ÍNDICE

Contenido

1. MARCO TEÓRICO:................................................................................................................................2

1.1. Introducción – Metro de Lima Línea 1.............................................................................................2

1.2. Puentes:...........................................................................................................................................3

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO:.............................................................................................................4

2.1. Datos generales...............................................................................................................................4

2.2. Descripción del proceso constructivo típico y los equipos involucrados.........................................6

2.2.1. Maquinaria, equipos, planta de prefabricados..................................................................................6

2.2.2 Procedimiento constructivo:............................................................................................................10

3. PROBLEMAS EN EL PROYECTO:..........................................................................................................11

4. SOLUCIONES:.....................................................................................................................................13

4.1. OBRAS PRELIMINARES:..................................................................................................................13

4.1.1. ENCAUZAMIENTO DEL CAUCE DEL RIO RÍMAC..........................................................................13

4.1.2. DEFENSAS PROVISIONALES EN RIO............................................................................................13

4.1.3. COLUMNAS................................................................................................................................14

4.2. EQUIPOS:.......................................................................................................................................14

4.3. MATERIALES:.................................................................................................................................15

4.4. PUENTE SOBRE LA VIA DE EVITAMIENTO Y EL RIO RIMAC:............................................................16

4.5. PARÁMETROS DE DISEÑO:.............................................................................................................17

4.6. DISEÑO ESTRUCTURAL:..................................................................................................................17

4.7. CIMENTACION:..............................................................................................................................18

4.8. PILARES:.........................................................................................................................................21

4.9. MÓDULO........................................................................................................................................23

4.10. VOLADIZOS SUCESIVOS:.............................................................................................................24

4.11. SISTEMA ESTRUCTURAL:............................................................................................................25

4.12. CONSIDERACION DE CARGAS:....................................................................................................27

4.13. CONSTRUCCIÓN:........................................................................................................................28

4.14. Control geométrico de las dovelas.............................................................................................32

5. BIBLIOGRAFIA:...................................................................................................................................35

CONTRUCCIONES ESPECIALES

TAREA ACADÉMICA NRO. 1

1. MARCO TEÓRICO:

1.1. Introducción – Metro de Lima Línea 1

Los sistemas de transporte público masivo son elementos urbanos que requieren de una infraestructura distinta a la del transporte privado y público – ligero. Ello se debe a que se busca priorizar el movimiento de los vehículos (trenes, tranvía, buses articulados, etc.) dentro de una vía segregada o un espacio donde pueda transitar con mucha mayor facilidad que en el espacio regular de las calles y avenidas. En muchas grandes ciudades, la necesidad de un sistema de transporte público masivo fue prevista desde inicios del siglo pasado, con la segunda revolución industrial, y se planificó el desarrollo de la infraestructura necesaria junto con el crecimiento de la ciudad (metro subterráneo, o amplios espacios de transporte para tranvías, monorrieles, etc.)

El caso de la ciudad de Lima fue distinto, pues, la necesidad de estos sistemas no se vio hasta el inicio de las migraciones masivas a la capital. El crecimiento desordenado de distritos impidió una planificación adecuada de rutas de transporte, y, si bien existieron proyectos para implementar sistemas como el metro en la ciudad de Lima, nunca existió la inversión necesaria o la gestión adecuada (en el caso del sistema ENATRU de buses articulados). Por ello, cuando se planteó la construcción de la primera línea de Metro, la opción de hacer un metro subterráneo se vio como inviable.

La infraestructura de la ya culminada Línea 1 del Metro de Lima se compone del sistema ferroviario eléctrico típico de catenarias aéreas, ubicado sobre un viaducto elevado que permite el tránsito de los trenes en ambos sentidos. La losa del viaducto se apoya sobre vigas prefabricadas que a su vez descansan sobre las vigas cabezal que coronan las columnas distribuidas a lo largo del viaducto. Estas columnas se encuentran cimentadas a través de zapatas excepto en el tramo ubicado sobre el Rímac, donde se tienen pilotes.

1.2. Puentes:

La construcción de un puente, tiene como fin “salvar” tanto obstáculos naturales, como valles, ríos, lagos y similares; como artificiales, por ejemplo carreteras, vías férreas.

