PUENTES LANZADOS. TIPOLOGIA Y PROCESOS

CONSTRUCTIVOS.Fundamentalmente lanzar un puente consiste en construirlo sobre el terreno en una localización provisional y luego moverlo hasta su posición definitiva. Con la tecnología actual es posible realizar un puente en una localización favorable donde su construcción sea fácil por accesibilidad, manejo de materiales y personas, permita la fabricación mediante procesos industriales, con seguridad y rapidez, y luego trasladarlo a su situación final menos favorable.

TIPOS DE LANZAMIENTO

Los puentes lanzados pueden clasificarse desde un punto de vista geométrico según los movimientos que tengan que llevarse a cabo para mover el tablero desde la posición en que es construido hasta su posición final.

Básicamente, estos movimientos pueden ser cuatro: una traslación transversal según una dirección perpendicular al eje del tablero y a una línea vertical, una traslación vertical, una rotación en torno a un eje vertical y una traslación longitudinal en la dirección del tablero.

TRASLACION TRANSVERSAL

Traslación transversal: el tablero del puente se construye a un lado de su posición final y mediante una traslación transversal, o ripado, se mueve a su ubicación definitiva.En este tipo de lanzamiento el desplazamiento del tablero es pequeño y el esquema estructural antes y después del lanzado es el mismo. Se emplea en pocas ocasiones y sólo se puede justificar por dos motivos:

Si se quieren construir varios tableros paralelos reutilizando la misma cimbra porque ésta sea especialmente costosa.

Si se pretende sustituir un puente en servicio y se quiere minimizar la interferencia entre la construcción del nuevo puente y el servicio regular.

TRASLACION TRANSVERSAL

TRASLACION VERTICAL

Consiste en construir el tablero y luego descenderlo o elevarlo a su posición definitiva. Aunque su uso en exclusividad, sin otras traslaciones o giros, es extremadamente raro, en ocasiones se emplea cuando no existe gálibo suficiente bajo el tablero para el alojamiento de las cimbras y es necesario construirlo en una posición elevada sobre unas torretas y luego bajarlo a su posición definitiva. No presenta problemas particulares.

GALIBO

En puentes se denomina gálibo a la distancia entre la parte inferior de la superestructura y el nivel medio del curso de agua. Es un parámetro importante para la navegación de buques por debajo y está relacionado a la franquía, distancia entre la parte inferior de la superestructura y el nivel de la máxima creciente conocida.

ROTACIONAL

Se basa en el giro del tablero previamente construido en torno a un eje vertical hasta su posición final. Este procedimiento ofrece numerosas posibilidades, desde pasarelas a puentes atirantados de grandes dimensiones. Entre las múltiples variantes destaca por su uso el caso de un puente continuo de tres vanos con un vano central doble que los laterales.

ROTACION CON CIERRE EN MITAD DE VANO

TRASLACION LONGITUDINAL O FRONTAL

El tablero se construye tras un estribo y luego se mueve sobre las pilas en la dirección del eje del tablero, que necesariamente deberá ser recto o circular, en planta, para que el tablero en su movimiento desde donde es construido hasta su posición final pueda coincidir en todo momento con la posición de las pilas.

Este lanzamiento puede ser monolítico, en el que se mueve todo el tablero previamente construido, o incremental (por segmentos), en el que se va moviendo el tablero a medida que se construyen segmentos del mismo.

El lanzamiento completo o lanzamiento longitudinal monolítico se usa normalmente para puentes cortos. Es habitual el caso de un puente continuo de tres vanos empujando simétricamente las mitades de tablero desde sendos estribos con una posterior unión in situ en el centro de luz.

El lanzamiento por segmentos o lanzamiento incremental es similar al lanzamiento completo pero con la diferencia fundamental de que el tablero no se construye completamente antes de trasladarse a su ubicación definitiva sino que se va moviendo periódicamente hacia su posición final a medida que se construye cada segmento.

Este método es especialmente apto para grandes puentes continuos con un número importante de vanos de dimensiones similares, pues permite construir el puente con mecanismos quasi industriales y repetitivos, localizados en una zona accesible y cómoda, incluso cubierta, con los que se consiguen altos rendimientos. El tamaño de los segmentos debe ser lo mayor posible pero que permita alcanzar una producción de un segmento por semana (ciclo semanal), siendo habitual una longitud de segmento igual a la mitad de un vano.

