitos así como las diferentes interacciones. Una vez verificados los criterios resistentes de la sección arco se realiza la comprobación de la estabilidad del arco. Debido a que es una sección cerrada se omite el pandeo lateral por flexión y por torsión. Al tratarse de una estructura arco no se puede comprobar la inestabilidad según el axil crítico de Euler, y por lo tanto se decide realizar un estudio aislando la parte del arco de la estructura global (toda la pasarela). Para realizar esto, se calculan las tracciones que resisten las péndolas y que se transmiten al arco, y se aplican sobre una estructura que solo tiene en cuenta el arco. Estudiando la inestabilidad Fig.6: Modos de pandeo del arco Modo pandeo Método pandeo Factor 1 Fuera del plano 2,16 2 Fuera del plano 2,92 3 En el plano 3,25 4 En el plano 5,31 Tabla 1: Métodos de pandeo y factor para el pandeo Debido a que las cargas que se aplican a la estructura son máximas porque vienen definidas según [3], y que encima se ponderan por factores de seguridad que las mayoran, es complicado pensar que las cargas establecidas se pudiesen multiplicar por un factor de 2,16 para que se produjera el pandeo. Es por eso, que a falta de otros recursos y al tratarse de un proyecto académico, se acepta como comprobación al pandeo este método y se verifica la inestabilidad del arco Otros elementos Para la comprobación de los elementos longitudinales y transversales que forman el tablero metálico, se utiliza DimCelsa [7] con el cual se comprueban sus secciones más críticas (esfuerzos mayores). En el programa se deben introducir los esfuerzos que sufren las secciones más críticas así como la geometría de estas

6 secciones. Además, se debe tener en cuenta la longitud crítica de pandeo para poder verificar la inestabilidad de la estructura. Para los elementos longitudinales se coge una longitud crítica en el eje longitudinal igual a la distancia entre 3 elementos transversales (4,5m) ya que cada 3 elementos transversales se une una de las péndolas que unen el arco y el tablero. En el otro eje, la longitud crítica es la distancia entre elementos transversales (1,5m). En cambio, para los elementos transversales la longitud crítica en las dos direcciones es la misma, el ancho del tablero (4m) Estribos Estos elementos se dimensionan para resistir los esfuerzos transmitidos por el tablero así como las fuerzas de empuje del terreno. Se dimensionan según 3 factores de seguridad: frente al vuelco, frente al deslizamiento y frente al hundimiento. Una vez calculada la geometría que deben tener estos estribos para garantizar estos 3 factores de seguridad se calcula la armadura necesaria según [5] para garantizar que la estructura de hormigón resista las cargas necesarias. Una vez verificados estos elementos, se comprueba las péndolas según [4]. Las péndolas se deben verificar a tracción Sismo Tal y como se ha dicho anteriormente, la estructura debe ser verificada bajo acción sísmica. Se realiza un estudio vibratorio de la estructura bajo la acción de su peso propio, las cargas muertas y la sobrecarga de uso para saber la masa que vibra de la estructura. Según la normativa [6], debe ser estudiado aquellos modos donde su contribución a la respuesta estructural sea significativa. Es por eso, que se deberán verificar aquellos modos que muevan más de un 90% de la masa total de la estructura. En el caso de superar este porcentaje, se deberá calcular la fuerza que provoca la aceleración sísmica calculada anteriormente según los parámetros del suelo (0,055g). Realizando un estudio vibratorio con [2], se llega a la conclusión que para los 4 primeros modos de vibración no se mueve más de un 60% (en el eje vertical) y por lo tanto, la situación accidental provocada por el sismo no es necesaria según [6]. 7. CIMENTACIONES Tal y como se ha explicado al definir la solución adoptada, se diferencian dos tipos de cimentaciones, unas para el tablero, y otras para el empotramiento del arco. Fig.7: Armadura del estribo Por último, se dimensionan los elementos de neopreno zunchado en los cuales se apoya el tablero Cimentación profunda Para el arco, se realiza una cimentación profunda formada por micropilotes prefabricados. En esta cimentación se debe calcular la cantidad de micropilotes necesarios así como su disposición óptima y su longitud. Además, se debe dimensionar el encepado. Para la disposición óptima de los micropilotes se debe verificar que el pilote más cargado no supere el tope estructural, que para elementos prefabricados con un diámetro 35 centímetros es de 721,58 kn. El pilote más cargas se calcula según (5) donde V es el axil total, n es el número de micropilotes, M x y M y

7 los momentos actuantes, x i y y i las distancias desde el centro de ejes a los pilotes, y alfa el ángulo desde el centro de ejes al pilote más alejado. (5) Se estima, que la disposición que más se ajusta al tope estructural sin pasarlo es una disposición 3x4. Para conocer la longitud de los micropilotes se consulta el estudio geotécnico de la zona para conocer la carga por fuste y por punta del terreno y conocer así la longitud mínima necesaria para poder transmitir los esfuerzos al terreno. Una vez conocida la distribución óptima, se realiza el encepado según las consideraciones de [5]. 8. PRESUPUESTO Se estima un presupuesto total, y una vez aplicados los gastos generales (6%), el beneficio industrial (13%) y contando el porcentaje de IVA, el presupuesto de ejecución por contrato asciende a ,79, presupuesto que equivale a por metro cuadrado. 9. REFERENCIAS [1] HEC-RAS [2] Midas Civil [3] Instrucción sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera (IAP-11). [4] Instrucción de Acero Estructural (EAE). Ministerio de fomento [5] Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. Ministerio de fomento Fig.8: Armadura en dirección X de la cara inferior del encepado [6] Norma de Construcción Sismoresistente: Puentes (NCSP-07). Ministerio de fomento [7] DimCelsa