PRIMER CONGRESO NACIONAL DE PREFABRICACIÓN Realizaciones: Puentes Viaducto del Sagar Juan M. Calvo Rodríguez Lucía López de Asiaín
1. INTRODUCCIÓN La Diputación Foral de Guipúzcoa está construyendo la autopista Vitoria-Gasteiz-Eibar. Esta estructura se encuentra situada en el tramo Bergara (Norte) Eibar (Fase B). El viaducto del Sagar es un puente arco de hormigón de 100 metros de luz y presenta varios atractivos que nos han hecho considerar el presentarlo en este congreso: Lo adecuado de su encaje en el valle en el que se ubica. Lo acertado de sus dimensiones, que le confieren una gran sencillez formal. Su procedimiento constructivo, que lo ha hecho competitivo frente a otras tipologías y procedimientos constructivos de mayor difusión en España en los últimos años. El empleo de elementos prefabricados para la construcción del tablero en un puente de estas característica. El interés, pues, de esta estructura no está tanto en las grandes dimensiones de la estructura en sí, sino en la labor de optimización de la misma para hacerla competitiva sobre sistemas constructivos que, de hecho, habían prácticamente desbancado a la tipología de puentes arco. 2. CONSIDERACIONES GENERALES DE PROYECTO El proyecto de construcción contemplaba la ejecución de un puente arco de hormigón para el cruce del tronco de la autopista sobre el Valle del Sagar. El director de obra obligó a mantener esta tipología a las empresas constructoras, permitiendo únicamente modificar el procedimiento constructivo. Nuestra labor de proyecto consistió entonces en realizar el estudio de un sistema constructivo que permitiera optimizar al máximo la estructura. Por supuesto, esta tarea se realizó en estrecha colaboración con las empresas constructoras. Conceptualmente, la tipología de puente arco plantea un esquema estructural muy adecuado, que permite optimizar enormemente los materiales. Sin embargo, los medios auxiliares que son necesarios para su construcción encarecen la obra y obligan a plazos largos de ejecución. Estas dificultades han hecho que esta tipología haya estado en desuso durante muchos años.
Es un hecho, sin embargo, que los puentes arco con tablero superior, son obras de una gran belleza, que se integran perfectamente en el paisaje e incluso contribuyen a realzarlo. Alzado general del puente durante la construcción En este caso, el resultado final de la obra terminada permite considerar el gran acierto en la elección de esta tipología. Las condiciones impuestas por el lugar de implantación de la estructura eran: La autopista cruza el valle del Sagar a unos 50 metros de altura desde el lecho del río. La longitud de puente que resulta es de 162 metros. Alzado. Calzada derecha
La estructura se encuentra situada entre dos túneles. El primero de ellos tiene su frente de ataque a 30 metros del estribo y el segundo no tiene acceso desde esta ladera. La presencia de los dos túneles obliga a separar las calzadas a 18.20 metros. Resulta evidente que no es posible plantear la construcción de la estructura desde los estribos, en el primero de ellos porque el poco espacio disponible lo ocupan los equipos de perforación del túnel y en el segundo porque no hay un acceso franco al mismo. El hecho de que el segundo túnel no tenga acceso desde esta boquilla convierte el plazo de ejecución de la estructura en uno de los caminos críticos de la obra, ya que es necesario acceder desde el viaducto a la boquilla del túnel. La presencia de los dos túneles y el plazo restringen las posibles soluciones para la ejecución de la obra. El valle tiene una configuración en V con pendientes de ladera del 60 %, por lo que es factible efectuar un relleno de unos 25 metros de altura que permita crear una plataforma de trabajo en el fondo del valle. Vista del arco con la plataforma de trabajos Las ideas generales que marcaron la construcción del puente fueron: Construcción del arco sobre cimbra convencional. Apertura en clave del mismo y liberación de la cimbra. Construcción de pilas. Montaje de vigas prefabricadas sobre apoyos provisionales. Apertura en clave definitiva y cierre del arco. Hormigonado de la losa del tablero.
Las dos decisiones importantes que optimizaron los plazos de ejecución fueron la construcción del arco sobre cimbra y el empleo de elementos prefabricados para la configuración del tablero. El procedimiento constructivo lo describiremos con detalle en apartados sucesivos. 3. CONSIDERACIONES GENERALES DE PROYECTO 3.1. Geometría del arco El arco tiene 100 metros de luz entre arranques, siendo su flecha de 17 metros (relación F/L = 1/5.88). Su directriz la define una parábola de segundo grado. El ancho es constante de 4 metros y el canto es linealmente variable de 1.50 metros en arranques a 1.00 metro en clave. Esto supone unas relaciones canto/luz de 1/66.7 y 1/100 respectivamente. Alzado Arco y secciones de pilas La sección transversal es maciza ya que lo ajustado de los cantos utilizados no aconsejan plantear aligeramientos. El empleo de una sección maciza de estas dimensiones, aún cuando resulta estricta en términos de esbeltez, proporciona un axil reducido de tan solo 0.22, es decir, el arco está solicitado por esfuerzos fundamentalmente de flexión.