LANZAMIENTO POR SEGMENTOS

ORIGENES DEL METODO

El procedimiento constructivo de lanzado de puentes es bien conocido desde finales del siglo XIX en que se empleó asiduamente para puentes metálicos, pero no fue hasta 1962 cuando se emplea esta técnica por primera vez para construir un puente lanzado de concreto pretensado.

Esta primera aplicación del método, diseño de F. Leonhardt y W. Baur, se llevó a cabo con la realización de un puente de 480 m de longitud sobre el río Caroní en Venezuela.

El tablero del puente se construyó mediante segmentos prefabricados que, colocados sobre unos raíles de madera apoyados en el terreno y detrás de un estribo, posteriormente se unían con concreto in situ y un “pretensado centrado” para finalmente, lanzar la longitud completa a su posición definitiva sobre el río.

Este “pretensado centrado” consistió en producir una fuerza de compresión centrada en la sección transversal que sólo originara axial y no flexiones. El lanzamiento del puente se realizó mediante arrastre producido por gatos hidráulicos fijados al estribo, que tiraban de cables anclados a las almas del extremo final del tablero.

Para reducir tensiones durante el lanzamiento se empleó una estructura metálica de barras en forma de celosía de canto variable en la parte delantera del tablero, conocida como pico de lanzamiento, además de la colocación de pilas provisionales en mitad de cada vano para reducir la luz a salvar a la mitad durante el empuje.

Para reducir al máximo el rozamiento entre tablero y pilas durante el lanzado, y por lo tanto las cargas horizontales en la cabeza de las pilas que provocarían grandes flexiones en su base, se usaron apoyos móviles deslizantes, empleando por primera vez en la construcción de puentes PTFE (politetrafluoretileno), más conocido por su nombre comercial como “Teflón®”.

Se fijaron láminas de acero inoxidable en la parte superior de las pilas y encima se colocaron apoyos de neopreno que en su cara inferior llevaban teflón y contra su cara superior descansaba directamente el tablero. Al alcanzar la carrera de los gatos hidráulicos se procedía a levantar el tablero y recolocar los apoyos de neopreno para repetir el empuje (Figura 2.3.2). Al finalizar el lanzamiento y puesto que el pretensado centrado era insuficiente para soportar las cargas de servicio, se desviaron los tendones en apoyos y centro de luz añadiendo excentricidad al pretensado.

Figura 2.3.2

Lanzamiento discontinuo con apoyos moviles

La inserción de almohadillas de neopreno-teflón (neo-flon) entre tablero y apoyos de lanzamiento evitó la necesidad de levantar el tablero tras cada empuje.

El pico de lanzamiento ha variado desde una celosía a vigas de alma llena metálicas o de hormigón, o incluso se ha sustituido por un atirantamiento frontal provisional de carga variable.

Los sistemas de tiro con gatos hidráulicos han evolucionado hacia dispositivos compactos de rozamiento que proporcionan un movimiento suave del tablero con grandes márgenes de seguridad gracias al control electrónico del proceso.

El desarrollo de programas informáticos facilitó el cálculo de las envolventes de tensiones de lanzamiento y los movimientos de forma más precisa y rápida.

Aunque originalmente esta metodología constructiva fue diseñada para puentes rectos de unos 100 m de longitud, se ha empleado con éxito tanto en pequeños como en muy largos puentes a lo largo y ancho de todo el mundo y en infinidad de ingeniosas aplicaciones desde dinteles soportados por arcos, puentes curvos, puentes soportados por cables lanzados simétricamente desde ambos estribos, tableros lanzados sobre pilas provisionales y luego suspendidos de estructuras de cables, o los ya mencionados lanzamientos por rotación y/o traslación.

El viaducto de Millau, diseñado por Michel Virlogeux, mide 2460 m de longitud y consiste en un puente atirantado continuo de 8 vanos de acero y 7 grandes pilas con alturas de hasta 335 m de concreto.

