tesis analisis del sistema constructivo empuje de puentes aplicado a puentes mixtos

Anlisis del sistema constructivo Empuje de Puentes, aplicado a Puentes mixtos

Tesis para optar al Titulo de: Ingeniero Civil en Obras Civiles

Profesor Patrocinante: Dr. Ing. Frank Schanack.

RAL ALEJANDRO CRCAMO VENEGAS VALDIVIA

2011

Ral Crcamo Venegas Anlisis del sistema constructivo Empuje de Puentes, aplicado en Puentes mixtos

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EugenioTexto escrito a mquina.........didicado a mis padres y familia.

EugenioTexto escrito a mquina

EugenioTexto escrito a mquina


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RESUMEN

El empuje de puentes es un procedimiento por el cual el puente o secciones de ste son construidos en lugares

favorables, para luego ser empujados a su lugar definitivo mediante elementos hidrulicos.

La principal complicacin, es controlar los momentos flectores que se van produciendo a travs del empuje,

debido a que las secciones sufrirn esfuerzos de momentos flectores, tanto negativos como positivo, por el avance

de la viga continua sobre las pilas. Adems, existir un elevado momento flector negativo en el dintel justo sobre la

pila anterior cuando la viga continua est a punto de alcanzar la pila siguiente, debido al efecto mnsula.

Se ejemplific un modelo de elementos finitos tipo vigas del viaducto mixto espaol Regueirn, mediante el

software SOFiSTiK; en el cual se utilizaron todos los estados de carga que se producan durante el empuje.

Para controlar los momentos, se compararon dos sistemas estructurales temporales que controlaban, unificaban

y reducan los momentos flectores. Los sistemas estructurales fueron; una nariz de perfiles de acero en celosa, que

se ensamblaba al comienzo de la superestructura a empujar; y una torre de atirantamiento temporal, que atiranta la

parte delantera de la superestructura.

Del anlisis se desprende, que el mejor mecanismo es la torre de atirantamiento para controlar los momentos

flectores, que se ejercen durante el lanzamiento del viaducto Regueirn. As mismo, existen ventajas econmicas

frente a la nariz de lanzamiento, para realizar el mismo control de esfuerzos.

En s, ste procedimiento sera perfectamente utilizable en Chile para construir puentes mixtos.


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ABSTRACT

Bridge launching is a construction method by which a bridge or its sections are fabricated in favorable sites, and

then are launched to their final positions by means of hydraulic machinery.

The main complication in this process is controlling the bending moments in the continuous beam (positive and

negative), produced during the launching of such beam. There will be high negative moments in the

superstructure when the beam has almost reached the next pier. The high negative moments are mainly due to the

cantilever effect.

This has been demonstrated in an analysis model of the continuous beams of the 560 m long Spanish composite

bridge Regueirn using the finite element software SOFiSTiK. In this model, all of the states of load of the

continuous beam were analyzed by the software.

To control, reduce and unify the bending moments, two different temporary support structures were compared.

The first temporary structure was a steel launching nose assembled to the superstructure in front of the continuous

beam. The second temporary structure was a tower with strand tendons. The tendons were used to pull the head

of the continuous beam in order to reduce transitory stresses.

After a full analysis of both temporary support systems, it was found that the most efficient system was the tower

with strand tendons. This was the preferred method because of better control over the stresses in the continuous

beam, and the tower also demonstrated a lower cost.

To conclude, the bridge launching system is a promising new technology in composite bridge construction. This

system is very desirable over other techniques, and has proved to be a viable option that should be utilized in Chile.


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INDICE

CAPTULO I. Introduccin. ................................................................................................................................................. 8

1.1 Planteamiento del problema. ..................................................................................................................................... 8

1.2 Objetivos de la Memoria de Ttulo. .......................................................................................................................... 10

1.2.1 Objetivo general. ................................................................................................................................................ 10

1.2.2 Objetivos especficos. ........................................................................................................................................ 10

1.3 Metodologa. .............................................................................................................................................................. 11

CAPTULO II. Marco Terico. ............................................................................................................................................. 12

2.1 Principales mtodos de construccin de puentes. ................................................................................................. 12

2.1.1 Cimbras apoyadas en el suelo. .......................................................................................................................... 12

2.1.2 Avance en voladizo. ........................................................................................................................................... 13

2.2 Mtodo de construccin de puentes mediante empuje. ....................................................................................... 17

2.2.1 Elementos del proceso constructivo mediante empuje. ................................................................................ 20

2.2.2 Parque de fabricacin. ....................................................................................................................................... 20

2.2.3 Empuje mediante gatos Hidrulicos. ............................................................................................................... 22

2.2.3.1 Empuje mediante gatos Hidrulicos y barras de empuje. ...................................................................... 22

2.2.3.2 Empuje mediante gatos hidrulicos y rozamiento. ................................................................................. 24

2.2.4 Apoyos deslizantes para lanzamiento. .............................................................................................................. 26

2.2.5 Guas laterales. ................................................................................................................................................... 28

2.3. Problemas derivados del empuje. ........................................................................................................................... 30

2.3.1. Efecto mnsula. ................................................................................................................................................. 30

2.3.1.1 Nariz o pico de avance. .............................................................................................................................. 31

2.3.1.1.1 Parmetros de diseo. ........................................................................................................................ 33

2.3.1.2 Torre de atirantamiento. ........................................................................................................................... 34

2.3.1.3 Pilas provisorias. ......................................................................................................................................... 35

2.3.2. Deslizamiento excesivo de la superestructura. .............................................................................................. 36

2.4 Puentes mixtos. .......................................................................................................................................................... 37

2.4.1 Puentes mixtos con secciones tipo cajn. ....................................................................................................... 39


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CAPTULO III. Estudio del Diseo. .................................................................................................................................... 40

3.1 Modelo de Estudio. ................................................................................................................................................... 40

3.1.1 Emplazamiento. ................................................................................................................................................. 40

3.1.2 Caractersticas longitudinales. .......................................................................................................................... 41

3.1.3 Caractersticas transversales. ............................................................................................................................. 42

3.1.4 Caractersticas de la Subestructura. .................................................................................................................. 43

3.1.5 Empuje de la superestructura. .......................................................................................................................... 44

3.1.6 Datos Estructurales. ........................................................................................................................................... 46

3.2 Modelamiento. ........................................................................................................................................................... 47

3.2.1 Secciones. ........................................................................................................................................................... 48

3.2.2 Apoyos verticales. .............................................................................................................................................. 53

3.2.3 Apoyos Laterales. ............................................................................................................................................... 55

3.2.4 Parque de empuje. ............................................................................................................................................. 57

CAPTULO IV Anlisis y resultados. ................................................................................................................................ 59

4.1 Aplicacin de empuje al modelo de estudio. .......................................................................................................... 59

4.2 Empuje del Viaducto de Regueirn con y sin losa de hormign armado ............................................................ 60

4.2.1 Empuje del Viaducto de Regueirn sin losa de hormign armado. .............................................................. 60

4.2.2 Empuje del Viaducto de Regueirn con losa de hormign armado. ............................................................ 65

4.3 Empuje del Viaducto de Regueirn con elementos estructurales auxiliares. ...................................................... 73

4.3.1 Empuje del viaducto de Regueirn con nariz o pico de avance. ................................................................... 73

4.3.1.1 Estudio del largo de la nariz de avance. ................................................................................................... 75

4.3.1.2 Empuje del viaducto de Regueirn con nariz de avance de 52 m. ........................................................ 78

4.3.2 Empuje del Viaducto de Regueirn con torre de atirantamiento temporal. ................................................ 82

4.3.2.1 Estudio de la altura de la torre de atirantamiento ................................................................................... 85

4.3.2.2 Empuje del viaducto de Regueirn con torre de atirantamiento temporal de 20 m de altura. .......... 88

4.3.2.2.1 Diseo de los cables de la torre de atirantamiento. ......................................................................... 93

4.4 Eleccin de la estructura auxiliar para el Viaducto de Regueirn. ........................................................................ 97

CAPTULO V Empuje de puentes en Chile. .................................................................................................................. 98

5.1 Empuje del Puente Amolanas en la Regin de Coquimbo, Chile. ......................................................................... 98


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CAPTULO VI. Conclusiones .............................................................................................................................................. 101

BIBLIOGRAFA.............................103

ANEXO I: Distribucin nodal de los elementos finitos tipo viga .......................................................................................... 105

ANEXO II: Principales momentos flectores del Viaducto de Regueirn sin losa de hormign ..................................... 109

ANEXO III: Fotografas del Viaducto de Regueirn en sus fases de empuje ..................................................................... 114


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CAPTULO I. Introduccin.

1.1 Planteamiento del problema.

Desde botar un rbol para superar accidentes geogrficos, hasta crear grandes obras de ingeniera para conexin

entre pases; los puentes desde sus orgenes han significado ms que un simple proyecto de ingeniera civil. Los

puentes son un smbolo de conectividad urbana, unin de distintas culturas, comunicacin, trabajo, desarrollo,

etctera. En s, un puente es una estructura artificial construida y diseada para salvar accidentes geogrficos como

caones, ros, valle, o cualquier otro obstculo que se desee superar.