3.2. Geometría del tablero El tablero tiene una longitud total de 162.0 metros. Las luces entre pilas son constantes de 13.50 metros. El tablero tiene 8 vanos apoyados sobre el arco y 2 vanos más a cada lado del arco. Cada una de las calzadas tiene un ancho de 11.30 metros formados por: Dos carriles de 3.50 metros. Arcén exterior de 2.50 metros. Arcén interior de 0.80 metros. Dos espacios para alojar las barreras de 0.50 metros. El tablero es de hormigón armado y está constituido por una viga prefabricada sección cajón de 0.80 metros de canto. Sobre la viga se hormigona una losa de compresión de hormigón armado de 0.20 metros de espesor en el extremo de los voladizos e interiores de la viga y de 0.35 metros sobre las almas. Sección de tablero por pila P-3 El tablero es continuo en toda su longitud, formalizándose las uniones de las vigas sobre las pilas con una junta húmeda de 80 cm. de espesor. El ancho inferior de la viga es de 3.96 metros y el superior de 4.36. Los voladizos resultantes del tablero son de 3.47 metros. La viga tiene un espesor de la tabla inferior de 21 cm. y un espesor de almas de 26 cm. Aún cuando el aspecto del conjunto del tablero con el arco es de gran esbeltez, el tablero tiene una relación canto/luz de 1/11.7, lo que permite resolverlo en hormigón armado.
3.3. Geometría de las pilas Las pilas se han proyectado macizas de hormigón, con cantos estrictos de 50 y 70 cm. El canto de 70 cm. se ha utilizado con alturas de pila comprendidas entre los 10 y los 18 metros, y las de 50 cm. en el resto. La sección transversal se inscribe en un rectángulo de 4.00 metros de ancho con los cantos indicado en el párrafo anterior. Para economizar al máximo los materiales, la pila tiene dos cabezas de 1 metro de ancho enlazadas por un tabique macizo de 2 x 0.25 metros de sección. Todos los apoyos del tablero en pilas y estribos se realizan con neopreno zunchado salvo las pilas situadas en los arranques del arco, que se empotran al tablero. Secciones transversales de pilas 4. PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO Las ideas generales que marcaron la elección final del procedimiento constructivo fueron: Construir el arco sobre una cimbra apoyada en el relleno. Esto permitió acelerar enormemente la construcción del arco. Sin embargo, al tratarse de torres de cimbra apoyadas sobre el relleno, se pensó en minimizar al máximo las cargas que había de soportar la cimbra, para no encarecer la cimentación de la misma. Por esta razón, la cimbra únicamente recibía el peso del arco y no de las pilas y del tablero. Construir el tablero con vigas prefabricadas permitió evitar cualquier sistema de autocimbra que, por otra parte, debía de ser doble para mantener la simetría de cargas en el arco. El tablero debía de contribuir conjuntamente con el arco a resistir los esfuerzos totales del conjunto, por lo que las vigas debían unirse en continuidad.
Con estas premisas, el procedimiento general de construcción se planteó en las siguientes fases: 4.1. Procedimiento constructivo general Ejecución del relleno del fondo del valle y excavación de cimentaciones. Ejecución de cimentaciones y montaje de cimbra y encofrados del arco. Hormigonado del arco simétricamente desde arranques, dejando la dovela de clave sin hormigonar. Colocación de 2 gatos en clave de 1.000 Mp de capacidad y apertura en clave para desencofrar el arco. Gatos de dovela en clave Una vez que el arco está desapeado, se procede al hormigonado de las pilas. Hormigonadas las pilas, se procede al montaje de las vigas. Para el montaje de las vigas se procura mantener la mayor simetría de cargas posible, esto es: Montaje de las 2 vigas del vano de acompañamiento y la del primer vano del arco a un lado (Estribo 1). Montaje del mismo esquema en el extremo opuesto (Estribo 2). Montaje de los dos siguientes vanos del estribo 2. Montaje de los dos siguientes vanos del extremo opuesto (Estribo 1).