Alzado en perfil de una pila

El tablero metálico (Figura 2.3.7) fue construido mediante lanzamiento por segmentos avanzando desde ambos estribos a la vez con la ayuda de pilas provisionales metálicas en mitad de vano y un sistema de atirantamiento frontal para reducir las tensiones de lanzamiento (Figura 2.3.8).

Cuando se completó el tablero se atirantaron los restantes vanos y se retiraron las pilas provisionales.

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

Los puentes lanzados por segmentos fundamentan su interés económico en no necesitar una cimbra que los soporte durante la obra, sin embargo, precisan de una serie de elementos auxiliares debido al peculiar proceso constructivo.

Se necesita un parque de fabricación fijo, situado tras un estribo y en el eje del puente, donde realizar los segmentos de tablero, que una vez endurecidos y pretensados al segmento anterior, se lanzan sobre las pilas previamente construidas mediante unos dispositivos de empuje de gran potencia. El proceso se repite sucesivamente hasta que el tablero alcanza su posición final.

Durante el lanzamiento se disponen apoyos deslizantes provisionales entre tablero y pilas para reducir al máximo el rozamiento y con ello las cargas horizontales sobre las cabezas de las pilas, que producirían importantes flexiones en sus bases.

Cuando el lanzamiento se encuentra en una fase en la que un vano completo está en voladizo el momento flector que soporta el dintel alcanza valores enormes y muy superiores a los que tendrá la viga continua final. Para reducir estos esfuerzos se dispone en la parte delantera del dintel o bien un pico de lanzamiento, que es una estructura ligera que reduce el voladizo del tablero de hormigón, o bien un atirantamiento provisional de carga variable que se teNsa según la fase de lanzamiento.

También se pueden disponer pilas provisionales para reducir la luz a salvar durante el proceso constructivo, aunque es un recurso cada vez menos utilizado, primero porque el coste de las pilas provisionales y sus cimentaciones es elevado, y segundo por el diferente comportamiento en cuanto a asentamiento y resistencia a las cargas horizontales respecto a las pilas definitivas.

Los segmentos en que se divide el tablero para su construcción deben ser lo más grandes posibles para reducir al mínimo el número de juntas de ejecución, pero siempre y cuando permitan alcanzar rendimientos de un segmento por semana (longitudes de 30 m de tablero son perfectamente alcanzables). Además, los segmentos deben ser lo más similares posibles entre si adecuándose a la disposición de pilas existente y procurando que las juntas no se sitúen en las zonas de máximas tensiones en el estado final, es decir, ni en mitad de vano ni sobre las pilas.

Es recomendable que la disposición de pilas sea regular y que los vanos laterales sean un poco más pequeños que los interiores (80%) para homogeneizar las tensiones máximas de una viga continua. De este modo, si los vanos tienen entre 40 y 60 m aproximadamente, que es lo habitual, la longitud más adecuada para los segmentos es igual a la mitad de un vano, así en el estado final los segmentos estarán con su centro sobre una pila (segmentos S) o en mitad de vano (segmentos F) y las juntas constructivas estarán en los cuartos de vano. En los vanos laterales los segmentos tendrán menor longitud y serán especiales (segmentos B y E) pues tienen que contener sobreespesores para la conexión con el pico de lanzamiento y para contener diafragmas de apoyo en el estribo.

Los principales elementos auxiliares que necesita un puente lanzado por segmentos en su proceso constructivo son:

1. Parque de fabricación. 2. Dispositivos de empuje. 3. Apoyos deslizantes. 4. Pretensado. 5. Pico de lanzamiento.

IDEA BASICA

PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

NARIZ DE LANZAMIENTO

NARIZ DE LANZAMIENTO

SISTEMA DE EMPUJE

PUENTES EMPUJADOS

HECHOS DE DOVELAS DE CONCRETO

Puente de Ager en Austria en 1959 Puente río Carona (Venezuela)1963 Método de dovelas largas hormigonadas “in situ”

Sección de concreto

Instalación de dovelas

PRELOSAS

PRELOSAS Un sistema constructivo que consiste

en la fabricación de losas de concreto armado fuera del lugar donde se van a colocar.

Su totalmente automatizada y se realiza en pistas metálicas.

Resistencia del concreto: f’c=300, 400, 450kg/cm².