El diseo de un puente vara segn su funcionalidad, sistema estructural, material, emplazamiento, mtodo de

construccin, etctera; siendo el estudio de diseo de un puente diferente uno del otro. Todos estos parmetros

deben ser puestos a anlisis y el Ingeniero Civil debe tomar en cuenta cuales predominan.

Los puentes mixtos construidos de acero y hormign, es una combinacin de materiales ms utilizada en el

ltimo tiempo, debido a sus grandes luces y a su reducido peso propio, compuestos por una alma metlica de

acero y una losa de hormign construida in situ o prefabricada; hacen que la combinacin del acero estructural que

trabaja muy bien a la traccin y el hormign que por su bajo costo en funcin a su resistencia a la compresin; sea

de gran inters para ingenieros, estudindolos y mejorndolos cada da.

Un anlisis de gran importancia en el estudio del diseo, son sus diferentes sistemas de construccin que

llevarn a concretar el proyecto. En la actualidad, especialmente en los ltimos 50 aos, se han desarrollado una

gran variedad de diferentes sistemas de construccin, sistemas que bajo condiciones ptimas logran ventajas

inimaginables.

Dentro de la variedad de mtodos de construccin, el empuje de puentes ofrece ventajas tanto para el

propietario como para el contratista, a la hora de hablar de puentes con grandes luces y alturas significativas. Una

de las principales ventajas es la supresin de la cimbra, logrando con ello una perturbacin mnima al entorno;

como por ejemplo en un rea ecolgicamente protegida, en valles profundos, ros caudalosos, cuestas escarpadas,

etctera. Es as como este sistema constructivo se ha utilizado con gran xito en Europa, uno de los iconos de la


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construccin de puentes mediante empuje, fue la realizacin del Viaducto de Millau en el ao 2004 con un poco

ms de 2 Km de longitud y a 343 m de altura.

Otra caracterstica destacada en empuje de puentes, es el nivel de prefabricacin de las dovelas que se puede

lograr, contribuyendo a la rapidez de ejecucin del empuje; disminuyendo con ello el costo total de la obra en

funcin de la cantidad de luces a ejecutar. Tambin es destacable, un ambiente de mayor seguridad que se puede

lograr para los trabajadores, debido a la concentracin de las reas de trabajo.

En Chile, la primera construccin de puentes mediante empuje, es la construccin del puente carretero ms alto

de Chile; el Puente Amolanas, con aproximados 268 m de longitud total y un poco ms de 100 metros de altura. Su

emplazamiento es ruta 5 norte entre los tramos de Los Vilos y La Serena, su construccin se lleva a cabo entre los

aos 1999 y 2000 con un poco ms de 15 meses.

De esta manera, el sistema de construccin a emplear puede tener una influencia decisiva sobre las primeras

etapas de diseo de un puente, es por esto que surge la inquietud de un estudio minucioso de cmo aplicar el

empuje de puentes, sistema constructivo novedoso y exitoso, a puentes mixtos de gran popularidad en el diseo

de puentes; tomando en cuenta sus diferentes variables de diseo.


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1.2 Objetivos de la Memoria de Ttulo.

1.2.1 Objetivo general.

Realizar el anlisis del empuje del Viaducto de Regueirn de tableros mixtos; determinando que factores son influyentes para reducir el coste y esfuerzos en la estructura mediante la utilizacin del programa de

elementos finitos SOFiSTiK.

1.2.2 Objetivos especficos.

Analizar los momentos flectores que se generan mediante el empuje de los tableros, describiendo los esfuerzos de los elementos involucrados.

Realizar un anlisis del lanzamiento del Viaducto de Regueirn, analizando dos estructuras auxiliares para el lanzamiento: La nariz o pico de avance y la torre de atirantamiento temporal.

Estudiar los parmetros del Viaducto de Regueirn que son necesarios para la utilizacin ptima del sistema constructivo empuje de puentes. Parmetros como: el largo y altura del puente; la cantidad de

vanos y longitud de estos; su alineacin en planta para el determinado empuje; y las pendientes

longitudinales y transversales.


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1.3 Metodologa.

Se comenzar con un estudio exploratorio del material relacionado con el tema, con el fin de recabar la mayor

informacin posible sobre sistemas constructivos y sus avances que se han presentado a travs de los ltimos aos.

Se reunir la informacin especfica de empujes de puentes para el estudio de la disminucin de los esfuerzos,

logrando agrupar esta informacin en funcin de parmetros de diseo que se analizarn comparativamente.

Se estudiar el programa de elementos finitos SOFiSTiK, realizando ensayos de diferentes modelaciones y

estudiando la documentacin del programa, como ejemplos y manuales que entrega SOFiSTiK.

Se estudiar mediante SOFiSTiK, el empuje para determinadas estructuras y peso propio del sistema,

especficamente los elementos que influyen en el lanzamiento del Viaducto de Regueirn. Se realizar un modelo

de anlisis del Viaducto de Regueirn, en el que se evaluarn las dificultades, ventajas y desventajas que es el

empuje de sta estructura, comparando un modelo de elementos finitos tipo vigas con losa de hormign y otro sin

losa de hormign.

Se pretende analizar las estructuras auxiliares que se utilizan para el proceso de empuje de puentes; analizando

especficamente parmetros estructurales que hacen influir en los esfuerzos de la superestructructura, mediante

diferentes largos de la nariz o pico de avance; y de las diferentes alturas de la torre de atirantamiento. ste anlisis

se llevar acabo, a travs de modelaciones del Viaducto de Regueirn con empuje, utilizando narices de avance de

60, 64 y 68 m. Tambin se realizar el empuje del viaducto con 4 diferentes modelos de elementos finitos de torres

de atirantamiento de 10, 15, 20 y 25 m de altura.

Luego de realizado estos estudios previos antes mencionado, se har el estudio de conclusiones relacionado a

los objetivos planteados.


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CAPTULO II. Marco Terico.

2.1 Principales mtodos de construccin de puentes.

Existe una gran variedad de sistemas para la construccin de puentes, desde los ms simples como es la cimbra en

el suelo, hasta elaborados sistemas constructivos que conlleva a ventajas destacables para el desarrollo del

proyecto. El empuje de puentes, est dentro de esta gran gama de mtodos constructivos desarrollando y

alcanzando grandes avances en estos ltimos aos. A continuacin se detallarn algunos de estos sistemas

constructivos.

2.1.1 Cimbras apoyadas en el suelo.

Cimbra compuesta de tubos metlicos o de madera, por su simplicidad es bastante utilizada para puentes de baja o

media altura, en sta se apoya el encofrado de madera la que le d la forma geomtrica que necesita para la

elaboracin determinada del dintel que se necesita construir. Fig. N1.

Figura N1: Cimbras apoyadas en el suelo.

Fuente: Cortesa Empresa Ulma.


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Los tubos metlicos se apoyan directamente en el suelo a travs de tablones de madera, una de las grandes ventajas

estructurales que ofrece este sistema constructivo es evitar considerar estados de construccin en el

dimensionamiento de la estructura que se est diseando.

Para puentes de hormign armado y pretensado que contiene varios vanos sucesivos, el procedimiento de

cimbra se va realizando tramo a tramo y la construccin se va haciendo in situ. Una vez que se ha hormigonado un

tramo, se pretensa, se descimbra y se desencofra. Este procedimiento de ejecucin sucesiva trae una

economizacin de la cimbra y del encofrado.

2.1.2 Avance en voladizo.

El mtodo constructivo de avance en voladizo, es mediante el cual se desarrollan los tramos de la superestructura a

travs de la elaboracin sucesiva desde la pila hacia el centro del vano mediante un carro de avance que encofra y

desencofra las secciones; y los diferentes tramos se van sosteniendo por el tramo anterior. Este procedimiento se

va desarrollando a ambos lados de la pila para equilibrar los momentos flectores que se van produciendo.

Se desarrolla el procedimiento de avance en voladizo para la realizacin de puentes a gran escala, en donde los

valles profundos en zonas montaosas o curso de aguas ininterrumpible; hacen que ste sistema sea utilizado con

gran frecuencia debido a la carencia de soporte en tierra; por lo contrario, la utilizacin de pilas intermedias

temporales incrementara considerablemente el coste de la obra en ejecucin. Es as como tambin ofrece ventajas

para puentes con grandes luces y generalmente con vigas de canto variable, siendo la alimentacin de la obra a

travs de las pilas [Manterola, J. 2006].


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El avance en voladizo se utiliza para diferentes tipologas estructurales de puentes, como lo son puentes rectos,

puentes arcos y puentes atirantados; compuesto de hormign, metlicos o mixtos.

En puentes de tipologa de arcos se utiliza un mstil auxiliar para ayudar a la formacin del arco y evitar el

desarme de la estructura mediante tirantes provisionales (Fig. N2.).

En puentes atirantados los tirantes provisionales van a los pilonos, los cuales forman parte de la tipologa de la

estructura.

Figura N2: Arco mediante avance en voladizo.

Fuente: Cortesa Empresa Incop.

