Prefabricación de puentes: Un sueño o un reto de futuro. Prefabrication of bridges: a dream or a real challenge for the next future.

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1 Prefabricación de puentes: Un sueño o un reto de futuro. dream or a real challenge for the Hugo Corres Peiretti RESUMEN La evolución del mercado de la construcción ha cambiado las condiciones de contorno de la industria de la prefabricación, reto al que ha empezado a adaptarse la industria y deberá resolverse en los próximos años. En España la industria de la prefabricación ha sido pionera en esta evolución, mostrando una gran flexibilidad y capacidad de adaptación, habiendo comenzado a proponer, desde hace tiempo, soluciones técnicamente innovadoras, económicamente competitivas y estéticamente adaptadas a los nuevos requerimientos exigidos. INTRODUCCIÓN Durante mucho tiempo la prefabricación de tableros de hormigón ha estado compartimentada en dos grandes apartados. El primero, relativo a la utilización de vigas prefabricadas, generalmente doble T, con luces de hasta 35,0 o 40,0 m, para resolver los puentes normales. El segundo, relativo a la utilización de dovelas prefabricadas, asociado generalmente a la construcción sobre cimbra provisional o en avance en voladizo, cuando las luces necesarias sobrepasaban los 40,0 m. La frontera entre ambas tipologías no era tan clara. El rango de los 40,0 a los 70,0 m de luz resultaba excesivamente grande para la prefabricación de vigas longitudinales, pues las vigas resultaban muy pesadas e inmanejables salvo en casos muy particulares. Por el contrario, para la prefabricación por dovelas, con tantas juntas transversales y debido a la necesidad de utilizar medios de montaje sofisticados, el rango resultaba excesivamente pequeño. Esta situación conducía a que Página 1

2 normalmente este ámbito de luces se resolvía con sistemas y tipologías diferentes. El primer tipo de tableros, los que utilizan vigas prefabricadas que saltan de una vez la distancia entre los apoyos definitivos, es un procedimiento muy bueno que se ha repetido sucesivamente a lo largo de la historia de la construcción: desde el tablero realizado por troncos de madera, hasta los realizados en acero y hormigón pretensado. En España, este procedimiento se desarrolló rápidamente con el establecimiento de grandes fábricas de prefabricación extendidas por el país que abastecieron un mercado de puentes muy importante, necesario para satisfacer la necesidades de un país que estaba bastante retrasado en materia de infraestructura vial debido a la Guerra Civil y a sus consecuencias. El desarrollo de la prefabricación fue espectacular, pues desde la prefabricación exclusiva de las vigas se pasó a la prefabricación total del puente. En este sentido, Dragados y Construcciones fue una empresa pionera en la prefabricación de elementos de cimentación, pilas, vigas, impostas y cabezales en los puentes de las primeras autopistas. Las vigas eran simples, con sección en simple T, aptas para los medios de izado disponibles en esos momentos. Con este procedimiento Dragados realizó un gran número de puentes e incitó a otras empresas a lanzarse a la prefabricación. Figura 1. Vista general del puente de Riaño construido en un tiempo record y con todos sus elementos prefabricados, construido en 1985 [1]. Página 2

3 La prefabricación por dovelas, asociada a la construcción en avance en voladizo, se utilizó asimismo muy pronto en España. En 1962 se construyó el puente de Almodóvar sobre el río Guadalquivir, proyectado por D. Carlos Fernández Casado. Se trata de un puente cajón de 70,0 m de luz que utilizaba dovelas muy pequeñas, de menos de 10,0 toneladas de peso que se montaban con la ayuda de un blondín. Otro ejemplo interesante que utilizó esta tecnología, a principios de los 70, fue el puente de Castejón sobre el río Ebro, un maravilloso puente atirantado de 120,0 m de luz también proyectado por D. Carlos Fernández Casado. En esa época se realizaron las uniones entre dovelas con juntas húmedas o secas con resina epóxi. Figura 2. Puente sobre el río Ebro en Castejón, construido en 1978 [2]. Página 3

4 Desde esta primera experiencia, la prefabricación por dovelas de puentes de gran luz ha adquirido un enorme desarrollo, no sólo para puentes rectos construidos por avance en voladizo, sino para puentes arco y atirantados. Figura 3. Puente de el Centenario en la autovía de circunvalación SE-30 de Sevilla, construido en 1990 [2]. Página 4