Los cables de acero y torones son de diferentes diámetros, según calculo, de alta resistencia estabilizados sin curvatura, que se desenrollan en línea recta y con características esfuerzo-deformación uniformes.

Cara inferior lisa y fina preparada para pintar. Ancho estándar 1,2m y 2,4m. Largo = a medida

Apuntalamiento cada 2,20 metros en prelosas de 6 y 7 cm; cada 3,8 metros en prelosas de 10 cm y cada 5,00 metros en prelosas de 15 cm de espesor.

USOSSe puede utilizar en cubiertas y entrepisos

apoyadas en cualquier tipo de estructura (concreto, metálica y muro de carga).

Estacionamientos Puentes Hoteles Hospitales Naves industriales Colegios Túneles Construcción en general

La prelosa se fabrica bajo condiciones ideales en una planta de prefabricados de hormigón y contiene una armadura (celosía) que le proporciona la rigidez de flexión necesaria  para el montaje así como la resistencia a la tracción longitudinal y transversal requerida para el montaje y  acabado final. Después de aplicársele in situ el hormigón mezclado en obra, la prelosa se convierte en un forjado armado, monolítico y macizo.

Dependiendo de la carga y luz, el grosor total del forjado terminado presenta una medida de 12 a 30 cm.

Estructuralmente , la  prelosa  es considerada como un forjado, encofrado y hormigonado in situ, excepto por algunas

diferencias en la medición de la fuerza aplicada.

Empalme monolítico de las capas de la placa.El empalme o unión entre la losa previa prefabricada y la losa fundida en sitio se hace a través de la unión íntima producida por las ranuras de la losa previa en donde se introduce el concreto de la losa fundida en sitio. La unión se logra por la resistencia al cizallamiento del concreto y no mediante varillas de acero de unión entre las capas, como en otras prelosas.

 Menor peso de las placas.La placa resultante pesa un 80% de lo que pesa una placa maciza de igual capacidad, gracias a los orificios de aligeramiento de la losa previa, y al espesor mismo de esta, pues el concreto de la capa fundida en sitio, corresponde únicamente a la capa en compresión de la placa.

 Facilidad en el manejo y el transporte.La losa previa plana debido a que no tiene refuerzos exteriores como otras prelosas tradicionales, hace fácil y seguro su manejo en obra, pues:- Se puede apilar, ocupando menos espacio en transporte y almacenamiento.– Se puede transitar sobre ellas sin doblar los refuerzos de compresión, evitando debilitamiento del elemento, roturas, y accidentes.

 Rapidez de instalación y economía de materiales.La nivelación y ajuste final entre losas previas puede hacerse a mano. Se economiza concreto en dos aspectos: El concreto de la segunda capa corresponde solamente a lo necesario para la capa de compresión además las vigas de amarre perimetrales pueden ser de menor altura que en alternativas convencionales. Se economiza refuerzo de repartición en la capa superior fundida en sitio, porque esta es más delgada que en sistemas tradicionales. El refuerzo a la flexión está incluido dentro de la losas previas.

Acabados de superficies y empate entre losas.El acabado inferior es perfectamente liso y el fibrocemento plástico de FIBRIT recubre el refuerzo evitando fisuras. El empate entre losa y losa se logra con una perfecta nivelación gracias a los bordes machihembrados de las losas previas.

 Ofrece un mejor aislamiento térmico y acústico.Debido a los orificios de aligeramiento se aporta una capa de aire que mejora las condiciones de aislamiento tanto térmico como acústico.

SIFCO.Las Losas Previas Planas se adaptan al Sistema Industrializado FIBRIT de Construcción SIFCO, mediante la industrialización de los procesos de, preparación de las placas en un taller de obra, e instalación en el sitio deconstrucción. Las losas pueden recortarse en obra para ajustar sus dimensiones a plantas irregulares con diagonales o vacios. Las placas se pueden perforar verticalmente para introducir ductos o tubos. Se puede fabricar placas con refuerzo adicional para suplir cualquier capacidad requerida.

PREFABRICADOSPRETENSADO

PRETENSADO

El término pretensado se usa para describir el método de presfuerzo en el cual los tendones se tensan antes de colar el concreto.