Existen muchas variedades de puentes y generalmente las condiciones varían mucho de un proyecto a otro, sin embargo se pueden encontrar las siguientes clasificaciones de puentes:

o Según su funcionalidad: Los puentes pueden ser viaductos, pasos elevados, pasos peatonales.

o Según el tipo de Superestructura: Los puentes pueden ser de losa maciza, losa aligerada, viga sección cajón, viga T, viga Ι, Colgantes, Atirantados, en arco.

o Según su geometría: Los puentes pueden ser rectos, curvos o esviados. o Según el material de la superestructura: Los puentes pueden ser de hormigón armado,

hormigón pretensado, de acero o mixtos. o Según el procedimiento constructivo: Los puentes pueden ser hormigonados “In Situ”,

prefabricados. Pero también se pueden clasificar como puentes de vigas lanzadas, puentes empujados, puentes construidos sobre cimbras autoportantes / autolanzadas y puentes construidos por voladizos sucesivos o avance en voladizo.

La elección del tipo de puente está relacionada con algunas condiciones que definirán los parámetros principales en función a las necesidades estructurales, geométricas y el factor económico. Las más resaltantes son:

o El uso de elementos de peso controlable y manejable, como vigas o dovela. o El comportamiento de la estructura durante se construcción y el establecimiento de

mecanismos resistentes durante el proceso constructivo que se adecuen al funcionamiento del puente en servicio. Ello permite que el dimensionamiento de la estructura no tenga que incluir fases provisionales.

o El análisis constructivo de los elementos básicos: peso, geometría, su forma de puesta en obra y los medios necesarios para su construcción deben estar relacionados equilibradamente.

Estas condiciones generales establecen criterios con los que se puede llegar a definir el tipo, la forma de un puente y reconocer el comportamiento esperado.

A partir de la revisión de distintos procesos constructivos para puentes, se puede observar que cada proceso tiene sus ventajas y desventajas, por lo cual es necesario establecer, desde la etapa de diseño, las consideraciones relevantes para detectar los problemas que se puedan presentar durante la construcción, según cada modelo y tipo de proceso.

Para la definición del sistema constructivo existen aspectos básicos que permiten reconocer la viabilidad de cada sistema en las condiciones particulares de un proyecto. Los principales puntos son:

o Los obstáculos que el puente pretende superar.o Las magnitudes de la obra, es decir los volúmenes y la geometría de los elementos que

se puedan requerir.o El emplazamiento de la obra, lo cual incluye conocer a detalle las condiciones de

entorno (suelo, condiciones hidráulicas, distancias a los puntos de abastecimiento o producción, los acceso disponibles para la obra)

o El presupuesto para el desarrollo de la obra.

Finalmente, en los casos donde el puente pasa sobre un río y tiene su cimentación en el cauce, es necesario tener en cuenta lo siguiente:

Uno de los aspectos de alto riesgo en la estabilidad de los puentes, son las socavaciones, que están íntimamente ligadas a las características de los ríos. En general la topografía terrestre presenta una gran variedad de ríos con una diversidad de problemas, sin embargo por razones prácticas se agrupan en los dos tipos siguientes:

a) Ríos de caudal bruscamente variable o torrencialesb) Ríos de caudal relativamente constante (varían más o menos lentamente).

En el primer caso, es más fácil identificar las características hidráulicas y establecer los parámetros necesarios para evitar los efectos de socavación, en cambio cuando los ríos se encuentran en las regiones bajas, suelen tener un caudal más o menos reducido durante la mayor parte del año, pero con grandes y súbitos incrementos en los periodos de lluvias. Estos problemas de variabilidad están relacionados con las inundaciones y socavaciones, por lo cual es necesario tomar las previsiones incluso durante la construcción.

2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO:

2.1. Datos generales

Cliente: Estado peruano, a través de MTC y AATEContrato: Ejecución de obras civiles y electromecánicasModalidad: Concurso OfertaMonto base: 583 Millones USDEjecutor: Consorcio Metro de Lima (Constructora Norberto Odebrecht y Graña & Montero)Supervisa: CESEL S.A. (obras civiles) y Pöyry (obras electromecánicas)Plazo: 30 meses

Características de la obraLongitud: 12.4 km, recorriendo los distritos de Cercado de Lima, El Agustino y San Juan de LuriganchoEstaciones: 10 estaciones.

