USO DEL PRETENSADO EXTERIOR EN VIGAS DE PUENTES El siguiente trabajo fue presentado en las XVIII Jornadas Argentinas de Ingeniería Estructural organizadas por la Asociación de Ingenieros Estructurales (AIE) en setiembre de 2004. El trabajo fue luego publicado en la revista INGENIERIA ESTRUCTURAL, Año 12, Nº 30 de diciembre de 2004. A continuación se transcribe el trabajo original y se complementa con una secuencia fotográfica del proceso constructivo del Puente Pata Mora sobre el Río Colorado, entre las provincias de Neuquén y Mendoza.
Titulo: USO DEL PRETENSA PRETENSA DO EXTERIOR EN VIGAS DE PUENTES
Autores: Ing. Victorio Cisaruk Profesor Titular, Departamento Departamento de Estructuras Universidad Nacional de Rosario Argentina Dr. Ing. José Ramón Orengo Profesor Titular, Departamento de Estructuras Universidad Nacional de Rosario Argentina
RESUMEN
Por regla general el espesor del alma de las vigas pretensadas con armadura postesa que se utilizan para la construcción de puentes carreteros está condicionada por la presencia de las vainas de los cables dentro de esas almas. Para aligerar el peso de vigas de luces importantes es conveniente el empleo de cables de pretensado exteriores al alma, con trazado poligonal, resultando así almas sin agujeros con espesores pequeños. Los cables exteriores a la viga son de similares características a los utilizados en los obenques de puentes atirantados, de modo que la protección contra la corrosión está debidamente garantizada. Para evitar dificultades de hormigonado de almas muy delgadas se recurre a la prefabricación de estas almas por partes, en posición horizontal, armándose luego la viga con estos elementos premoldeados, evitando costosos encofrados. En el trabajo se describen los principios generales del proyecto y la construcción de un puente de cuatro tramos simples de 34 m de luz cada uno donde también es premoldeada la losa de calzada.
USO DEL PRETENSADO EXTERIOR EN VIGAS DE PUENTES 1.- DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO 1.1.- Características generales Se trata del proyecto del Puente Pata Mora sobre el Río Colorado de 136 m de longitud total, entre las provincias de Neuquén y Mendoza. El puente se utiliza como paso de los equipos de producción de petróleo de la empresa REPSOL YPF, siendo la carga de diseño el tractor con carretón de 90 t indicado en la fig.1. Esta sobrecarga de diseño es más exigente que la correspondiente a la DNV para puentes Categoría A-30. El puente es de una sola trocha de circulación, adoptándose un ancho de calzada de 4 m. Fig 1
Equipo = 65 Tn
Se elige una solución de cuatro tramos isostáticos de 34 m de longitud, con vigas longitudinales de hormigón pretensado con armadura postesa. El período de construcción corresponde a la época de bajante del río, es decir, en los meses de invierno, con temperaturas diurnas muchas veces inferiores a 0°. Por tal motivo se recurre, en todo lo que sea posible, al uso de elementos premoldeados de hormigón que puedan fabricarse al abrigo de las intemperies. La calidad de los agregados pétreos de la zona no permiten aspirar a lograr un hormigón de calidad superior a H-30, de modo que la superestructura se construye con esta clase de hormigón. 1.2.- Descripción del Tablero La estructura de tablero está conformada por dos vigas de hormigón pretensado sección doble T de 2,00 m de altura separadas 2,40 m entre sí y vinculadas en sus extremos y en el centro mediante vigas transversales de hormigón armado de 0,20 m de espesor. Las almas de las vigas tienen un espesor constante de 10 cm a lo largo de toda su longitud. El ala inferior debe ser de espesor reducido para no restar excentricidad a los cables de pretensado, que son exteriores al alma de la viga. El esquema se completa con la losa superior de calzada, de 0,15 m de espesor y 4,50 m de ancho. Esta losa de calzada se prefabrica en módulos de 4,50 m x 2,57 m previéndose los
huecos necesarios para los conectores de corte de las vigas longitudinales. En los bordes largos se configura un perfil especial que servirá como llave de corte para lograr que el conjunto de elementos premoldeados trabaje en forma monolítica. La solución ofrece un sistema de ejecución rápida y de comprobada efectividad [1]. La losa de calzada es continua a largo de los 136 metros evitando de esta forma las juntas entre tramos que son de difícil mantenimiento e incómodas al tránsito. Los movimientos longitudinales del puente se absorben en los extremos mediante juntas de asfalto elastómero capaces de soportar deformaciones importantes. Un pretensado longitudinal de la losa de calzada en toda su longitud mediante cables no adherentes ubicados en ambos