Uno de los conflictos que se presentan en el avance en voladizo, es el hecho que a medida que se va ejecutando la

construccin de los tramos, genera momentos flectores de una viga en voladizo o mnsula; al instante de

empalmar con el otro extremo en el centro del vano, estos momentos pasan a generarse casi totalmente contrarios

a los esfuerzos de la mnsula y se generar momentos flectores relativos a una viga continua, por lo cual, cuando se

disea la superestructura, stos cambios de momentos deben ser considerados.


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Esta tcnica se ha desarrollado desde tiempos de la roma antigua, cuando a los puentes elaborados por troncos de

rboles se le colocaban rocas como contrapeso. Ya en el ao 1930 se realiza en Brasil la primera construccin en

voladizo sucesivo en un puente de hormign armado, siendo desarrollado hasta el da de hoy para la construccin

de puentes hormigonados in situ, como para aquellos que usan la prefabricacin de las dovelas en

factora[Manterola, J. 2006]. Fig. N3.

Figura N3: Avance en voladizo, Viaducto de Pujayo, Espaa.

Fuente: scar Ramn Ramos, 2010.

Otra de las desventajas que presenta el avance en voladizo, es debido al hormigonado in situ de los diferentes

tramos de la superestructura; los cuales cuando se presentan gran cantidad de vanos sucesivos y tramos de grandes

extensiones, toma demasiado tiempo el arme y desarme del carro de avance que encofra y desencofra las

secciones. Por otro lado, la no conectividad entre las pilas donde se van generando las diferentes secciones, trae

problemas logsticos para el suministro de materiales, trabajadores, maquinarias etc.


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Una de las soluciones que se ide para este tipo de inconvenientes del hormigonado in situ, fue la creacin de una

viga autolanzable; en la cual la viga es apoyada en la pila siguiente y su encofrado se va movilizando sin

inconvenientes. La rigidez ofrecida por la viga, es utilizada para montar el carro de avance que hormigona las

secciones, entregando bastante maniobrabilidad del encofrado, no necesitando armar y desarmar el carro de

avance, por cuanto ste slo se desliza a su nueva posicin para seguir hormigonando. Fig. N4.

Figura 4: Viga autolanzable, Viaducto de Llobregat.

Fuente: Jornadas de hormign, Universidad Politcnica de Catalua, 2007


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2.2 Mtodo de construccin de puentes mediante empuje.

El mtodo de construccin que se elija para la realizacin de un determinado puente, depender de la morfologa

del sistema estructural del puente, forma, lugar de emplazamiento, material, etc. La construccin de puentes

mediante empuje, se debe tomar en cuenta todos estos antecedentes previos para decidir este determinado

sistema.

El empuje de puentes es un procedimiento por el cual el puente o secciones de ste son construidos en zonas o

lugares favorables, ubicados de tal forma que permitan la alimentacin de materiales como tambin para los

propios trabajadores que realizan esta tarea, para luego ser empujados o lanzados mediante elementos de empuje

hidrulico a su lugar definitivo. Este procedimiento ha sido desarrollado desde el siglo XIX, mediante obras de

aceros livianas y resistentes. Ya en el ao 1959 se realiza el primer intento de segmentos de hormigones

prefabricados para cubrir el Ro Ager en Austria y seguidamente el ao 1962, fue la primera aplicacin en puentes

de hormign pretensado sobre el Ro Caroni en Venezuela; procedimiento que se realiz por F. Leonhardt y W.

Baur . [Rosignoli, M. 2002].

En los ltimos aos hasta la actualidad, ste sistema constructivo se ha masificado, llegando a ser una real y

factible alternativa de construccin de puentes. Las nuevas tcnicas computacionales, la introduccin de software

de elementos finitos que colaboran con el clculo estructural ms exacto, los desarrollos tecnolgicos de

pretensados, el mejoramiento y conocimiento de materiales; como lo son mejores hormigones y la aparicin del

tefln, la elaboracin de nuevos mecanismos hidrulicos, entre otros; han sido favorables para la expansin de este

sistema constructivo.

Otro antecedente de tener en cuenta, en pases industrializados, fcilmente la ejecucin de la obra cubre casi el

50% del porcentaje total de la construccin de puentes; por lo tanto, para disminuir el costo de ejecucin se

requiere la industrializacin del proceso para que la inversin sea amortizada [Rosignoli, M. 2002].

El costo que implica implementar este sistema, puede ser mencionado como una desventaja comparada a otros

mtodos de construccin; debido a que requiere de elementos y profesionales especialistas en este tipo de sistema

para la ejecucin del proceso de empuje, que sin lugar a duda, es de un mayor costo econmico comparado con

los sistemas convencionales de construccin de puentes.


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Pese al mayor coste que implica implementar el sistema constructivo mediante empuje, ste est siendo de

bastante utilizacin en los ltimos aos; el hecho radica a las ventajas que ofrece este sistema.

En primer lugar, la independencia de trabajo que ofrece; debido a que la estructura del puente se construye

fuera de su ubicacin definitiva, siendo muy til cuando encontramos proyectos en valles profundos, ros,

accidentes geogrficos como quebradas, o estructuras ya existentes; permitiendo la ejecucin de construccin sin

mayores problemas.

En segundo lugar, se puede mencionar la seguridad para los trabajadores, beneficioso por la ejecucin de los

trabajos en reas especialmente adaptadas al nivel del suelo y los trabajos en altura son los mnimos.

Finalmente, no se puede dejar de mencionar la reduccin del impacto ambiental en la ejecucin de la obra; todo

el trabajo queda delimitado a exactamente el trazado real del puente o viaducto, logrando no alterar mayormente el

rea de ejecucin no siendo necesario ocupar otras reas diferentes a las del trazado original.

Una ventaja del sistema estructural de la superestructura que se genera mediante el empuje de puente, es que

al ser lanzado las secciones una a una y al ensamblarlas, soldarlas u hormigonarlas; se crea una viga continua en

toda su seccin, entregando ventajas debido a la morfologa propiamente tal de este tipo de puentes, las cuales se

pueden nombrar entre otras:

Menor cantidad de material con respecto a otros sistemas estructurales como por ejemplo comparadas a puentes vigas.

Mayor control de deflexin y fatiga

Al eliminar los nodos intermedios, aumenta la respuesta a fuerzas horizontales ssmicas

Al tener menos juntas de dilatacin, decrece el costo de mantencin. [Rosignoli, M. 2002] y [Manterola, J. 2006].


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Todas estas ventajas, tanto del sistema de construccin como de la tipologa estructural de viga continua, han

permitido mitigar en gran parte las desventajas econmicas de este proceso y han dado paso a la industrializacin

de la construccin de puentes. Fig.N5.

Figura N5: Viaducto de Millau, construccin mediante empuje.

Fuente: Cortesa Empresa Enerpac.

Algunas condiciones geomtricas para la correcta y eficiente ejecucin de est mtodo constructivo son:

El canto de la superestructura a lanzar debe ser constante, para evitar desajustes en la alineacin vertical.

Debe existir un alineamiento en planta por el cual pueda ser empujada la superestructura, como lo son en una recta, circunferencia constante, hlice de paso constante y elipse. En el caso de existir doble

alineamiento, existe la posibilidad de lanzar la superestructura desde ambos estribos, con el propsito

de ejecutarla con el alineamiento propio y enlazarse donde se produce el cambio de alineamiento.

Un ancho constante; en el caso de anchos variables no significativas, pueden ser corregidas mediante el ajuste de las guas laterales.

Lograr que los tramos de lanzamiento sean con el mnimo peso propio posible; en el caso de puentes mixtos, se recomienda que el lanzamiento sea sin la losa de hormign ni la carpeta de rodado.

[Rosignoli, M. 2002].


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2.2.1 Elementos del proceso constructivo mediante empuje.

Existen innumerables elementos que componen este sistema constructivo, pero existe elementos que son

imprescindible para el procedimientos de empuje y la combinacin de todos o de algunos de ellos llevan a la

estructura a su posicin final.

2.2.2 Parque de fabricacin.

El parque de fabricacin se puede definir como la estructura auxiliar que est conectada a los estribos del futuro

puente a distancia de una seccin. rea en la cual la resistencia del terreno colabora con el proceso de empuje y se

realiza todo el proceso de construccin de las secciones del puente a lanzar, desde realizar el encofrado hasta

armaduras, rigidizadores, diafragmas, etc., pudiendo esta rea ser techada para no depender de factores

climatolgicos en la elaboracin o ensamble de las secciones.

Las diferentes secciones pueden ser construidas in situ o prefabricadas y ensambladas en el parque de

fabricacin. Estas secciones deben ser diseadas y construidas con una misma longitud, para lograr un grado de

industrializacin del proceso; en el caso de secciones hormigonadas in situ, para efectuar un ciclo repetitivo del

encofrado; o en secciones que se ensamblan en el parque de fabricacin, ayudar a no mover excesivamente

soportes que ayuden a soldar o acoplar las secciones.