Tipo de estructura: Viaducto elevado

Otras estructuras: 2 puentes

Patio de maniobras

Planta de prefabricados (provisional)

2.2. Descripción del proceso constructivo típico y los equipos involucrados

2.2.1. Maquinaria, equipos, planta de prefabricadosExcavadora Komatsu PC 350: Excavación cimentaciones

*Imagen referencial

Grúa de 115 ton: Izaje de armadura

Grúa 12 ton: Encofrado y desencofrado

Mixers y camión bomba (UNICON): Vaciados de concreto in-situ

Mini cargador frontal: Relleno y conformación de la zanja de la zapata

Rodillo compactador liso: Compactación del relleno en zapatas

Manlift (18 – 23 m.) : Montaje de la viga cabezal

Grúa 115-140 ton: Montaje de elementos prefabricados

Planta de prefabricados: Fabricación de vigas, prelosas, bordes típicos

Reguladora de balasto

Máquina Bateadora: Nivelación de rieles

Unidad móvil de electrofusión: Unión de segmentos de rieles

2.2.2 Procedimiento constructivo:

Se describe la secuencia típica para la construcción de las columnas y vigas cabezal- Liberación del área, levantamiento de interferencias- Ubicación topográfica de los ejes de zapata- Excavación (Mecánica y manual)- Aseguramiento de taludes inestables (lechada/tablestacado)- Solado e= 0.05 cm - Ensamblado y colocación de la armadura de la zapata (pre-cortada)- Preparación de la armadura para la columna- Izaje y montaje de la armadura de la columna- Habilitación y colocación del encofrado de zapata- Vaciado de la zapata 210 kg/cm2- Desencofrado de la zapata- Encofrado de la columna- Vaciado de la columna 280 kg/cm2- Desencofrado de la columna- Relleno y compactación de la zanja con material propio- Apuntalamiento y encofrado de fondo – viga cabezal- Colocación del acero en viga cabezal- Encofrado lateral- Vaciado de la viga cabezal 280 kg/cm2- Desencofrado y desmontaje del apuntalado- Montaje de las vigas tipo I- Montaje de la prelosa- Montaje de los bordes típicos y canaletas- Encofrado y vaciado de la losa

- Colocación de la primera capa de balasto, aprox 15 cm.- Distribución de los durmientes- Colocación y fijación de los rieles- Capa complementaria de balasto- Regulación final de los rieles y soldadura por electrofusión- Instalación de las catenarias.

3. PROBLEMAS EN EL PROYECTO:

3.1 El trazo del tramo 2 de la línea 1 debía ingresar al distrito de San Juan de Lurigancho desde el distrito de El Agustino. Para ello se requiere pasar sobre la “vía de evitamiento”, autopista de alto tránsito (flujo vehicular continuo) de 3 carriles por sentido, y sobre el río Rímac, el principal río de la capital por su abastecimiento de agua para consumo y para energía.

Con ello surge la necesidad de dos puentes que permitan el cruce del viaducto sobre ambos “obstáculos”, y a su vez que cumpla con minimizar la interferencia con el flujo vehicular en la vía de evitamiento y tenga una disposición favorable sobre el río Rímac para evitar problemas de socavación.

En el análisis técnico-económico de las alternativas, se definió que la opción más adecuada era la de puentes de concreto con viga cajón construidas mediante el sistema de voladizos sucesivos con las dovelas de concreto vaciadas in-situ. La opción de las dovelas prefabricadas también fue evaluada pero se descartó por requerir condiciones más favorables para el montaje de las dovelas.

3.2 De acuerdo al anteproyecto de la obra, los dos Puentes especiales de volados sucesivos tenían un alineamiento paralelo al Río Rímac, y el trazo tenía interferencia con espacios de propiedad de terceros, siendo una de ellas de las empresas Edegel y Mepsa. Ello implicaba que la construcción del viaducto fuera afectada por interferencias de moderada dificultad como líneas de media y alta tensión que abastecen de energía eléctrica a los distintos distritos de la ciudad de Lima y representan un costo de traslado bastante alto, además de expropiaciones de los terrenos, problemas que en conjunto daban un aproximado de 2.5 millones de dólares.