5 Figura 4. Viaductos de dovelas prefabricadas construidas por avance en voladizo por Fomento de Construcciones y Contratas, en la última década [3]. PLANTEAMIENTOS ACTUALES EN LA PREFABRICACIÓN DE TABLEROS DE HORMIGÓN La prefabricación por dovelas para puentes construidos en avance en voladizo, como sistema general de construcción de tableros de gran luz, seguirá previsiblemente con su desarrollo natural, así como la prefabricación de dovelas colgadas de cimbras móviles o apoyadas sobre cimbra fija, para puentes de luces moderadas. Sin embargo, estos sistemas tienen demasiadas juntas y anclajes y los sistemas necesarios para construirlos son muy sofisticados, con lo que su utilización requiere grandes medios, generalmente vinculados a las empresas constructoras que los han adquirido y puesto a punto. La prefabricación de tableros con vigas ha experimentado una evolución vertiginosa, en todas las direcciones y ofrece soluciones de gran calidad estética y de posibilidades tipológicas hasta hoy desconocidas. En cuanto a la sección transversal, desde las propuestas iniciales constituidas por un conjunto de vigas prefabricadas doble T se ha pasado a la utilización de vigas artesa con forma de U, más pesadas, con gran separación entre ejes, que van de 5,0 ó 6,0 m a 12,0 m, utilizando placas superiores prefabricadas, que constituyen un encofrado colaborante de la losa superior que se completa con un hormigonado in situ. Estas soluciones permiten eliminar completamente los cabezales sobre pila de los tableros de viga doble T. Entre 10,0 y 12,0 m de anchura, valor normal en una vía de autopista o un paso superior, las secciones de cajón monocelular se han impuesto, consiguiendo unos acabados excelentes. Página 5

6 Figura 5. Paso superior de autovía prefabricado por ALVISA [4]. Para estructuras más anchas se acude al apuntalamiento del voladizo con elementos lineales o placas. En la figura 6 se muestra un ejemplo de construcción reciente. Figura 6. Paso superior de la M-45 sobre la N-IV. Desde el punto de vista longitudinal, la evolución no ha sido menos vertiginosa y esperanzadora. Las soluciones con continuidad se han impuesto, lo que ha mejorado notablemente el comportamiento estructural, la apariencia y las condiciones de durabilidad. La prefabricación española actual ofrece soluciones de canto constante, canto variable y soluciones curvas con gran complejidad geométrica, tal como se muestra en la figura 7. Página 6

7 Figura 7. Distintos ejemplos de puentes prefabricados continuos de planta recta y curva, de canto constante o variable prefabricados por PACADAR [5]. Un ejemplo muy representativo, para viaductos de luces moderadas, de todos estos planteamientos es el Viaducto de la Acebosa en la autovía del Cantábrico [6][7]. Este viaducto fue construido por Dragados y Construcciones, dentro de la UTE SAN VICENTE, proyectado por Carlos Fernández Casado SL y prefabricado por DRACE del Grupo Dragados. Figura 8. Vistas general y de detalle del puente construido [7]. Se trata de dos viaductos paralelos de 210,0 m de longitud, con luces de 36,8 + 3 x 45,0 + 36,8 m, y 13,6 m de anchura. Cada puente es un dintel continuo de cinco vanos, cuya sección transversal está formada por una viga longitudinal prefabricada, de directriz curva con radio m, de 2,15 m de canto y 4,43 m de anchura. Su forma es trapecial con borde inferior curvo de 7,50 m de radio. Las almas son de 0,25 y 0,35 m de espesor. Longitudinalmente existen dos tipos de vigas: una correspondiente al apoyo, de 14,95 m y otra situada en el centro de los vanos, de 29,95 m. La continuidad de ambas unidades se Página 7