Para puentes mixtos que son lanzados, existe la posibilidad de ser empujados con o sin losa de hormign, siendo

las secciones de acero estructural ensambladas y soldadas en el parque de fabricacin, una vez realizada las

soldaduras de acoplamiento se elaborar la losa de hormign, en el caso de que fuese a lanzarse con ella; de lo

contrario la losa se ejecutar una vez que la superestructura de acero quede en su lugar definitivo. Fig. N6.


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Figura N 6: Parque de fabricacin

Fuente: Marco Rosignoli

Para el caso de puentes de hormign armado, existe la posibilidad de utilizar secciones prefabricadas o de

hormigonarlas in situ; ambas deben ser ensambladas con armaduras pretensadas para que puedan resistir el

empuje en todo el trayecto. Fig.N7.

Figura N 7: Parque de fabricacin, para dinteles de hormign.

Fuente: Ibon Ascargorta, 2008.


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Para la realizacin del encofrado y el ensamble de las secciones de hormign o de acero, debe realizarse con la

mayor exactitud posible; errores de nivelacin o de ensamble podra resultar catastrficas al momento de que el

puente sea empujado, debido a la sobre tensin de las diferencias de presiones que ejercera la seccin sobre la pila

durante el lanzamiento. Es por esto que debe chequearse en todo momento los niveles y ensambles de la

estructura.

2.2.3 Empuje mediante gatos Hidrulicos.

Existe una gran variedad de gatos hidrulicos para realizar empuje de puentes, pero se diferencian dos tcnicas

bastante claras; una por gatos hidrulicos que tiran de barras de pretensado y la otra, un procedimiento mediante

gatos horizontes y verticales que trabajan bajo rozamiento.

2.2.3.1 Empuje mediante gatos Hidrulicos y barras de empuje.

Sistema compuesto de cables o barras de pretensado que pasan a travs de gatos hidrulicos huecos, que a su vez,

estn fijamente anclados a la superestructura y al estribo del puente; en casos donde se necesite mayor fuerza de

empuje, se pueden utilizar en pilas intermedias que tengan rigidez suficiente para llevar acabo el empuje. Los

gatos hidrulicos proporcionan una fuerza de empuje entre 0.8 a 1.5 MN, entregando una desplazamiento

horizontal de aproximadamente 200 mm por cada lanzamiento [Rosignoli, M. 2002].

Una de las ventajas que ofrece este sistema es no depender de la reaccin vertical de la superestructura, y es de

gran utilidad para empezar y terminar el proceso de empuje. La implementacin y equipamiento tiene un menor

coste econmico comparado con otros sistemas de empuje, que radica en su gran capacidad horizontal.

Para lanzamientos de grandes extensiones de superestructura, no es efectivo; debido al poco avance de empuje

que ofrece el sistema. Principalmente este sistema es utilizado en estructuras ligeras y con vanos de menores

extensiones. Para grandes extensiones se utilizan gatos especiales que pueden lanzar hasta 1 metro en un solo

empuje, el coste del equipamiento es mayor pero se ahorra tiempo de ejecucin. Fig. N 8

Unos de los inconvenientes de este sistema es la incapacidad de poner marcha atrs, dificultando volver con la

superestructura para posibles correcciones de desviaciones del trazado.

Para lanzamientos con pendientes en contra del empuje, se deben utilizar elementos que bloqueen el

deslizamiento de la superestructura una vez lanzada; bloqueo que ayudar efectivamente cuando se trata de

superestructuras de gran peso propio y cuando se debe agregar un nuevo segmento.


23

Figura N 8: Gato hidrulico con barras de pretensado.

Fuente: scar Ramn Ramos Gutirrez, 2010.


24

2.2.3.2 Empuje mediante gatos hidrulicos y rozamiento.

La utilizacin de uno o ms pares de gatos hidrulicos en diferente posicin, hacen en conjunto un potente sistema

de lanzamiento ideal para estructuras con grandes longitudes, pesadas y anchas; que por su gran volumen,

requieren de una mayor fuerza de empuje y de un control de lanzamiento ms preciso. La fuerza de empuje para el

lanzamiento, es traspasada a la superestructura mediante rozamiento entre el gato hidrulico y el alma del tablero.

Generalmente los gatos hidrulicos son ubicados en el estribo y en la parte superior de la pila. Fig. N 9

Para que el empuje de la superestructura pueda realizarse, es necesario que la proporcin entre la fuerza de

empuje TF y la reaccin vertical LVR , sea menor o igual al coeficiente de friccin LfC . , entre la superestructura y

el gato de empuje. [Rosignoli, M. 2002].

LfLV

T CRF

.,

Figura N 9: Gato Horizontal, mecanismo de empuje mediante rozamiento.



25

El sistema en su nivel ms bsico, est compuesto por

un gato hidrulico vertical que es empujado mediante

un pistn o gato hidrulico, a travs de una superficie

rugosa; superficie compuesta por placas de acero y

tefln. Generalmente el sistema trabaja con pares de

gatos hidrulicos; cuando uno realiza el empuje, el otro

par se recupera y vuelve al origen para seguir con el

lanzamiento.

El primer desplazamiento lo produce el gato vertical,

el cual se extiende para elevar el tablero a lanzar,

dejando su apoyo provisional. Cuando el tablero se

encuentra elevado, el pistn horizontal empuja al gato

vertical trasmitiendo la fuerza de empuje al tablero por

rozamiento, producindose el desplazamiento

horizontal.

Una vez realizado el empuje, el gato vertical vuelve a

su posicin inicial haciendo descender el tablero a su

apoyo provisional, y el ciclo se vuelve a repetir a una

velocidad promedio de 10 m/h. Fig. N10

Figura N 10: Sistema de empuje mediante rozamiento.


2.2.4 Apoyos deslizantes para lanzamiento.

Los apoyos deslizantes son apoyos especiales que se utilizan exclusivamente para el lanzamiento y se reemplazan al

final del procedimiento por apoyos definitivos, o segn la conveniencia, se pueden agregar a los apoyos definitivos

un nivel deslizante exclusivamente para realizar el lanzamiento. Los apoyos existirn en todo lugar donde la

superestructura tenga contacto, ya sea contacto en las pilas o en los estribos.

Para estructuras compuestas por acero, como puentes mixtos; la estructura en s es una estructura ms liviana y

ms flexibles que las de hormign armado u hormign pretensado, por lo que se requiere de apoyos ms largos,

superficies angostas y soportes que puedan resistir a la rotacin.

Para determinar el largo del apoyo, se debe tener en cuenta las diferencias en las elevaciones del ala inferior,

debido a la fabricacin de la seccin y tolerancias de ensamblado; como tambin a las diferentes elevaciones de los

apoyos debido a las alas transversales relativas al peralte de la estructura.

En los comienzos de empuje de puentes, los apoyos deslizantes estaban formados por unos rodillos de apoyo, el

cual cumplan la misma funcin de deslizar la superestructura; el nmero de rodillos, de entre 2 a 8, dependan de

la carga vertical a soportar.

Actualmente se utilizan apoyos deslizantes compuestos por dos polmeros, uno llamado politetrafluoroetileno

(PTFE) o en su nombre vulgar Tefln, ms otro llamado policloropreno o Neopreno. Estos apoyos compuestos son

una alternativa bastante utilizada en vez de los apoyos de rodillos, debido a su poca friccin al lanzamiento y a su

excelente distribucin de las cargas verticales.

En puentes mixtos, por motivos de ser estructuras ligeras, el lanzamiento se realiza directamente sobre el apoyo

deslizante, el que consta de una chapa pulida de acero inoxidable donde se alojan almohadillas de Neopreno-

Tefln con espesores de 10 a 15 mm. Estos espesores dependern de las secciones a lanzar debido a la carga

vertical a soportar. La parte de tefln va sobre la chapa de acero inoxidable y la de neopreno va en contacto al

dintel del puente a lanzar. Las almohadillas de Neopreno Tefln tambin existirn en los apoyos laterales que

sirven como gua para encausar el puente durante el lanzamiento. Fig. N 11

El rozamiento que existe entre los apoyos deslizantes y la superestructura en el lanzamiento, varan segn la

etapa del proceso. En un comienzo para vencer la fuerza esttica, el rozamiento llega a alcanzar un 5% en das fros;

este rozamiento baja a un 2% o 3% en estado cintico normal de empuje. Debe existir un gran cuidado en que el


27

rozamiento no afecte a la pila durante el lanzamiento, debido a que la fuerza de rozamiento acta como una fuerza

horizontal sobre la pila, pudiendo hacer colapsar a la pila debido a pandeo. Para reducir al mximo el rozamiento,

se debe lubricar muy bien la superficie que se va a empujar, principalmente con grasa especial a la chapa metlica

inferior del dintel y a la vez, untar las almohadillas con silicona procurando de mantenerlas limpias de polvo o

cualquier suciedad; logrando con esto, llegar a un rozamiento constante de 1%.

Figura N 11: Apoyo deslizante acoplado al apoyo pot, con almohadillas de Neopreno-Tefln.