El Consorcio Metro de Lima presentó una alternativa Técnica–Económica para modificar el trazo de este sector del proyecto (ver figura adjunta), con el objetivo de evitar mayores plazos derivados de las interferencias y contrarrestar los efectos sociales negativos. Este nuevo trazo ocasionó que 700 metros de la Línea, que incluyen a los dos puentes especiales sean implantados en el lecho del Rio Rímac con lo cual las estructuras estarían sometidas a efectos hidráulicos por estar dentro del cauce.

3.3 Un problema derivado del sistema de construcción en voladizos sucesivos era la necesidad de plantear un sistema apropiado de control geométrico entre dovelas, pues durante el proceso constructivo se presentan flechas y variaciones en el nivel final de cada dovela y se debe determinar el ajuste respectivo en los vaciados posteriores. El control geométrico se debe realizar con el fin de controlar la rasante del puente cuando haya finalizado el avance con el voladizo, obteniendo la cota deseada y la perfecta unión con el siguiente voladizo.

Vista satelital con el trazo del viaducto sobre la vía de evitamiento y el río Rimac

Trazo propuesto por el consorcio ejecutor

Trazo según ordenanza anteproyecto

4. SOLUCIONES:

4.1. OBRAS PRELIMINARES:

4.1.1. ENCAUZAMIENTO DEL CAUCE DEL RIO RÍMAC

El diseño original de la vía pretendía cruzar el rio Rímac de forma casi perpendicular, de modo que la luz sería de unos 70 m aproximadamente. Sin embargo, debido a problemas legales y económicos referentes a la expropiación y compra de terrenos, se optó por una alternativa que, a pesar de parecer más costosa, fue más viable, tanto en términos económicos como temporales. De esta manera, entre las progresivas KM 23+686.568 y KM 23+926.568, el eje de la vía coincide con el lecho del rio, por lo que se tuvo que diseñar un puente.

El primer paso que se realizó dentro de las obras preliminares fue el encauzamiento del rio Rímac aguas arriba del puente Huáscar. Para la realización de dicho encauzamiento, se diseñó la construcción de un dique de piedra de 1.5m de altura por encima del nivel real del rio, 80 m de longitud y 80 cm de diámetro máximo de las rocas. Además, en la prolongación del dique, se construyó un terraplén de 1m de altura por encima de las plataformas de trabajo.

4.1.2. DEFENSAS PROVISIONALES EN RIO

Como obra complementaria al encauzamiento antes mencionado, se construyó una defensa de roca y material propio en la progresiva 23+863 Km. Dicho enrocado tiene una altura de 1m por encima de las plataformas de trabajo, una longitud en planta de 134m y se utilizaron rocas de 60 cm de diámetro máximo. Este enrocado es de vital importancia porque protege a los trabajadores, las maquinarias y la infraestructura de la via ante cualquier avenida extraordinaria, es decir, una avenida no esperada durante la realización de los trabajos. Es importante mencionar que el diseño de este enrocado se realizó bajo la premisa que los trabajos se realizarán en épocas de estiajes.

En la figura siguiente se pueden apreciar el dique y el terraplén, así como se ve el ensanchamiento del cauce del rio, posterior a la construcción de dichas obras preliminares (zona marrón claro y marrón oscuro).

4.1.3. COLUMNAS

Para el diseño de las columnas que se encuentran sobre el lecho del río, los estudios hidrológicos e hidráulicos recomiendan una luz mínima de 95 m con el fin de evitar la contracción del flujo y que se produzca socavación en los estribos. Teniendo en cuenta esta luz mínima, ambos estribos del puente podrían colocarse en cada uno de los márgenes, eliminando también de esta forma la posibilidad de apoyos intermedios que obstaculicen el normal flujo del agua.

El proceso constructivo del “Puente Rímac” fue en voladizos sucesivos con carro de avance y encofrados deslizantes. La estructura tiene más de 8.5m de ancho, lo que permite desarrollar dos líneas de riel para soportar la circulación en ambos sentidos. Dicho puente está conformado por tres vanos, dos exteriores de 65m y uno central de 110m, dando una longitud total de 240m. El vano central es el único que cruza el río (como se muestra en la figura siguiente) y cuenta con una luz mayor que la luz mínima recomendada en el estudio antes mencionado. De esta manera, se garantiza que no se producirá socavaciones, ya que se dejó libre todo el cauce del río.