8 produce por medio de una armadura pasiva y un ligero pretensado con armadura (barras) postesas, a fin de obtener una viga continua. Para completar la anchura total del tablero, se disponen células transversales prefabricadas, de 5,55 m de voladizo y 2,48 m de anchura, aligeradas. Sobre la viga central se coloca una losa prefabricada, de 0,07 m de espesor, que permite situar la armadura pasiva y el hormigón que solidariza el conjunto. Las células llevan en su parte inferior dos resaltes semicilíndricos que se alojan en los correspondientes negativos, existentes en las vigas. Esta unión a hueso, trabajando a compresión, en la zona inferior, se completa con otra superior donde dos barras de 25 lo hacen a tracción, unidas a la viga longitudinal en unos cajetines dispuestos en la misma. El pretensado longitudinal de las vigas principales extremas, está formado por 139 0,6" inferiores y 4 0,6" superiores, y las intermedias por 155 0,6" y 4 0,6", respectivamente. El de las de 14,95 m, situadas sobre las pilas, tiene dos fases, una en fábrica con 26 0,6" superiores y 4 0.6" inferiores, y otra, en obra, formada por 4 tendones de 9 0,6". El tesado se realizó con la pieza en el suelo antes de ser izada. La unión de continuidad entre las distintas vigas se produce, básicamente, con una armadura pasiva formada por B 500S, y el tesado in situ de 4 barras Ø40 (835/1030), que garantizan un estado de compresión mínimo inicial. A continuación, se coloca la armadura pasiva que formaliza la continuidad del tablero tanto en dirección longitudinal como transversal. En la zona de la losa, correspondiente a la unión entre elementos, se efectúa otro tesado, exactamente igual al de unión 4Ø40 (835/1030). Las pilas tienen una sección curva apuntada con 2,00 m de espesor y 2,75 m de canto, el cual se ensancha en la parte superior, hasta 4,90 m, para recibir el dintel. La altura es variable siendo la máxima de 26,58 m y la mínima de 14,17 m. En cabeza, se han dispuesto dos apoyos de neopreno de 900 mm de diámetro y la cimentación está constituida por zapatas rectangulares de 9,00 x 8,50 m y 2,20 m de espesor, apoyando directamente en el terreno. Por último, los estribos están formados por dos cuchillos transversales de 1 m de espesor, con una altura aproximada de Página 8

9 12,20 m y canto variable entre 1,80 y 3,00 m. Los dos tabiques están separados entre sí 5,60 m, apoyándose sobre una zapata corrida de 9,60 m de largo, 9,40 m de ancho y 1,50 m de canto. Para recoger el tablero sobre los cuchillos, se disponen unas vigas transversales de sección en "L" de 3,75 m de canto y 1,80 m de ancho. En la parte superior, se sitúa la losa de transición, sobre un peto transversal de 0,50 m de espesor. El número de unidades diferentes prefabricadas fue el siguiente: - 8 vigas sobre pila de 14,95 m de longitud y 150 t de peso; - 6 vigas de vanos intermedios de 29,95 m de longitud y 170 t de peso; - 4 vigas de vanos extremos de 29,95 m de longitud y 190 t; ménsulas para voladizos laterales de 5,55 m de longitud y 11 t de peso; placas de encofrado perdido de 3,50 x 1,25 m; m de defensa rígida en módulos de 7,50 m. En la figura 9 se muestran algunos detalles de los encofrado sutilizados para la fabricación de las vigas de apoyo y centrales y las ménsulas laterales. Figura 9. Detalle de los encofrados de las vigas y elementos laterales y montaje en blanco en la planta de prefabricación [7]. Página 9

10 El tablero de los viaductos se ha construido siguiendo el siguiente proceso constructivo: - Colocación de las vigas sobre pilas. - Colocación de las vigas intermedias. - Ejecución de las juntas de continuidad. Esta tarea comporta la colocación de un encofrado interior y exterior, vertido del mortero de solera, colocación de la ferralla de unión y vainas de pretensado, vertido del mortero lateral, soldado de chapas de unión de entre vigas contiguas, hormigonado de la unión y postesado e inyección de las barras. - Colocación de los elementos laterales de los voladizos. - Hormigonado de la zona sobre la pila y pretensado. - Hormigonado del resto del tablero. En la figura 10 se muestran, secuencialmente, las distintas etapas de construcción de los viaductos. Página 10

11 Figura Distintas etapas la ejecución de los voladizos [7]. Otro ejemplo igualmente notable es el del viaducto sobre el río Mente en la Autopista de las Rías Bajas [6]. Este viaducto fue prefabricado por ALVISA y proyectado por Carlos Fernández Casado SL. Figura 11. Vistas generales del viaducto sobre el río Mente terminado [6]. Se trata de un viaducto de 480,0 m de longitud total, con luces de 30,0 + 30,0 + 60,0 + 90,0 + 90,0 + 90,0 + 60,0 + 30,0 m, y 24,0 m de anchura. Es un viaducto que tiene una gran complejidad geométrica porque es curvo en planta, con una parte de radio Página 11