28

2.2.5 Guas laterales.

Las guas son apoyos laterales que son necesarias durante el lanzamiento para mantener el alineamiento de la

superestructura y que puedan resistir fuerzas horizontales como el viento y sismo durante la construccin. En s, las

guas laterales estn compuestas por una estructura de acero que la rigidiza y por un apoyo lateral en forma de

rodillo o con almohadillas de Neopreno Tefln, que encausan la superestructura. El rozamiento entre las guas

laterales y el dintel metlico va en el orden del 3% [Rosignoli, M. 2002].

Las guas laterales son de gran necesidad para puentes curvos, en donde el alineamiento curvo en planta debe

ser preciso para el calce en cada una de las pilas. Estas guas, deben ser rgidas para soportar los esfuerzos que son

sometidos para mantener el alineamiento curvo. Fig. N 12

Figura N 12: Gua lateral ubicada en el parque de fabricacin.


La ubicacin se debe realizar en el parque de fabricacin justo donde son soldadas las secciones, para entregar una

nivelacin exacta y un alineamiento curvo; para que as al final del estribo, el primer lanzamiento a realizarse vaya

con el alineamiento correcto. Las guas, a parte de ser ubicadas en el estribo, deben ser ubicadas en cada una de las

pilas, para el perfecto calce de las secciones al entrar a la zona de la pila.


29

El diseo de las guas laterales va directamente asociado a la altura o profundidad del cajn metlico a lanzar y de la

masa de estas secciones. En puentes mixtos, con gran flexibilidad y con poco peso propio, las cargas de viento que

someten a la superestructura durante el lanzamiento; gobernarn el diseo de las guas laterales.


30

2.3. Problemas derivados del empuje.

Existen 2 principales problemas que se generan durante el empuje. Los cuales son:

Efecto mnsula.

Deslizamiento de la superestructura. [Rosignoli, M. 2002] y [Manterola, J. 2006].

2.3.1. Efecto mnsula.

El principal inconveniente que surge a medida que se lanza cada una de las secciones del puente, es el excesivo

esfuerzo de momento flector que se incrementa a medida que aumenta el voladizo.

El momento flector mximo negativo, se origina en el dintel justo sobre la pila anterior cuando la viga continua

est a punto de alcanzar la pila siguiente; donde sta se encuentra totalmente en voladizo y se ejerce el efecto

mnsula, logrando llegar a un momento aproximado de Pl2/2; en donde el peso propio (P) ejerce el esfuerzo en

una longitud mxima del vano (l). Fig. N 13.

Figura N 13: Momento Flector

Fuente: Rosignoli, M., 2002


31

El elevado momento flector, causa un encareciendo econmico de las secciones del puente, por la necesidad de

utilizar mayor material para poder soportar estos momentos flectores. Del punto de vista del diseo, estara

predeterminado a slo el efecto de empuje que logre soportar tales momentos flectores, lo que sera totalmente

contraproducente por llegar a un diseo sobredimensionado, para cuando el puente entre finalmente en servicio.

Para lograr la reduccin de este momento flector sobre la pila anterior, se utilizan estructuras auxiliares que

sirven para mitigar estos esfuerzos. Es as como se pueden emplean 3 diferentes soluciones, independientemente

cada una de ellas o en su conjunto, estas son:

1. Nariz o pico de avance.

2. Torre de atirantamiento.

3. Pilas provisorias.

2.3.1.1 Nariz o pico de avance.

La nariz o pico de avance, se ha utilizado desde los comienzos de la implementacin del sistema de empuje como

mtodo constructivo de puentes. Consiste en una extensin de la superestructura perfectamente integrada;

estructura metlica generalmente en celosa, con mayor a menor rigidez, que se une a la superestructura mediante

tornillos de conexin que hacen que la estructura forme parte compuesta del puente.

Esta estructura complementaria, va cobrando ms importancia mientras la carga de peso propio se va

incrementando; perturbando directamente los esfuerzos de carga que van homogenizndose, de manera de

controlar los momentos flectores en el instante del lanzamiento y a su vez, permitiendo el acceso paulatino de la

superestructura sobre las pilas.

La unin de la nariz de avance soporta la transferencia total de los esfuerzos, por lo cual sta, debe ser capaz de

traspasar a la superestructura la flexin y cortante, producido por la reaccin de la pila cuando la nariz est

actuando con ella.


32

En la nariz existen unos gatos hidrulicos que actan una vez que la nariz est sobre la pila; procedimiento

realizado para eliminar la flecha de la superestructura, producido por la carga de peso propio cuando se

encuentran en voladizo, para que as la superestructura ingrese a la pila sin problemas

La nariz se desmonta una vez terminado el empuje. Fig. N14

Figura 14: Nariz de avance, utilizada en la construccin del viaducto de La San Juana, San juan de Colon, Venezuela

Fuente: http://picasaweb.google.com/rdelezaeta/VIADUCTOLASANJUANA20070601#


33

2.3.1.1.1 Parmetros de diseo.

Los parmetros de diseos pueden establecerse mediante un estudio que involucra el peso propio de la nariz a

utilizar; su rigidez, de gran importancia cuando la nariz est entrando a la pila por la gran fuerza de apoyo que le

origina la pila y su largo en s.

El comportamiento del sistema elstico nariz-tablero est gobernado por tres parmetros adimensionales que

describen sus caractersticas geomtricas y mecnicas:

1. Longitud de la nariz en comparacin con la luz a superar, Ln / L.

2. Peso de la nariz por unidad de longitud en comparacin con el peso del tablero por unidad de longitud en

su parte delantera, qn /q

3. Rigidez a flexin de la nariz en comparacin con la del tablero en su parte delantera, E nI n /E I

4. Longitud aproximada, segn estudios para puentes de hormign, en relacin al largo del vano con mayor

longitud a sobrepasar, Ln 0,65 L

Estos parmetros, son los que se deben conjugar ara la ptima obtencin de la nariz de lanzamiento.

[Rosignoli, M. 2002]. Fig. N15

Figura N 15: Disminucin de momentos flectores con nariz de lanzamiento

Fuente: Avellano, 2009


34

2.3.1.2 Torre de atirantamiento.

La torre de atirantamiento es una estructura complementaria de reduccin de los esfuerzos durante el

procedimiento de empuje, es un mecanismo formado por una torre de atirantamiento que se encuentra articulada

a las secciones de la superestructura que se disponen a lanzar. En la cabeza de la torre se conectan cables de acero

que a su vez, van conectados a las primeras secciones que se encontrarn en voladizo al momento del lanzamiento;

y a secciones por detrs de la torre a una misma distancia de las secciones delanteras, formando un atirantamiento

de cables abatidos en abanico y de forma simtrica para que logre trabajar slo a axil.

Este mecanismo de atirantamiento trabaja como un pretensado exterior que se ocupa de minorar los momentos

flectores por peso propio y los esfuerzos producidos al ingresar las primeras secciones a la pila.

Existen gatos hidrulicos en el mecanismo de atirantamiento que se pueden encontrar en la base de la torre para

movimientos de elevacin y declinacin; o en el otro caso, estos gatos hidrulicos se encuentren en la base de los

tensores de atirantamiento. Estos gatos, tanto en la torre como en los tensores, se utilizan para:

Variar la tensin de los cables.

Variar los esfuerzos de las secciones en voladizo disminuyendo los momentos flectores.

Disminuir la flecha de flexin del voladizo.

La torre de atirantamiento trabajar cuando el primer tramo de las secciones de la superestructura se encuentren

en voladizo; los tensores o cables de acero se activan y actan como pretensado hasta que el primer grupo de

secciones se apoyen en la pila desactivando los tensores. Fig. N 16.


35

Figura N 16: Puente sobre el ro Guadalquivir, Sevilla, Espaa.

Fuente: Manuel Escamilla et al.

2.3.1.3 Pilas provisorias.

Esta alternativa de utilizacin para disminucin de esfuerzos y deformacin que se produce en las secciones en

voladizo; no se ha utilizado con frecuencia este ltimo tiempo, slo en puentes con grandes vanos o vanos de

longitudes variables se utiliza como refuerzo a otro sistema principal, como complemento a la torre de

atirantamiento o la nariz de avance. Este sistema reduce en la mitad los vanos de lanzamiento de la superestructura

con la respectiva disminucin de esfuerzos. Esta estructura auxiliar generalmente compuesta por acero en celosa,

genera pilas secundarias bastante esbeltas debido a que slo recibe cargas temporales.

Una de las desventajas que presenta este tipo de estructuras provisionales, es el gran coste que requiere la

cimentacin de la base de la estructura, y el costo elevado tanto de la estructura como de la mano de obra

especializada que demanda estas pilas provisorias; son razones que hace de este tipo de soluciones slo utilizables

para algunos puentes empujados.


36

2.3.2. Deslizamiento excesivo de la superestructura.

Un inconveniente que ha trado dificultades en obras, es el deslizamiento descontrolado que puede sufrir la

superestructura, cuando esta es lanzada con pendiente a favor. El hecho de utilizar apoyos deslizantes con

elementos que disminuyen el rozamiento; contribuye a que la superestructura pueda deslizarse sin control por su

propia inercia, adquiriendo una velocidad de empuje, que debido a la magnitud de la estructura y su peso propio,

logra vencer el rozamiento dinmico deslizando sin poder frenarla.