bordes asegura el monolitismo total en el plano de la losa. Para lograr la disminución de peso de las vigas y facilitar su montaje éstas se proyectan con almas delgadas y pretensado exterior [2]. El pretensado exterior está constituido por cables de trazado poligonal de constitución similar a los obenques empleados en la construcción de puentes atirantados, como Zárate – Brazo Largo o Rosario – Victoria. En el puente Pata Mora se emplean cables de 6 y 12 cordones Φ ½” de acero de pretensado grado 270 engrasados y envainados en polietileno de alta densidad (IRAM-IAS U 500-03 CEE 1900), que a su vez están enfilados en un caño de polietileno de alta densidad con protección exterior blanca resistente a radiación UV. La protección contra la corrosión de estos cables es triple: grasa + polietileno + polietileno. Este tipo de pretensado exterior ofrece la ventaja de poder ser cambiado en el futuro, cordón por cordón, ante cualquier eventualidad (Fig 2). Sobre la losa de calzada se construye una carpeta de hormigón de 5,5 cm de espesor promedio, con leve pendiente transversal hacia ambos lados. Se prevén desagües pluviales en ambos lados de la calzada cada 7,71 m, constituidos por caños premoldeados de hormigón Φ 7 cm. Sobre ambos lados de la calzada se colocan defensas tipo flex beam con baranda para peatones incorporada (Fig 3).
Fig 2
Fig 3
El apoyo de las vigas sobre pilas y estribos se efectúa a través de apoyos de neopreno de varias capas, dependiendo el número de capas de la distancia existente hasta la pila central. 1.3.- Pilas A los efectos de minimizar las perturbaciones de la corriente del río las tres pilas están conformadas por monopilotes Φ 120 cm de hormigón armado con camisa metálica perdida ejecutados in situ, los que se empotran en el manto de arenisca subyacente. Sobre cada uno de estos pilotes se coloca la viga cabezal premoldeada de hormigón armado de 1,40 m de ancho y 3,70 m de largo, con altura variable en sus voladizos desde 0,80 m hasta 0,40 m. Sobre esta viga cabezal se ubican los dados de apoyo y los topes antisísmicos que evitan el desplazamiento del tablero en caso de terremoto.
1.4.- Estribos En los extremos de la obra se utiliza una solución en falso estribo con talud 1:1,5 protegido mediante colchonetas de piedra y gavión inferior para anclaje. El soporte del tablero es también un monopilote Φ 120 cm con una viga premoldeada superior de hormigón armado que contiene los dados de apoyo, el tope antisísmico, la espalda del estribo y sus alas laterales. Sobre el terraplén, en ambos extremos, se prevé la construcción de losas de aproximación de hormigón armado de 3,98 m x 4,16 m x 0,20 m con refuerzos en su perímetro. Estas losas tienen por objeto minimizar los efectos de hundimientos del terraplén en una zona de difícil compactación con equipos. 2.- CALCULO ESTRUCTURAL El cálculo a flexión de las vigas de hormigón pretensado se efectúa teniendo en cuenta que el pretensado es no adherente, por lo que en el diseño por resistencia se ve limitada la capacidad a flexión de las armaduras activas a un valor apenas 100 MPa superior a la tensión útil del cable (pérdidas instantáneas y diferidas descontadas). Esta armadura resistente a flexión se combina con armadura pasiva importante ubicada en el ala inferior de la viga, lo que mejora el cuadro de fisuración para cargas cercanas a la de rotura. Bajo la carga de servicio máxima la sección de hormigón se encuentra totalmente comprimida (pretensado total). Para el esfuerzo de corte se emplea la analogía del reticulado, con descuento del corte absorbido por el hormigón de la zona comprimida y otros efectos. Para el ángulo de inclinación de las bielas comprimidas no puede seguirse el criterio del ángulo δ reglamentario del CIRSOC 201 ni otro valor elegido arbitrariamente. El ángulo de las bielas comprimidas queda fijado en el reticulado real que se forma tomando como nodos superiores los conectores de corte entre la viga y la losa premoldeadas. Puede elegirse un reticulado simple con bielas empinadas (Fig 4) o dos reticulados yuxtapuestos con bielas aplastadas (Fig 5). Mientras la tensión de compresión en las bielas no supere los valores máximos reglamentarios resulta económicamente conveniente la segunda opción. Debe prestarse atención a que la verificación de la tensión de compresión en las bielas (tensión principal σII) no puede evaluarse con la expresión deducida del reticulado generalizado ya que sólo trabajan las partes del alma vinculadas directamente con los conectores de corte. Los conectores de corte se dimensionan para absorber el esfuerzo rasante producido por las cargas posteriores al endurecimiento del hormigón in situ.