De acuerdo al estudio geotécnico realizado, debido principalmente a la mala calidad del suelo y a las grandes cargas aplicadas, la cimentación de las columnas está conformada por zapatas apoyadas sobre pilotes. Para las columnas centrales se utilizaron 9 pilotes, mientras que para las columnas externas se utilizaron 5. Además, se ha construido un enrocado que protege a los estribos ante el posible deslizamiento de los taludes laterales en caso de que ocurra una avenida extraordinaria no contenida en el tiempo de retorno para el cual se ha diseñado el proyecto. Se verá más en detalle cuando se hable de las defensas rivereñas.

4.2. EQUIPOS:

Se realizó una movilización masiva de tierras para la elaboración del terraplén con material propio de la obra. Para esto se utilizaron excavadoras, volquetes y cargadores frontales (para el movimiento de tierras) y rodillos compactadores y motoniveladoras (para la compactación del terraplén). Además se utilizaron equipos para el hincado de los pilotes prefabricados y grúas y andamios corredizos para la construcción de las vigas dovelas.

En la siguiente imagen, se muestra el eje de la vía (en naranja), las columnas y las defensas ribereñas (azul, amarillo y morado). Como se puede observar, el tramo de 110m es el único que cruza el cauce del río, por lo que es el único que debe cumplir con la luz mínima de 95m.

4.3. MATERIALES:

El concreto en las diferentes etapas del proceso constructivo cumplió con los siguientes valores de resistencia mínima a la tracción y compresión:

- Tensión inicial admisible = 0.25( fc ’)0.5 .en Tracción- Tensión Admisible básica para el estado de servicio= 0.6fc’ en Compresión- Tensión admisible bajo cargas muertas:0.45fc’ en Compresión0.25( fc ’)0.5 .en Tracción- Resistencia de concreto de superestructura: fc’=42MPa a los 28 díasEl acero utilizado debe cumplir:- Acero de refuerzo Grado 60, fy= 420 MPa (4200 kgf/cm2)- Acero de postensado Grado 270 – baja relajación. , fy= 1860 MPa (18600 kgf/cm2)- Se debe de tener en cuenta que el acero vertical de todos los pilares cumple con la norma ASTM A706.

4.4. PUENTE SOBRE LA VIA DE EVITAMIENTO Y EL RIO RIMAC:El puente sobre la Vía de Evitamiento considera el diseño del viaducto elevado para el módulo. Este módulo tiene un alineamiento aproximado norte – sur y se desarrolla entre las progresivas KM 23+243.693 y KM 23+517.693 el cual conserva su forma en todo el viaducto. La solución estructural planteada es de un puente tipo ménsula (Cantiléver) de volados sucesivos. Esta misma solución fue aplicada en el puente sobre el Rio Rímac, la cual se desarrolla entre las progresivas KM 23+686.568 y KM 23+926.568.

El Puente Huáscar y Rímac han sido diseñados como una superestructura de viga continua de concreto, tipo cajón vaciado en sitio, que será post-tensada en voladizo balanceado desde los dos pilares centrales. Contiene cuatro pilares, siendo dos (centrales) monolíticas con la superestructura (empotradas), y los dos apoyos extremos restantes soportan la viga en apoyos deslizantes.

Por otro lado, debido a que las estructuras de ambos puentes se ubican cerca del río Rímac, se desarrolló obras complementarias con la finalidad de proteger las márgenes del río y de esta forma asegurar la estabilidad de las estructuras; estas obras complementarias son:

Nuevo Muro de Contención en margen izquierda del río, paralelo al viaducto con la función de separar al viaducto y al puente del cauce del río.

Terraplén de Estabilización en margen derecha del río. Muro de Gaviones en la margen derecha del río en el puente existente Huáscar. Limpieza del cauce.

4.5. PARÁMETROS DE DISEÑO:

Se tiene los siguientes parámetros de diseño:• La velocidad máxima permitida es de 80km/h, esta será la velocidad en los puentes ya que los puentes se encuentran en tramos rectos.

Gálibo mínimo entre calzada y estructuras sobre pasante 5,00m. (en zona urbana).• Altura libre a considerar de acuerdo a la evaluación hidráulica a realizar a partir del Estudio de Hidráulica para el Puente sobre el Río Rímac.• El sistema de vía está acondicionado especialmente para permitir el rodamiento y el guiado de los coches por medio de ruedas metálicas. La vía está constituida por rieles y elementos similares a los de una vía férrea clásica, con una trocha estándar de 1.44m.