Los problemas de deslizamiento ha trado consecuencias nefastas; como lo ocurrido en Espaa en Septiembre

del 2007 en la construccin del Viaducto del Ave en Galicia. Por motivo del excesivo deslizamiento inesperado del

dintel de hormign armado; sta adquiri una gran velocidad, el cual el sistema de retencin no pudo frenar. El

colapso de la pila y posterior derrumbe de la superestructura, produjo la muerte de un trabajador y la perdida total

de la obra. Fig. N 17

Figura N 17: Desplome Viaducto de Ave.

Fuente: ngel Aparicio, 2010.


37

2.4 Puentes mixtos.

Los puentes mixtos, son estructuras formadas por dos o ms materiales de construccin, que se conjugan entre s

para trabajar en perfecta armona y crear una estructura que permita salvar obstculos. En puentes conformados

por acero y hormign, existe una armona perfecta para solicitaciones a flexin; por lo que el acero que trabaja muy

bien a traccin, es usado en la parte inferior de la estructura; y el hormign excelente en compresin, es utilizado

en la parte superior.

Un puente mixto metlico, est formado por una o ms estructuras metlicas, las cuales pueden presentarse en

forma de vigas doble T longitudinales o en forma de U; constituyendo una viga cajn o tablero. La estructura

metlica es cubierta por una losa de hormign colaborante que mediante conectores son enlazadas al cajn o

tablero. Fig. N 18.

Figura N 18: Principales elementos de un Puente Mixto.

Fuente: III Jornadas Internacionales de Puentes mixtos, Espaa, 2001

Entre los elementos de la estructura mixta, se encuentra el arriostramiento transversal que tiene como objetivo

controlar y resistir las cargas exteriores sobre la flexin transversal, la distorsin producida por solicitaciones

excntricas, el pandeo de la estructura y ayuda a impedir la inestabilidad del alma.


38

Existen elementos que permiten la rigidizacin longitudinal y transversal de las almas, conllevando a aumentar la

capacidad de la estructura al corte y flexin; y adems las deformaciones transversales hasta en los estados ltimos

de resistencia. Los rigidizadores deben cumplir una condicin de rigidez y otra de resistencia. Fig. N 19.

Figura N 19: Rigidizadores longitudinales y transversales

Fuente: Jornadas de hormign, Universidad Politcnica de Catalua, 2007

Los rigidizadores transversales llamados diafragmas, colaboran con el reparto transversal de las cargas, de la torsin

y controlan la distorsin; encontrndose diafragmas de apoyos que trabajan para distribuir las cargas de apoyo y los

diafragmas intermedios. Fig. N 20.

Figura N 20: Diafragma de apoyo.



39

2.4.1 Puentes mixtos con secciones tipo cajn.

Las secciones tipo cajn en puentes mixtos, est constituido por el ensamble de diferentes chapas metlicas

continuas, unidas principalmente por soldaduras. El conjunto de chapas metlicas logra ofrecer una viga de

resistencia nica, que se complementa mediante rigidizadores longitudinales y transversales. En su chapa superior

existen conectores para el enlazamiento de la losa de hormign a las secciones metlicas.

Al ser una viga mixta de acero y hormign, ofrece la ventaja de poder ser utilizados para toda tipologa

estructural y para cualquier luz requerida; siendo en luces medias y largas donde su resistencia estructural versus

coste, ha manifestado su importancia.

Una de las principales caractersticas de puentes mixtos con secciones tipo cajn, ha sido su gran capacidad de

resistir a torsin; es por este hecho la importancia en la utilizacin de secciones tipo cajn en puentes curvos,

donde la torsin es mayor que en puentes rectos. Para controlar los esfuerzos de torsin, se debe reforzar la

seccin tipo cajn con elementos estructurales como rigidizadores transversales y diafragmas de apoyo.

Dentro de las ventajas de las secciones tipo cajn, es la mayor accesibilidad al interior de la viga, logrando

realizar mantenciones y reparaciones con mayor facilidad. Fig. N 21.

Figura N 21: Puente con seccin tipo cajn.

Fuente: III Jornadas Internacionales de Puentes mixtos, Espaa, 2001


40

CAPTULO III. Estudio del Diseo.

3.1 Modelo de Estudio.

El modelo para la realizacin de este estudio, se bas en el Viaducto de tablero mixto Regueirn. Este viaducto se

construy en Espaa mediante el sistema constructivo de empuje, por lo cual lo hace trascendental para el anlisis

de sus determinadas fases constructivas, adems sus resultados en terreno, conllevarn a la comparacin de los

resultados entregados por la modelizacin.

3.1.1 Emplazamiento.

El Viaducto de Regueirn se encuentra ubicado en la provincia de Asturias, Espaa. Su emplazamiento est sobre la

autova A-63 que va de Oviedo a La Espina. El Viaducto Regueirn forma parte de la autova A-63 en el tramo Salas

La Espina, con una inversin cercana a los 20 millones de Euros. Fig. N 22.

Figura N22: Emplazamiento Viaducto de Regueirn.

Fuente: elaboracin propia


41

3.1.2 Caractersticas longitudinales.

El Viaducto de Regueirn tiene una longitud total de 560 metros separada de 7 vanos, siendo el ms largo uno de

92 metros (64+84+92+3 x 84+68). El Viaducto se asienta en 6 pilas de hormign armado, que van desde una

altura de 35 metros hasta la ms alta de 82 metros, con cimentacin directa a excepcin de la pila 2. Su perfil

longitudinal presenta una pendiente del 5,8%, siendo 6% la mxima permitida en una autova; un radio de

curvatura de 620 metros y un peralte del 8%. Fig. N 23.

Figura N 23: Alzado y planta del Viaducto de Regueirn

Fuente: Gentileza de Apia XXI


42

3.1.3 Caractersticas transversales.

La superestructura del Viaducto es de tablero mixto; su estructura principal es un cajn de acero en la parte inferior

y una losa de tablero de hormign pretensado en la parte superior.

Su seccin transversal es de 23 metros de ancho, consta de 2 calzadas de 7 metros cada una y cada calzada con 2

carriles de 3,5 metros. Existen arcenes exteriores de 2,5 metros y arcenes interiores de 1 metro.

El canto total de la seccin es de 4,5 m, compuesto por un cajn metlico cuyas medidas son de 7,00 x 4,28 m y

losa de hormign de 0,22 m de espesor mediante prelosas de 0,07 m.

La chapa superior est peraltada para lograr la inclinacin de la seccin; consta con sistemas de rigidizadores

longitudinales y transversales, adems de diafragmas en cada zona de la pila. Para controlar la flexin transversal y el

peso de la losa de hormign que sobresale de la viga cajn como voladizo, se utilizan vigas transversales Fig. N 24.

Figura N 24: Seccin transversal tipo.

Fuente: Gentileza de Apia XXI


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3.1.4 Caractersticas de la Subestructura.

En la subestructura, las pilas y los estribos estn compuestos de hormign armado.

Las pilas, son de canto constante y seccin hueca octogonal de 7,0 x 3,5 m de ancho con un espesor de 0,45 m.

Las alturas de las pilas van de 35 m en pila 6 hasta 82 m correspondiente a la pila 2. La cimentacin es directa

exceptuando la pila 2, que fue cimentacin con pilotes de 1,50 m de profundidad. Fig. N 25 y N 26.

Figura N 25: Detalles estructurales pila 2.

Fuente: elaboracin propia


44

Figura N 26: Pilas Viaducto de Regueirn.

Fuente: scar Ramn Ramos, 2010

3.1.5 Empuje de la superestructura.

Las condiciones del trazado se complican para el anlisis y posterior construccin a travs de este sistema;

principalmente por sus 560 m de longitud total a empujar, su radio de curvatura en planta de 620 m y una

pendiente de alzado no menor de 5,8%; sin minorizar que el vano mayor a salvar era de 92 m.

El empuje se realiza desde un nico estribo (del estribo E1 al estribo E2), de manera de realizar el empuje con

pendiente en contra; hecho mucho ms favorable para el control del empuje. Una vez fabricada cada una de las

secciones cajn de acero de 4 metros, se trasladan al lugar de la obra; especficamente al parque de empuje, donde

son ensambladas y posteriormente son lanzadas. Se ejecuta un parque de empuje de 148 m de longitud, con

apoyos cada 28 m., para mantener nivelado las secciones a empujar. Al final del parque de empuje a nivel del


45

estribo E1, se fijan los gatos hidrulicos de tiro firmemente anclados; los que mediante cables de pretensado,

realizan la maniobra de empuje.

Las secciones cajn son empujadas sin la losa de hormign, para disminuir considerablemente el peso propio de

la estructura.

Una vez que se va generando la viga continua tramo a tramo, a medida que se van ensamblando cada una de las

secciones y su continuo lanzamiento; la viga pasa cada una de las pilas a travs de apoyos deslizantes que son

incorporados provisoriamente, a los apoyos definitivos tipo pot. Estos apoyos deslizantes, que constan con

almohadillas de neopreno-tefln, son lubricados con un gel deslizante para reducir al mximo el impacto de

rozamiento de la chapa inferior del dintel y del apoyo.