En este momento se han montado todas las vigas salvo las de los dos vanos centrales y únicamente se ha modificado la posición de las grúas en tres ocasiones. Estado anterior a la apertura en clave Una vez montadas las vigas se procede a realizar la apertura definitiva en clave. Con esta apertura se introduce un axil en el arco que compensa la pérdida de reacción horizontal debida al acortamiento elástico y a los acortamientos diferidos. El axil que se introduce en los gatos en esta etapa es de 1.220 Mp. Se hormigona la dovela de cierre y se procede a colocar las dos vigas centrales. En este momento el arco se encuentra completo y el tablero está formado por un esquema de vanos isostáticos en el que las vigas se encuentran apoyadas en unos apoyos provisionales. Se procede entonces a hormigonar la junta de continuidad de las vigas y a retirar los apoyos provisionales, como paso previo al hormigonado de la losa del tablero. El peso de las vigas supone el 40 % del peso total del tablero, por lo que en este momento es posible proceder a hormigonar la losa del tablero desde un solo extremo sin que esto introduzca unos esfuerzos superiores a los que solicitarán al arco durante su vida útil. El hormigonado del tablero desde un solo extremo supone un claro ahorro de medios auxiliares.
4.2. Procedimiento constructivo del tablero En este apartado describiremos el sistema de construcción del tablero con elementos prefabricados. Debido por una parte a la relación de rigideces entre tablero y arco y por otra a lo poco peraltado que está el arco, las zonas sobre apoyos del tablero están solicitadas tanto a flectores positivos como negativos. Este hecho invalida como sección óptima de unión de los elementos del tablero la situada a 1/5 de la luz. Por esta razón y aún cuando no resulte muy ortodoxo, se adoptó como zona de empalme la correspondiente a la sección de apoyos. La utilización de hormigón armado en lugar de hormigón pretensado, permitió acometer estas uniones con sencillez. Las vigas se construyeron de hormigón armado con una longitud de 80 cm. más corta que la luz entre apoyos. En los extremos se disponía un pequeño tabique de 42 cm. de canto total para poder resistir su peso propio durante el apoyo provisional. La disminución de este tabique estaba condicionada para permitir el paso del carro de hormigonado de la losa del tablero. En los 80 cm. existentes entre vigas se situaba la armadura de conexión entre ellas: En el paramento inferior el empalme de armadura frente a momentos positivos se realiza con el solapo de bucles de armadura. En las cabezas superiores se utilizaron dos barras Gewi, por alma, de 40 mm. de diámetro empalmadas con manguitos. Estas barras se dimensionaron para garantizar la continuidad del tablero frente al peso propio de la losa. Detalle de unión en continuidad de vigas
Con esta disposición provisional de armadura, se emplearon dos piezas metálicas ancladas al tabique central de la pila. Sobre estas piezas se colocaron unas cuñas de arena que servían de apoyo provisional a las vigas. Alzado frontal de vigas sobre apoyos provisionales Una vez acopladas las barras Gewi, se procedió a hormigonar la junta de 80 cm. entre vigas circunscrita al contorno de las vigas. El objeto de hormigonar la riostra en dos fases era permitir el paso del carro de hormigonado de la losa del tablero. Realizado el hormigonado de continuidad de las vigas, se procedió a retirar todas las cuñas de arena y casquillos de apoyo de las mismas. Una vez montado el carro de hormigonado del tablero, se procedía a hormigonar la sección completa de la losa superior. Cada vez que el carro pasaba sobre una riostra de apoyo, se procedía a hormigonar la riostra completa. Carro para hormigonado de losa
FICHA TÉCNICA Obra: VIADUCTO DEL SAGAR Propiedad: DIPUTACIÓN FORAL DE GUIPÚZCOA. D. Luis de los Mozos Dirección de obra: PROINTEC D. Daniel Mulone Contratista principal: UTE A-1 B (Moyua-Murias-Altuna y Uría-Galdiano) Jefe de obra: D. Joaquín Sarasola Subcontratista de estructura: ESTRUCTURAS Y MONTAJE DE ARMADURAS, S.A. Proyecto y Asistencia Técnica: PONDIO Ingenieros D. Juan M. Calvo Rodríguez Dña. Lucía López de Asiaín Zabía D. Michael Müller Dña. Gilda Klett Lasso de la Vega Principales características: ARCO - Longitud... 100 m. - Flecha... 17 m. - Canto máximo... 1.50 m. - Canto mínimo... 1.00 m. - Ancho... 4.00 m. TABLERO - Número vanos... 12 m. - Longitud total... 162 m. - Ancho... 11.40 m. - Luz vanos... 13.5 m. - Canto total... 1.15 m.