4.6. DISEÑO ESTRUCTURAL:

El diseño definitivo de la estructura de los puentes fueron elaborados con el apoyo de las normas de las instituciones como Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE), American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318), Design of Elevated Guideway Structures for Rail Transit (TRB), Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design (AASHTO LRFD), entre otras.

4.7. CIMENTACION:

Las cimentaciones son por medio de zapatas apoyadas en pilotes de 1.5m de diámetro excavadas y vaciadas in situ. El tipo de cimentación de los puentes propuestos fueron definidos por el estudio hidráulico e hidrológico, según eso se determinó la profundidad de socavación, y del estudio geotécnico se obtuvo las características del terreno de cimentación que está compuesto por material fluvial conformado por sedimentos finos y gruesos.

En el caso del Puente Huáscar, los pilares externos 1 y 4 están fundados sobre un grupo compuesto de 5 pilotes de 20 m y 5 pilotes de 31 m. Dicho grupo está conectado a través de un cabezal de pilotes de 9.0m x 9.0m x 3.0m. El pilar interno 2 está fundado sobre un grupo compuesto de 9 pilotes de 34 m. Dicho grupo está conectado a través de un cabezal de pilotes de 15.0m x 15.0m x 3.0m. El pilar interno 3 está fundado sobre un grupo de 11 pilotes de 31 m. Dicho grupo está conectado a través de un cabezal de pilotes rectangular de 21.0m x 10.5m x 3.5m el cual queda desviado 33⁰ con respecto al eje del puente con la finalidad de librar la interferencia con una tubería troncal de agua.

Por otro lado, el Puente Rímac está cimentado sobre pilotes perforados de 1.5m de diámetro. Los pilares externos 1 y 4 están fundados sobre un grupo compuesto de 5 pilotes de 13.5m. Dicho grupo está conectado a través de un cabezal de pilotes de 11.0m x 9.0m x 2.5m. Los pilares internos 2 y 3 están fundados sobre un grupo compuesto de 9 pilotes de 23 m de longitud. Dicho grupo está conectado a través de un cabezal de pilotes de 15.0m x 15.0m x 2.5m.

A continuación se muestras algunas de las plantas de la cimentación de pilares.

4.8. PILARES:

Los puentes tienen un total de cuatro pilares, siendo los dos pilares centrales empotrados, y los dos apoyos extremos restantes soportan la viga en apoyos deslizante. La Subestructura del puente Segmental, incluye columnas que serán de concreto reforzado y vaciados in-situ.

Además de cumplir la función de transmitir las cargas verticales vivas y muertas en el suelo, la superestructura también está diseñada para resistir las fuerzas laterales, siendo los más importantes los efectos sísmicos y los efectos de los desplazamientos de contracción y la temperatura.

Los pilares externos 1 y 4 son del tipo “monocolumnas” con dimensiones de su sección transversal de 3.20m x 2.40m (Puente Huáscar) y de 3.50m x 1.40m (Puente Rímac), mientras que los pilares centrales 2 y 3 son del tipo “Twin Leaf”. La altura libre de las columnas varía como sigue: 24.7 m, 20.2 m y 20.5 m. Por otro lado, en el Puente Rímac se consideró la altura libre de las columnas varía como sigue: 21.6 m, 17.5m y 18.2 m

De acuerdo a los principios de capacidad de diseño, las columnas fueron diseñadas como rotulas plásticas. Con el fin de lograr los niveles de ductilidad fue necesario el confinamiento de la columna de concreto por medio de zunchos.

4.9. MÓDULO

Un módulo es un conjunto de vanos entre dos juntas de dilatación consecutivas. Se considera como la unidad básica del diseño estructural pues permite alcanzar la hiperestaticidad de la estructura, es decir mayor rigidez, estabilidad y resistencia, generando así un mejor comportamiento sismo resistente.