El proceso termina una vez lanzado toda la superestructura, en la cual son retirados todos los elementos anexos

utilizados para el lanzamiento.

Concluido el empuje del dintel, se realiza la colocacin de las prelosas de hormign, para luego hormigonar la

losa definitiva y su correspondiente carpeta de rodado; para finalizar colocar los elementos anexos de seguridad de

la va, tanto en la calzada como en la acera.


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3.1.6 Datos Estructurales.

En la Figura 27 se presentan los datos estructurales ms relevantes.

Figura N 27: Especificaciones estructurales

DATOS ESTRUCTURALESCajn mixto continuo Acero Estructural (S 355 J2G2)

Prelosas Hormign Armado (HA-45/P/20/lla)Losas Hormign Pretensado (HP-45/P/20/lla)

Longitud Total 560 m (64 + 84 + 92 + 3 x 84 + 68)Seccin Cajn Canto Total 4,5 m

TABLERO Ancho Cajn 7,00 mAlmas perpendicular al peralte

Seccin Pila Seccin rectangular hueca de Hormign Armado (HA-45/P/20/lla)

Alturas Pila 1: 40,933 mPILAS Pila 2: 82,063 m

Pila 3: 76,657 mPila 4: 74,537 mPila 5: 60,216 mPila 6: 35,296 m

Tipologa Cerrados de Hormign Armado (HA-25/P/20/lla)ESTRIBOS Espesor muro Frontal Estribo 1 (E1): 3,00 m

Estribo 2 (E2): 2,50 mLongitud Transversal Canto Pilotes

Pila 1 15,00 m 17,00 m 3,00 mPila 2 10,50 m 14,50 m 4,00 m 3 x 4 de 22,00 m

CIMENTACIN Pila 3 14,00 m 17,00 m 3,00 mPila 4 15,00 m 19,00 m 3,50 mPila 5 14,00 m 16,00 m 3,00 mPila 6 14,00 m 15,00 m 3,00 m

Fuente: Ministerio de Fomento, Espaa


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3.2 Modelamiento.

Se confecciona un modelo de elementos vigas del puente en estudio, Regueirn. Estos elementos vigas se modelan

mediante el software de elementos finitos SOFiSTiK.

SOFiSTiK es un software integrado para modelacin, anlisis de elementos finitos, optimizacin estructural,

diseo, etc. Este software permite adems la modelizacin de las fases constructivas; que para el estudio de empuje

de puentes es una herramienta ideal, el cual analiza los esfuerzos que se producen en la estructura cuando sta es

lanzada. Fig. N 28

Figura N 28: Modelacin del Viaducto de Regueirn.

Fuente: Elaboracin propia.


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3.2.1 Secciones.

Para modelar el viaducto de Regueirn, se realiza en base a 140 elementos vigas; de los cuales cada viga

corresponde a una determinada seccin de 4 metros de longitud. Se utilizan 8 diferentes secciones conformadas

por un cajn metlico tipo, que se diferencian entre s, por los determinados espesores de las chapas metlicas que

ensamblan el cajn. Estas secciones son ensambladas en orden y segn especificacin tcnica. El acero estructural S

355 J2G2 que se utiliza para las chapas metlicas, corresponde a un acero de un lmite elstico mnimo de 355 Mega

Pascales (MPa).

En la figura 29, se muestra la seccin tipo que se utiliza para el viaducto de Regueirn y sus determinadas chapas

metlicas.

Figura N 29: Seccin transversal 1

Fuente: Gentileza Apia XXI

A modo de ejemplificar la configuracin de ensamble de las diferentes secciones, se aprecia en la figura 30, la

configuracin para el vano ms extenso entre la pila P2 y la pila P3 de 92 metros de longitud. En el anexo N1 se

encuentran el detalle de la configuracin total que se utilizan para la modelacin.


49

Figura N 30: TRAMO III, 92 m ENTRE P2 Y P3

Nodos Longitud Seccin Espesor Chapas (mm)# Desde Hasta (m) A1 A2 B1 B2 C D E F1 181 182 4 1 15 15 25 25 30 35 12 152 182 183 4 2 15 12 20 20 20 20 12 153 183 184 4 3 15 12 20 20 10 15 12 154 184 185 4 8 15 12 20 15 10 15 12 155 185 186 4 8 15 12 20 15 10 15 12 156 186 187 4 6 15 10 20 12 10 15 12 157 187 188 4 6 15 10 20 12 10 15 12 158 188 189 4 6 15 10 20 12 10 15 12 159 189 190 4 6 15 10 20 12 10 15 12 1510 190 191 4 5 15 10 20 12 15 12 1511 191 192 4 5 15 10 20 12 15 12 1512 192 193 4 5 15 10 20 12 15 12 1513 193 194 4 5 15 10 20 12 15 12 1514 194 195 4 5 15 10 20 12 15 12 1515 195 196 4 5 15 10 20 12 15 12 1516 196 197 4 5 15 10 20 12 15 12 1517 197 198 4 5 15 10 20 12 15 12 1518 198 199 4 4 15 12 20 15 15 12 1519 199 200 4 4 15 12 20 15 15 12 1520 200 201 4 4 15 12 20 15 15 12 1521 201 202 4 3 15 12 20 20 10 15 12 1522 202 203 4 2 15 12 20 20 20 20 12 1523 203 204 4 1 15 15 25 25 30 35 12 15


Figura N 31: Secciones mediante modelizacin a travs de SOFiSTiK.



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En la figura 32, se puede apreciar las vigas transversales que sobresalen de la seccin cajn, estas se utilizan para el

control de la flexin transversal y el peso de la losa de hormign, no aportando ninguna resistencia durante el

empuje. Para la modelacin, se utiliza slo la seccin cajn como elemento viga y las vigas transversales son

agregadas a travs de su peso, aumentando la densidad del acero. El incremento corresponde a un 23% quedando

la densidad del acero de 78.5 a 96.8 kN/m3.

Figura N 32: Vigas transversales

Fuente: scar Ramn Ramos, 2010


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Las secciones se modelan en el programa WinAgua de SOFiSTiK y se procesan para ensamblarlas como un

elemento viga. Las propiedades estticas de las diferentes secciones, se presentan en la figura N 33 y N 34

Figura N 33: Propiedades estticas.

Fuente: Elaboracin propia


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Figura N 34: Propiedades estticas.



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Para establecer cada uno de los elementos vigas, se establece un nodo inicial y final; los que mediante coordenadas

polares, se logra el radio de curvatura de 620 m. a travs de SOFiSTiK. Para el radio de curvatura de los diferentes

elementos vigas, se utiliza un phi () de 0,37 grados para una longitud de viga igual a 4 metros. Fig. N 35.


3.2.2 Apoyos verticales.

Para realizar el empuje del Viaducto de Regueirn, se utilizan apoyos especiales deslizantes conformados por una

chapa metlica y almohadillas de Neopreno-Tefln, caracterizados anteriormente. Estos apoyos son slo de uso

durante el lanzamiento y son retirados una vez concluido los trabajos.

La modelacin de estos apoyos se realiza mediante resortes verticales con una constante axial de 1E6 kN/m,

constante axial que fue analizada y estudiada mediante ensayos sucesivos. Los resortes se acoplan en cada pila y

ejercen el efecto de deslizamiento.

La ventaja que presenta la utilizacin de resortes de apoyos en trminos de modelacin, es la fcil identificacin por

parte de los resortes de encontrar los nodos de elemento viga, los que van ejerciendo un soporte a la

superestructura durante el empuje; procedimiento por el cual los resortes se activan cuando existe el contacto de

la superestructura segn el estado de construccin.

En la figura 36, se encuentran los apoyos que se utilizan para el lanzamiento y su representacin en la

modelizacin. Estos soportes, se acoplan al apoyo definitivo pot junto con las almohadillas que se van lubricando


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con un gel especial para reducir al mximo el rozamiento. Los apoyos temporales son retirados una vez finalizado el

empuje mediante el levantamiento de la superestructura con gatos hidrulicos verticales.

Figura N 36: Apoyos Verticales, modelacin

Fuente: Elaboracin propia mediante el programa SOFiSTiK.


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3.2.3 Apoyos Laterales.

En el viaducto de Regueirn se utilizan un par de apoyos laterales para guiar la curva de la superestructura, situados

uno en cada lado del dintel y en cada una de las pilas; permitiendo producir el alineamiento de la curva en planta

sin inconvenientes para llegar a cada una de las pilas.

Adems, son elementos que ayudan a controlar fuerzas horizontales como viento y sismo durante la

construccin que son retirados una vez terminado el lanzamiento.

Estos apoyos laterales son emplazados y modelados perpendicularmente al alineamiento de la curva mediante

un apoyo fijo; con resortes de resistencias axiales y laterales. Las constantes axiales y laterales, van en el orden de

1E6 kN/m segn un estudio de sensibilidad antes realizado. Fig. N 37.