12 constante de 2.000,0 m y el resto con clotoide de parámetro 400,0 m, y peralte variable con un valor máximo de 5,7 %. El tablero transcurre asimismo a unos 90,0 m de altura, sobre el terreno. El tablero está resuelto con dos vigas en U de 30,0 m de longitud y 1,75 m de canto, que se incrementa hasta los 2,35 m con las losas prefabricadas superiores. En los vanos extremos de 30,0 m, estas vigas se apoyan en sendas pilas. En los vanos principales se ha optado por una pila única con puntales, situados espacialmente, que permiten resolver la luz de 90,0 o 60,0 m con vigas de 30,0 m. La pila de los vanos principales es de sección transversal octogonal de 6,4 6,0 m. Los puntales de 26,0 m de longitud son de sección rectangular variable, entre 1,2 1,2 m, en su arranque, hasta 2,75 0,5 m, en su unión con las vigas. La sección es hueca, con paredes de 0,15 m salvo en los extremos, que se macizan. Estos puntales se suben con una gran grúa y se atirantan provisionalmente a la pila. El nudo de unión del puntal con el pilar se resuelve con una simple rótula cilíndrica de 50,0 cm de radio. Para proteger los bordes de la rótula durante las operaciones de montaje, se recubrió con una chapa metálica de acero inoxidable. En el nudo de unión entre el puntal y las vigas, éstas se apoyan simplemente, con una rótula tipo Freyssinet sobre el puntal. Para garantizar el buen el buen funcionamiento esta unión se proyectó una viga riostra que recogiese la componente horizontal transversal. Este elemento también es prefabricado y está unido a las vigas longitudinales por pretensado. Las vigas longitudinales de 30,0 m son pretensadas en fábrica y postesadas posteriormente. La unión longitudinal de continuidad entre vigas se realizó por un procedimiento similar al utilizado en el viaducto de la Acebosa. Otro nudo significativo es la unión de las vigas con la pila central. Las vigas se enhebraron con armadura pasiva vertical para producir un empotramiento transversal, necesario durante la construcción. Página 12

13 Desde el punto de vista constructivo debe resaltarse el hecho de que todo el viaducto se ejecutó en tres meses y medio. El proceso seguido fue el siguiente: - Construcción de la pila, utilizando encofrado trepante tradicional. - Levantamiento de los puntales prefabricados, atirantamiento a la pila y nivelación. Su peso es del orden de 90,0 toneladas. - Izado de las vigas prefabricadas que se apoyan en la pila, enhebrándose con la armadura dejada al efecto y apoyándose en el puntal. Su peso es del orden de 150 toneladas. - Hormigonado de la conexión puntal-viga. - Elevación de la viga riostra entre puntal y hormigonado de la unión. - Pretensado transversal de la viga. - Eliminación de los tirantes provisionales. - Colocación de las prelosas sobre las vigas colocadas. - Hormigonado y pretensado de la zona central de las vigas longitudinales. - Elevación de las vigas centrales y cosido por de la unión mediante pretensado. - Colocación de las losas prefabricadas transversales. - Hormigonado del resto del tablero. - Enhebrado y pretensado de cables a través de la losa superior y las vigas, de uno a otro lado del puente. Figura 12. Secuencias de montaje del viaducto [6]. Página 13

14 Figura 13. Vistas del viaducto en distintos momentos de la construcción [6]. PREFABRICACIÓN DE OBRAS SINGULARES. TABLEROS DE LOS VIADUCTOS DE ACCESO AL PUENTE PRINCIPAL DEL PUENTE DE ÖRESUND ENTRE DINAMARCA Y SUECIA Este es otro ejemplo muy singular de prefabricación realizado en España. Se trata de los tableros de los viaductos de acceso al puente principal del puente de Öresund, entre Dinamarca y Suecia. Esta unión fija, terminada en julio de 2000, ha constituido uno de los proyectos más importantes de Europa en los últimos tiempos, haciendo realidad un sueño de más de cien años. Página 14

15 Figura 14. Vista aérea del enlace de Öresund [8]. El puente de Öresund está formado por un tramo central atirantado, de m de longitud, y dos viaductos de aproximación de y m de longitud, respectivamente. Las condiciones de emplazamiento y construcción de la obra imponían unas exigencias muy importantes temperaturas mínimas de -20º C, ambiente marino, durabilidad exigida de 100 años, plazo de ejecución muy condicionado, etc. que condujeron naturalmente a soluciones prefabricadas en sitios de condiciones metorológicas y medioambientales idóneas. El Grupo Dragados SA fabricó en Cádiz los tableros de los distintos vanos, 42 tramos de 140,0 m de longitud y 7 tramos de 120,0 m de longitud [8]. En la figura 14 se muestra una vista aérea de las instalaciones donde se fabricaron los tableros, con una superficie de m 2 y m 2 de talleres cubiertos de fabricación. Figura 15. Vista y esquema de fabricación de los tableros [8]. Página 15