Los elementos pretensados más comunes son viguetas, trabes, losas y gradas, aplicados edificios, naves, puentes, gimnasios y estadios principalmente.

CONCRETO PRESFORZADO

El Concreto Presforzado consiste en crear deliberadamente esfuerzos permanentes en un elemento estructural para mejorar su comportamiento de servicio y aumentar su resistencia.

VENTAJAS

Los elementos pretensados pueden alcanzar claros más largos en comparación con elementos colados en sitio.

Es menor el tiempo de ejecución, debido a que el montaje es rápido y las conexiones son simples para ejecutar en obra.

La calidad con respecto a elementos colados en sitio es mejor. Su proceso constructivo y acabado de piezas es más limpio en

comparación con el acero estructural. No requiere del mantenimiento excesivo como el acero

estructural. Provee un sistema de aislamiento térmico. Resistente al fuego y a climas extremos. Menos cantidad de cimbrado por lo tanto, menor costo de

cimbrado. Los elementos pretensados tiene alta resistencia a flexión y

cortante.

DESVENTAJAS

La implementación de moldes para nuevas piezas y el innovar en algún nuevo producto es muy costoso.

El costo del transporte de las piezas a la obra puede elevarse, debido a que será más fácil conseguir perfiles en acero en un sitio cercano a la obra.

El transporte de piezas largas y de grandes anchos en zonas urbanas dificulta el traslado del prefabricado, el alto riesgo es latente y su riesgo aumenta por la implementación de dispositivos de seguridad por maniobras especiales.

Se puede volver muy costoso al fabricar unas cuantas piezas debido a los procesos que ella implica, tanto en planta como en obra.

El que sea prefabricado no implica que se eliminen las conexiones, ya sea a base de soldadura y colado del concreto en sitio.

FABRICACIÓN

MATERIALES

CONCRETO ACERO DE PREESFUERZO

CONCRETO

Los valores comunes de f´c oscilan entre 350 y 500 kg/cm2, siendo el valor estándar 350 kg/cm2. Se requiere esta resistencia para poder hacer la transferencia del presfuerzo cuando el concreto haya alcanzado una resistencia de 280 kg/cm2.

ACERO DE PREESFUERZO

El acero de presfuerzo es el material que va a provocar de manera activa momentos y esfuerzos que contrarresten a los causados por las cargas. Existen tres formas comunes de emplear el acero de presfuerzo: alambres, torón y varillas de acero de aleación.

ALAMBRES

El proceso de estirado, se ejecuta en frío lo que modifica notablemente sus propiedades mecánicas e incrementa su resistencia.

Los alambres se fabrican en diámetros de 3, 4, 5, 6, 7, 9.4 y 10 mm y las resistencias varían desde 16,000 hasta 19,000 kg/cm2. Los alambres de 5, 6 y 7 mm pueden tener acabado liso, dentado y tridentado.

TORÓN El torón se fabrica con siete alambres

firmemente torcidos. Los torones pueden obtenerse entre un

rango de tamaños que va desde 3/8” hasta 0.6 pulgadas de diámetro, siendo los más comunes los de 3/8” y de 1/2“

VARILLAS DE ACERO DE ALEACIÓN

La alta resistencia en varillas de acero se obtiene mediante la introducción de algunos minerales de ligazón durante su fabricación.

Adicionalmente se efectúa trabajo en frío en las varillas para incrementar aún más su resistencia.

VIGAS

Las vigas son el elemento estructural más importante en el diseño de un puente.

Las vigas deben diseñarse para resistir solo las cargas verticales muertas y vivas.

EQUIPO E INSTALACIONES El equipo y maquinaria necesarios para la elaboración de

elementos prefabricados Presforzado se enlista como sigue: Zonas de retoque, resane y de almacenaje. Extrusoras Silos de almacenamiento Mesas de colado, muertos y anclajes Moldes

Molde de concreto para trabe cajón Molde metálico autotensable de sección I

Molde y mesa de colado de concreto Presforzado para trabes doble T

Dosificadora y mezcladora de concreto (en caso de fabricar el concreto en planta)

Equipo para depositar el concreto en el molde como vachas y camión revolvedor.