El “Puente Sobre Vía de Evitamiento” propuesto tiene un módulo del tipo ménsula y está conformado por tres vanos de 75m – 124m - 75m dando una longitud total de 274m, y se ubica dentro del cauce del río. La superestructura tiene 8,60m de ancho y una altura variable de 3,07m en los pilares extremos y 7,00m en los pilares centrales, que permite desarrollar las dos líneas de riel para soportar la circulación del tren en ambas direcciones. Esta solución permite desarrollar un proceso constructivo que evita el uso de falso puente durante la ejecución del tablero, permitiendo la construcción de este en cualquier mes del año, incluso en épocas de crecidas del caudal. Este tablero está diseñado para ser vaciado in-situ con concreto postensado y las juntas de dilatación están localizadas al final de los soportes de los pilares.

El “Puente Rímac” propuesto también tiene un módulo del tipo ménsula y está conformado por tres vanos: 65m – 110m - 65m, dando una longitud total de 240m, dejando libre todo el cauce del río. La superestructura tiene 8,64m de ancho permitiendo desarrollar las dos líneas de riel para soportar la circulación del tren en ambas direcciones.

4.10. VOLADIZOS SUCESIVOS:

El Puente fue diseñado como una de viga continua de concreto, tipo cajón vaciado in-situ, que será postensada en voladizo balanceado desde los dos pilares centrales. En el Puente Huáscar, la luz principal del puente tendrá 124 metros y dos luces secundarias de 75 metros de largo cada una y en el Puente Rímac, luz principal del puente tendrá 110 metros y dos luces secundarias de 65 metros de largo cada una. Ambos puentes contienen un total de cuatro pilares, siendo los dos pilares centrales de unión monolítica con la superestructura (empotrada), y los dos apoyos extremos restantes soportan la viga cajón en apoyos deslizantes.

La construcción de los puentes incorpora el método de construcción por volados sucesivos compensados, el cual consiste en construir el cajón del tablero del puente mediante dovelas o segmentos sucesivos, donde cada dovela de concreto se ejecuta en sitio mediante encofrado deslizante y soporta el peso del siguiente segmento y el peso del encofrado, por este método constructivo se le conoce también como Puente Cantiléver.

En el puente Huáscar, cada voladizo es aproximadamente de 62m de largo; por lo tanto, hay 13m de luz posterior al último pilar (1 y 4) y en el puente Rímac, cada voladizo es aproximadamente de 55m de largo teniendo 10m de luz posterior al último pilar (1 y 4). Esta pequeña porción deberá construirse con apoyos temporales. En general el proceso de construcción escogido elimina el uso de apuntalamiento temporal en la luz principal de 124m (Puente Huáscar), y 110m (Puente Rímac), que resultaría dificultoso por la presencia interferencias.

Es importante indicar que el tablero también se postensa con tendones de acero de alta resistencia que aseguren que todas las cargas durante la construcción y durante la etapa de servicio.

4.11. SISTEMA ESTRUCTURAL:

El sistema estructural elegido para el puente es del tipo segmental en volados sucesivo, el mismo que permite construir puentes sobre autopistas y sobre el rio con el mínimo impacto al tráfico o al cauce del rio. Debido a su método de construcción y a las proporciones de las luces a cruzar, el puente segmental ofrece la mejor solución estructural y adecuado proceso constructivo.

4.12. CONSIDERACION DE CARGAS:

Estas consideraciones fueron consideradas para ambos puentes, ya que tiene características similares.

Cargas de Peso Propio.- Para el cálculo de las demandas por peso propio de los elementos de concreto se utilizó un peso unitario de 2,50 ton/m3.

Cargas Muertas.- En función al metrado de cargas de peso muerto tales como balasto, riel, durmientes, bordes típicos, canaletas, etc. Es importante notar que las cargas muertas son considerablemente mayores a las cargas que se presentan en puentes de carreteras y por lo que implica tener una configuración y propiedades distintas.

Cargas Vivas de Diseño.- Las cargas vivas empleadas en el dimensionamiento corresponden a las cargas para un tren de dos carros cargados y para un tren de dos carros más la locomotora de maniobra. Carga máxima por Eje de un carro Cargado: 11,58 ton y la carga máxima por Eje de la Locomotora de Maniobra: 17.00 ton.