Fig 4
Fig 5
En el Puente Pata Mora se ha jugado con la inclinación de los cables de pretensado de modo de obtener una armadura de estribos constante a lo largo de toda la viga, lo que simplifica notablemente el proceso de prefabricación de las almas. 3.- PROCESO CONSTRUCTIVO A menos que se utilicen hormigones autocompactables resulta dificultoso el hormigonado de almas de 2 m de altura y 10 cm de espesor, y más aún el llenado del ala inferior de pequeña altura y sin pendiente. Por esta razón, y también para ahorrar encofrado de viga, se decidió la prefabricación de las almas en posición horizontal. El alma completa de la viga se divide en seis trozos de 5 m de longitud cada uno, todos con igual armadura. La técnica es muy simple y consiste en hormigonar un trozo encima del otro, previo colocación de un desmoldante, en pilas de hasta doce elementos (Fig 6 y 7).
Fig 6 y Fig 7 Estos trozos, todos con armadura en espera en forma de bucle en sus cuatro lados, son luego colocados en posición vertical, (sostenidos por puntales) sobre una banquina de prefabricación. Se instalan luego los encofrados y armaduras de las alas superior e inferior, las costillas verticales de unión y los bloques extremos (todos de muy sencilla ejecución). El hormigonado de todos estos elementos le confiere integridad a la viga Fig 8 y 9).
Fig 8
Fig 9
Una vez endurecido este hormigón se instalan los cables exteriores cuyo trazado poligonal se logra por medio de desviadores ubicados en las costillas verticales. Se procede luego al tesado de una primera familia de cables. Los anclajes son metálicos multicordón con capuchón hermético, provistos de un alemite para inyección de grasa anticorrosiva, grasa del mismo tipo que la empleada en la fabricación del cordón no adherente. Una vez montadas las vigas sobre el puente se colocan las losas premoldeadas de calzada, se efectúa el tesado de la segunda familia de cables, se hormigonan los conectores de corte y se rellenan con mortero de cemento las llaves de corte (junta entre losa y losa). Luego se tesan los cables longitudinales que van en los bordes de la losa de calzada, se ejecuta la carpeta de hormigón y se instalan las defensas.
4.- CONCLUSIONES El uso de cables de pretensado exterior en vigas de puentes permite obtener ventajas en vigas de luces importantes (mayores de 30m). En comparación con una solución tradicional de viga pretensada con armadura postesa adherente interior al alma se consigue reducir el peso de la viga hasta en un 30 %. La cantidad de acero de pretensado total a colocar es muy similar en ambos casos ya que el efecto de un menor peso propio se compensa con una menor tensión en el diseño por resistencia a flexión del acero de pretensado no adherente (aproximadamente 0,75 βsp). Comparado con una solución con armadura pretesa recta, posee la ventaja de poder mantener una sección constante en toda su longitud, con un alma muy delgada aún en los extremos, debido a la compensación del esfuerzo de corte producida por la inclinación de los cables. Permite, además, el empleo de luces mucho más importantes que las que produce y transporta una usina de prefabricación. DATOS AUTORES: Victorio Cisaruk Ingeniero Civil Rosario – Argentina Importante trayectoria en la firma Orengo, Cisaruk & Asociados Profesor Universitario, Ex – Decano de la Facultad de Ingeniería de la U.N.R Posgrado: Centre des Hautes Etudes de la Construcción, Paris, en la especialidad Hormigón Pretensado. José Ramón Orengo Ingeniero Civil Rosario – Argentina Importante trayectoria en la firma Orengo, Cisaruk & Asociados Posgrado: Bélgica, Universidad de Lieja, especialidad Cálculo de Estructuras por Computadoras (Elementos Finitos) Posgrado: Francia, Ecole Nationale des Ponts et Chausées – Paris, Métodos Computacionales (Elementos Finitos) para Estructuras de Hormigón Doctor: Ecole Nationale des Ponts et Chausées – Paris- Francia. Especialidad : Estructuras. Temas : Modelización Numérica de Estructuras de Hormigón Armado. REFERENCIAS [1] Prefabricación completa de superestructura de puentes pretensados con tramos isostáticos – Carlos S. Brebbia – Primeras Jornadas Ibero Latinoamericanas del Hormigón Pretensado – Buenos Aires – Octubre 1977 [2] New Trends in Prestressed Concrete Bridges – Michel Virlogeux – Structural Concrete – Journal de la fib (Féderation Internationale du Béton) – Junio 2002