16 Las fases de construcción de la estructura metálica fueron las siguientes: - Prefabricación en taller de los componentes metálicos: barras y nudos. - Montaje y ensamblaje de los cuchillos laterales al aire libre. - Montaje y ensamblaje de la estructura metálica completa al aire libre. - Comprobación de coincidencia de cordones superior e inferior con el tramo anterior. - Pintado en nave cerrada de la estructura metálica. Figura 16. Distintas etapas de la construcción estructura metálica [8]. Las fases del a construcción del tablero de hormigón han sido: - Prefabricación al aire libre de la ferralla y postesado. - Colocación del encofrado interior y de la ferralla, armadura pasiva y activa, antes de pasar a la nave de hormigonado. - Colocación del encofrado exterior, hormigonado, tesado del postesado trasnversal y retirada del encofrado exterior, dentro del a nave de hormigonado. - Retirada del encofrado interior, inyección de vainas y relleno de cajetines del postesado, después del a nave de hormigonado. - Acopio de tableros y embarque en la pontona. Página 16

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18 Figura 17. Distintas etapas de la construcción de la losa de hormigón [8]. El proceso de transporte y ensamblado de tableros se realizaba con las siguientes secuencias: - Transporte por mar hasta el centro de almacenamiento de Malmö. - Transporte mediante grúa Svanen hasta el lugar de emplazamiento definitivo. - Izado y posicionamiento de los tableros sobre las pilas mediante grúa Svanen. Figura 18. Transporte y montaje del tablero [8]. Página 18

19 Las mediciones más relevantes de esta obra son: m 3 de hormigón, toneladas de acero estructural, toneladas de acero corrrugado y toneladas de acero de pretensar. En abril de 1996 se iniciaron los trabajos para construir los tableros; la losa del primer tramo se hormigonó en agosto de 1997 y el último tramo se acabó en mayo de CONSIDERACIONES FINALES La prefabricación de puentes ha experimentado un enorme avance en el último período. Se ha pasado de la oferta de un catálogo cerrado de soluciones, generalmente lineales-, a la oferta de un sistema más abierto y versátil. La prefabricación en España goza de muy buena salud y es pionera en Europa. Las soluciones que ofrece son versátiles, técnicamente muy interesantes, formalmente atractivas y económicamente competitivas. AGRADECIMIENTOS El autor de este trabajo quiere agradecer explícitamente la amabilidad de Javier Manterola, Fernando Hue, Juan Avello, Javier Sánchez del Río, Manuel Burón y José Ignacio González Esteban por la amabilidad de suministrar el material gráfico y muchas de las ideas y datos que aquí se presentan. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Viaducto de Riaño. Variante CN-621 de León a Santander. Provincia de León. DRAGADOS [2] Puentes de España. Grupo FCC [3] Álvarez, J.L.; González, J.I.; Primer Congreso Nacional de Prefabricación. Construcción de Viaductos de Dovelas Prefabricados. Madrid 22, 23 y 24 mayo [4] Catálogo de ALVISA [5] Burón, M.; Peláez, M.; Lorenzo, J.M.; Escudero, J.L. Primer Congreso Nacional de Prefabricación. Puentes Prefabricados para Carretera. Tableros Continuos de Canto Constante o Variable y en Arco. Madrid 22, 23 y 24 mayo Página 19

20 [6] Manterola, J.; New Ideas for the prefabrication of prestressed concrete decks. Encord Workshop. Design and Construction of Non-Standard Bridges formed by different types of prefabricated elements and materials. Madrid, June 15-16, [7] Sánchez del Río, J. Viaducto de La Acebosa. II Congreso ACHE de Puentes y Estructuras de Edificación. [8] Serrano G.; Obregón, J.; Rodríguez, J.; Trigo, P.; Hue, F.; Peset, L. Fabricación de Tableros para el Puente de Öresund entre Dinamarca y Suecia. I Congreso ACHE de Puentes y Estructuras de edificación. [9] Peset, L.; Serrano, G.; Barceló, J.; López, D. Ampliación del Puerto de la Condamine (Mónaco) Trabajos de Construcción del Lote II Dique Semiflotante. II Congreso ACHE de Puentes y Estructuras de edificación. Página 20