Vibradores de concreto Gatos hidráulicos y bomba para el tensado de los cables

Máquinas soldadoras para elaboración de accesorios Talleres y equipo para cortar y doblar varillas, placas y accesorios

metálicos Equipos para cortar los cables (cortadora o equipo de oxicorte) Grúas sobre camión o grúas pórtico para desmolde y transporte

interno de elementos Equipo de transporte (Tráiler con plataformas) Calderas y mangueras para suministrar vapor en el proceso de

curado acelerado de los elementos y lonas para cubrirlos Equipo para llevar a cabo el control de calidad del concreto y del

producto terminado

PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN

Colocación del fondo de la cimbra Desmoldante Colocación y tensado de torones Colocación de acero de refuerzo y estructural Colocación de costados con desmoldante Colado Vibrado (inmersión, molde vibrador, extrusoras) Cubierta con lonas y curado con vapor (6-10 horas) Revisión del f´c y cortado de torones (en orden) Descimbrado de costados Extracción y resane Almacenaje

Vista de elementos curados a vapor Desmolde de trabe cajón

Apoyos en almacenaje de trabes doble TViga doble T y molde

Almacenaje y estibas de vigas doble T

Trabe TTrabe I de AASHTO

Trabe cajón con aletas

TRANSPORTE

Al seleccionar el proceso constructivo a utilizar en un proyecto, es necesaria la correcta evaluación del transporte. En gran medida, del resultado de esta evaluación se decide si los elementos serán fabricados en planta fija, en planta móvil o a pie de obra.

Equipos de transporte especializado

Tracto camión (T): Vehículo automotor destinado a soportar y arrastrar semirremolques y remolques. Normalmente se utilizan vehículos con motores diesel de 300 a 450 HP.

Semirremolque (S): Vehículo o plataforma sin eje delantero unido a un tracto camión de manera que sea jalado y parte de su peso sea soportado por éste. Es posible también utilizarlos separados del tracto camión pero unidos a trabes de grandes dimensiones

Remolque (R): Vehículo o plataforma con eje delantero y trasero no dotado de medios de propulsión y destinado a ser jalado por un vehículo automotor o acoplado a un semirremolque.

Módulo (M): Plataformas acoplables longitudinal y lateralmente, con ejes direccionales y suspensión hidráulica o neumática.

Patín delantero (PD) Y Patín trasero (PT): Bastidores de uno o más ejes con llantas para transferir carga ; también conocidos como “dollys”. En ocasiones, estos dollys tienen dirección propia para facilitar las maniobras.

Grúa industrial (GI): Máquina de diseño especial autopropulsable o montada sobre un vehículo para efectuar maniobras de carga, descarga, montaje y desmontaje.

Unidad piloto (UP): Vehículo de motor dotado de una torreta y señales de advertencia para conducir y abanderar el tránsito de las grúas industriales o las combinaciones vehiculares por los caminos y puentes

MONTAJE

En las obras prefabricadas, el montaje representa entre 10 y 30 por ciento del costo total de la obra.

Sin embargo, hay que considerar que los equipos de montaje por ser especializados y generalmente de gran capacidad, tienen costos horarios elevados, por lo que resulta indispensable una buena planeación de todas las actividades.

Trabes portantes y de rigidez. Preferentemente, estos elementos deben ser tomados directamente del tracto camión que los transporta y colocados en la estructura en una sola maniobra, para lo cual el operador debe estudiar el sitio óptimo para estabilizar su grúa y realizar el menor número de movimientos posibles. Una vez colocada y centrada la pieza se revisa el plomo de sus costados y centros de trazo. Si es necesario se calza del lado que se requiera y se acuña para garantizar su correcta colocación. Cuando se requiere soldadura, se puntea sólo lo necesario antes de soltar los grilletes, para que la pieza soporte su peso propio; mientras la brigada de montaje prosigue con otras piezas, la de soldadura terminará los cordones según proyecto

Equipos de montaje Los equipos de montaje para elementos prefabricados los

podemos dividir en dos grupos, los de pequeña capacidad y los de mediana o gran capacidad.

Obras menores. Se utilizan malacates, gatos y pórticos.

Mediana o gran capacidad. Las grúas hidráulicas se dividen en telescópicas y estructurales o

de celosía.

Grúa telescópica

Grúa estructural o de celosía