PROCESO CONSTRUCTIVO
PUENTE PATA MORA SOBRE EL RIO COLORADO PROVINCIAS DE NEUQUEN Y MENDOZA LONGITUD: 4 X 34 = 136 m – UNA TROCHA
CLIENTE: REPSOL YPF S.A. PROYECTO: ORENGO, CISARUK Y ASOCIADOS CONSTRUCCION: CONSTRUCTORA PERFOMAR S.A. – MILICIC S.A. – UTE. AÑO: 2004
Hinca de camisa de pilote Ø 120 mediante vibrador
Vaciado del interior de la camisa
Colocación de la armadura del pilote
Hormigonado del pilote
Armadura de la viga travesaño
Vista de monopilotes con sus vigas, topes antisísmicos y dados de apoyo
Encofrado para prefabricación de los paneles de alma de 0,10 m de espesor y 1,71 x 5,00 m . Separador entre panel y panel: placa de chapadur
Hormigonado de un panel y terminado a la llana
Vista de la pista de construcción de las vigas
Posicionamiento de los paneles de alma y colocación de armaduras de talón, costillas y bloques extremos
Hormigonado del talón inferior.
Encofrado del ala superior de la viga y costillas verticales
Hormigonado del ala superior, costillas verticales y bloques de extremidad
La construcción de la viga en diferentes etapas
Placas de anclaje de extremidad
Bobinas de acero de pretensado en cordones 1 x 7 Ø 1/2” engrasados y envainados CEE – 1900
Cables poligonales 12 c Ø ½” y 6 c Ø ½” en sus vainas de polietileno de alta densidad resistente a UV
Anclajes 6 c Ø ½” con su tapa hermética inyectada con grasa. Recubrimiento de epoxi minio + epoxi bituminoso
Levantamiento y traslado de la primera viga para su montaje
Montaje de la viga sobre sus apoyos
Montaje de la segunda viga
Dos vigas montadas y arriostradas provisoriamente
Encofrado y armadura de las losas de calzada prefabricadas, de 15 cm de espesor y 4,50 x 2,57 m, se pueden notar los huecos para conectores de corte
Losas de calzadas prefabricadas. Se aprecia sobre todo el borde la llave de corte y en los extremos el caño Ø 5 cm para pretensado longitudinal de la losa de calzada
Losas de calzada prefabricadas colocadas sobre las vigas Se pueden notar los agujeros de los conectores de corte
Conectores de corte ya hormigonados y llaves de corte entre losas selladas
Tesado de cables 6 C Ø ½” ubicados en la parte superior del bloque de extremidad
Encofrado para alas y espalda del falso estribo
Prueba de carga: se ensayaron los cuatro tramos con una carga que produjo
un momento superior en un 2 % al momento máximo de la sobrecarga de servicio. No se observó fisuración ni ningún tipo de comportamiento anormal durante el ensayo. Las flechas máximas obtenidas fueron inferiores a las calculadas teóricamente para el estado de carga del ensayo. La relación entre flecha residual y flecha máxima varió entre un 5 % y un 15 %. La relación entre la flecha máxima y la luz de la viga fue de 1/1450 en promedio. La prueba de carga fue realizada por el Instituto de Mecánica Aplicada y Estructuras (IMAE) de la Universidad Nacional de Rosario obteniendo la calificación de SATISFACTORIA.
Comentario final : El nuevo Puente Pata Mora reemplaza con ventajas al
puente metálico que existía en ese lugar con capacidad limitada a vehículos de 4,5 toneladas y que fue socavado y arrastrado por la crecida del año 2003. En la actualidad se permite el paso cualquier tipo de vehículos ahorrándose una distancia de transporte del orden de los 200 km, ya que anteriormente el recorrido debía hacerse por un puente habilitado situado unos 100 km aguas arriba. El recurso a la prefabricación a pié de obra de la mayoría de los elementos estructurales muestra un método constructivo económico, de bajo peso y factible de aplicar en zonas de clima frío y alejadas de centros de producción de elementos premoldeados.