Figura N 37: Apoyos laterales, modelacin.



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En la figura N 38 y N 39 se aprecia en detalle la estructura fundamental para realizar adecuadamente el empuje de

la superestructura. Se encuentran desarrollados a escala los soportes o apoyos, horizontales como laterales;

emplazados en la seccin cajn del viaducto de Regueirn.

Existen vigas de soporte complementarias que ayudan a restringir los desplazamientos y torsiones que se

generan en los apoyos. Toda esta gama de estructuras anexas, se deben utilizar para la correcta ejecucin del las

diferentes etapas de empuje, colocadas en cada una de las pilas y en cada uno de los estribos.

Figura N 38: Visualizacin de apoyos verticales y verticales



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Figura N 39: Visualizacin de apoyos verticales y laterales


3.2.4 Parque de empuje.

Este emplazamiento utilizado principalmente para el ensamble de las secciones que luego se lanzan; se extiende

por una longitud igual a 148 metros, en los cuales se utilizan apoyos cada 28 metros. Esta extensin total, sirve

principalmente para tener una cantidad, no menor de segmentos enlazados, ofreciendo una reaccin de peso

propio mayor a la proporcional de la longitud de el primer voladizo en el primer tramo. Adems, esta gran rea de

ensamblado, proporciona lugar suficiente para realizar ensayos in situ y ajustar el mecanismo global de empuje por

problemas derivados de stos.

Para la modelacin, se utiliza resortes verticales de constante axial 1E6 kN/m. Se emplazan los resortes cada 28

metros por una longitud igual al largo total del viaducto, principalmente para lograr lanzarlo completamente. El

viaducto en s, debe estar previamente modelado en su totalidad para poder realizar el lanzamiento; es por esto

que la cama de resortes de la modelacin del parque de fabricacin, es igual a 560 metros. Fig. N 40


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Figura N 40: Modelacin del parque de fabricacin:



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CAPTULO IV. Anlisis y resultados.

4.1 Aplicacin de empuje al modelo de estudio.

En el siguiente captulo, se analizan los diferentes modelos del Viaducto de Regueirn, con sus respectivos detalles

estructurales que se diferencian unos de otros. Adems, se da a conocer el principal problema que conlleva el

empuje de este viaducto y sus posibles soluciones

En la Figura N 41 se muestra la conversin de signos que el programa de elementos finitos SOFiSTiK entrega en

sus resultados, de la cual se basa este estudio.

Figura N 41: Conversin de signos del programa SOFiSTiK

Fuente: Programa de elementos finitos SOFiSTiK.


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Para la aplicacin de la modelacin, se utiliz las especificaciones de las normativas espaolas:

Instruccin de Estructuras de Acero Estructural (EAE),1995

Instruccin sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera (IAP), 1998

Recomendaciones para el proyecto de puentes mixtos para carreteras (RPX), 1995

Para la aplicacin de todos los estados de carga que se consideran durante el empuje del Viaducto de Regueirn,

se estableci un coeficiente parcial de seguridad de 1,35 a todas las cargas del tipo permanente de efecto

desfavorable para efectos de las comprobaciones de los estados lmite ltimo [EAE, 1995; IAP, 1998]; dentro de las

que se considera principalmente el peso propio de la estructura a empujar.

4.2 Empuje del Viaducto de Regueirn con y sin losa de hormign armado

En el siguiente apartado, se expone la influencia que tiene la losa de hormign para el empuje de la

superestructura, se entrega el principal esfuerzo de momento flector, sus principales deflexiones y factores de

utilizacin del material; entregando las principales razones de la conveniencia de empujar el Viaducto de Regueirn

con o sin losa de hormign armado.

4.2.1 Empuje del Viaducto de Regueirn sin losa de hormign armado.

El primer anlisis que se desarrolla en base al Viaducto de Regueirn, es el empuje de la superestructura entre el

estribo 1 (E1) al estribo 2 (E2) sin losa de hormign. Este primer caso sirve de apoyo para entender las principales

dificultades que se originan al empujar la viga continua que genera el Viaducto de Regueirn.

El empuje del viaducto mediante la modelacin de elementos finitos tipo viga, es en base al cajn metlico de

medidas 7,00 x 4,28 m, con secciones conformadas por chapas metlicas de distintos espesores descritas

anteriormente en la seccin 3.2.1. En la figura N42, se entrega la modelacin del viaducto mediante elementos

vigas y el peso propio total de la estructura a empujar.


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Figura N 42: Viaducto de Regueirn en EF tipos viga y su peso propio

Fuente: Elaboracin propia mediante SOFiSTiK.

Para el detalle de los momentos flectores que se van produciendo mediante el empuje de la superestructura, se

estudiar el vano de mayor longitud; dicho vano es de 92 m de longitud y como se ha visto en la seccin 2.3.1, la

longitud del vano va asociado directamente al momento flector negativo que se produce arriba de la pila anterior,

efecto producido por la viga en voladizo o efecto mnsula.

En la figura N 43, se encuentra el principal momento flector en el 3 vano de longitud igual a 92 m, seguido por

el 4 vano de 84 m de longitud y finalmente la posicin final despus del empuje. En el anexo N 2 se encuentran

los momentos flectores, a travs del empuje, para cada uno de los vanos del viaducto. El anlisis ms detallado se

realiza en base al vano principal, viendo sus determinados momentos flectores, deformaciones y factores de

utilizacin del material.


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Figura N 43: Principales momentos flectores



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Como se aprecia en la figura N 44, los mayores momentos flectores se originan en el vano de mayor longitud; en

este caso el tercer vano con una longitud igual a 92 m genera un momento flector negativo de -225,747 MN m y

positivo de 69,070 MN m.

Figura N 44: Momentos flectores 3 vano.


En la figura siguiente N 45 el 3 vano, entrega la deflexin mxima correspondiente a 3.6 m alcanzado por la punta

del viaducto cuando este es empujado; quedando de manifiesto la deformacin que alcanzara la estructura antes

de llegar a la pila 3, casi imposibilitando recobrar su flecha en obra.

Figura N 45: Deflexin III vano.



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Con respecto al valor de utilizacin, nos indica valores entre los rangos 0 y 1 correspondientes a 0% y 100% de la

relacin entre la tensin real y la tensin admisible de la estructura a empujar. En la figura N 46, el viaducto ha

alcanzado el valor 1,2 justo en las secciones por arriba de la pila 2 donde se originan los mayores momentos

flectores negativos, revelando que se sobrepasa en un 20% a la tensin admisible, pudiendo generarse rotulas

plsticas y posibles abolladuras en las chapas del cajn metlico, conllevando a que el viaducto alcance su lmite

elstico sin siquiera an haber entrado en servicio.

Figura N 46: Factor de utilizacin.


En base a este primer estudio, se estudian las diferentes posibles soluciones para poder disminuir los momentos

flectores que son causado por el efecto mnsula; principal esfuerzo que lleva al colapso del puente y a su vez,

poder disminuir la flecha de la punta de la superestructura cuando es empujado, para que ingrese a la siguiente pila

sin dificultades. En relacin con el factor de utilizacin, ste debera decrecer a medida que disminuyan los

momentos flectores como a su vez, la flecha del viaducto; es por esto la necesidad de la utilizacin de elementos

auxiliares que mitiguen estas condiciones adversas antes descritas.


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4.2.2 Empuje del Viaducto de Regueirn con losa de hormign armado.

El segundo anlisis que se desarrolla en base al Viaducto de Regueirn, es el empuje de la superestructura

completa, compuesta por un cajn metlico de medidas 7,00 x 4,28 m, con losa de hormign de 0,22 m, llegando a

alcanzar un canto constante de 4,5 m de altura.

La losa de hormign armado de 0,22 m de espesor, fue agregada a cada una de las secciones mediante un

incremento en el peso propio de los elementos tipo viga, quedando cada seccin con una densidad determinada

como se indica a continuacin:


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El estudio de ste incremento del peso propio del elemento es de importancia, debido a la interrelacin que existe

entre el peso propio del sistema y los esfuerzos de momentos flectores que se producen a travs del empuje;

esfuerzos que pueden causar el desplome del viaducto por fracturas de las chapas del cajn metlico. Fig. N 47.

Figura N 47: Pesos propios del Viaducto de Regueirn



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Una vez empujada la superestructura compuesta por el cajn metlico y losa de hormign; se aprecia un

incremento de los momentos flectores, esencialmente por el hecho de empujar la superestructura con su losa de

hormign, aumentando con ello el peso propio del elemento a empujar.

En la figura N 48, se entrega el momento flector mximo negativo de -852,117 MN m y el valor de 247,501 MN m

como momento flector mximo positivo, dichos momentos flectores son los evaluados en el 3 vano, donde stos

son mximos durante todo el empuje. En comparacin al empuje del viaducto sin losa de hormign, el incremento

del momento flector negativo es de 626 MN m y de 178MN m para el momento flector positivo.

Figura N 48: Momentos flectores mximos del Viaducto de Regueirn con losa de hormign.

Fuente: Ela

tesis analisis del sistema constructivo empuje de puentes aplicado a puentes mixtos

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