Cargas de Sismo.- Para la determinación de las cargas de sismo se siguió la “AASHTO - Guide Specifications for LRFD Seismic Bridge Design-2009” publicación que incorpora los nuevos criterios de diseño sísmico – “Displacement Capacity Design” y utilizando el espectro sísmico determinado en el Estudio de Riesgo Sísmico para el Tramo 2. Se desarrolló el Estudio de Peligro Sísmico para todo el tramo II, dentro del cual se puede notar que el espectro de respuesta usado para el diseño de los puentes, el cual considera un periodo de retorno de 1000 años, en un suelo tipo C de acuerdo a la clasificación AASHTO 2010

4.13. CONSTRUCCIÓN:

La construcción del tablero se realizará con el método de voladizo equilibrado. Primero se construirá la cimentación y los pilares; incluyendo las dovelas vaciadas “in situ” las que también servirán como inicio de los voladizos que serán lanzados en los dos pilares interiores. Cada segmento de 4m de largo sobre el voladizo será lanzado con carro de avance desarrollado para adaptar el encofrado del puente. El carro de avance se engancha del extremo de la viga en la parte construida y después del concretado y fraguado de la dovela correspondiente, podrá ponerse en marcha hacia adelante para construir el siguiente segmento. La estabilidad del voladizo se asegura en cada etapa de la construcción, por postensionamiento de tendones que se ubican en el ala superior de la viga.

El post-tensado longitudinal del puente está formado por tendones para voladizos y tendones para continuidad. Cada tendón está compuesto por un número variable de cordones de siete cables. Un cordón típico tiene 15,2mm de diámetro y está hecho de acero de alta resistencia con una capacidad máxima de 1860 MPa.

Tendones de la viga en voladizo se colocan en las proximidades del ala superior de la viga y se colocan durante la construcción en voladizo. Estos tendones se mantienen esencialmente horizontales con el fin de reducir la fricción y para facilitar el enroscado de los tendones.

En comparación con los tendones convencionales, este procedimiento de postensado conduce a una cierta pérdida de la capacidad de corte, sin embargo, esta pérdida es fácilmente compensada aumentando el espesor del alma, añadiendo más acero en el alma o mediante la instalación de pretensado vertical en el alma. Los tendones para continuidad son instalados cerca del centro de la luz, para lograr la continuidad de la viga y para resistir los momentos resultantes de flexión.

Una vez que todos los segmentos típicos del cantiléver se construyen, las vigas voladizas serán conectadas con la dovela de cierre y de esta forma, el tramo principal se hace continuo por medio del concretado de un segmento de cierre.

SECUENCIA FOTOGRÁFICA:

Abril 2013

Mayo 2013

Junio 2013

Julio 2013

Agosto 2013

Septiembre 2013

4.14. Control geométrico de las dovelas

El control geométrico es la actividad de campo que permite conocer el comportamiento real del concreto, en el aspecto de las deformaciones, para controlar la secuencia de construcción y que esta se ajuste a la deformación teórica con la que se diseñó la ubicación (cota final) de la vía férrea.

Para facilitar el control geométrico, el área de ingeniería de la obra se enfocó en la determinación de la deformación “creep” del concreto y del control detallado de los niveles topográficos después del vaciado de cada dovela. A continuación se muestra el error constructivo que se presenta cuando existe un control geométrico deficiente:

Paso 1

Paso 2

Paso 3

La determinación de la deformación Creep para el concreto de las dovelas se hizo con ayuda de ensayos de laboratorio y la consultoría de expertos en comportamiento de concreto. Este análisis permitió un control geométrico más preciso y la agilización de los cálculos para la construcción secuencial de dovelas. Ello, de cualquier forma, debe estar acompañado del proceso continuo de lectura de niveles después del vaciado y postensado de cada dovela.

5. BIBLIOGRAFIA:

GERARDINO, Marlio (2001) Estudio Comparativo de Puentes Construidos por Voladizos Sucesivos. Universidad politécnica de Cataluña (consulta: 11 de mayo de 2014) (https://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/12701/1/Estudio%20Comparativo%20de%20Puentes%20Construidos%20por%20Voladizos%20Sucesivos.pdf)

MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES (MTC) (2012) Memoria Descriptiva – Puente sobre Vía de Evitamiento.

MINISTERIO DE TRANSPORTES Y COMUNICACIONES (MTC) (2012) Memoria Descriptiva – Puente sobre Rio Rímac.

ORTIZ, Lorena y otros (2013) Desafiando al Río Hablador. Trabajo presentando en el concurso Premio Destaque de la empresa Odebrecht.