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PUENTE ATIRANTADO SOBRE EMBALSE PIEDRAS MORAS
Ing. Civil. Carlos Antonio Larsson
RESUMEN
Esta presentación describe el proyecto y ejecución de dos puentes atirantados de 180 metros cada uno, ejecutados sobre la ruta nacional RN36 en su cruce por la cola del embalse de Piedras Moras, en la Provincia de Córdoba. Los 180 metros se conforman con vanos de 30/60/60/30 metros de luz libre entre pilas.
Lo que caracteriza a esta obra por sobre otros puentes atirantados fue el intensivo uso de elementos prefabricados. Esta metodología constructiva mixta garantizo el cumplimiento de un plazo record de ejecución de la obra de 6 meses. Se prefabricaron pilares, cabezales de anclajes, vigas longitudinales y prelosas de tablero. Otra característica singular fue la utilización de barras de diámetro 47mm galvanizadas roscadas como tensores de cuelgue de las vigas de apeo intermedias.
Los objetivos fueron cumplidos exitosamente gracias al desarrollo de un proyecto ejecutivo de detalle perfectamente coordinado en base a tecnología BIM.
ABSTRACT
This presentation describes the project of two cable-stayed bridge executed over “Piedras Moras” Lake, in the Province of Córdoba, Argentina with a total length of 180 meters each. The 180 meters length was achieved with consecutive spans of 30/60/60/30 meters each. The stayed cables were designed using Dywidag 47 milimeters diameter galvanized bars steel.
The quality that made this bridge unique is that was construction in just 6 months thanks to the intense use of precast concrete elements (columns, anchor heads, mains beams, pre-slabs).
The bridges contruction was a complete succes thanks to precise construction documents that were coordinated and developed with BIM technology.
1 INTRODUCCION
Este trabajo pretende describir la obra del doble puente atirantado que se ejecutó
sobre la cola del lago del embalse de Piedras Moras, Provincia de Córdoba. El
mismo se encuentra sobre la traza de la autovía RN36 que conecta la ciudad de
Córdoba con la ciudad de Rio Cuarto. En esta presentación se coloca el énfasis en
el diseño y en las técnicas constructivas.
Figura 1. Ubicación del Puente
2 OBJETIVO
El proyecto tuvo como objetivo la búsqueda de una solución que condujera a los
menores costos de construcción, atendiendo todos los aspectos funcionales, la
viabilidad técnica, la estética y la sustentabilidad en el tiempo, poniendo especial
énfasis en el logro del menor tiempo posible para la ejecución del puente ya que de
su terminación dependía la habilitación completa de la citada autovía.
Se tuvo en cuenta además la utilización al máximo posible. de tecnología, materiales
y mano de obra locales.
3 DESCRIPCION GENERAL
Para el cruce mencionado se proyectaron dos puentes de 180 metros cada uno,
paralelos entre sí, con capacidad para alojar tres carriles vehiculares y una vereda
peatonal cada uno. Los 180 metros se logran con vanos libres de 30/60/60/30
metros cada uno entre pilas.
Figura 2. Fotografía de los puentes terminados
Figura 3. Planta y Corte Longitudinal de los Puentes
4 SISTEMA DE TIRANTES
Una particularidad de este puente es la del sistema atirantado de sustentación
principal que se ilustra en los croquis. Las luces previstas entre pilas fueron de 60
metros para minimizar la cantidad de fundaciones en el lecho del lago. Se optó por
este sistema estático por considerarse que conducía a una solución más económica
al reducir la luz de flexión a la mitad para los vanos entre pilares dando una
sustentación intermedia con los tensores y poder así hacer uso de vigas principales
longitudinales prefabricadas de 30 metros, de producción seriada.
Los tirantes se proyectaron en barras roscadas tipo Dywidag de diámetro 47mm,
importadas de Brasil, que permiten simples acoples entre barras con manguitos, y
anclajes extremos de tuercas de cabeza esférica. La provisión fue con protección
anticorrosiva de galvanizado. El sistema resulta muy sencillo de aplicar. En la
aplicación de estos sistemas de estructuras suspendidas es conveniente, en lo
posible, usar apoyos provisorios bajo los puntos en suspensión y cuando el puente
está terminado recién proceder al tensado de los tirantes. De esa forma la estructura
principal queda a plena carga en la posición indeformada liberando de flexión a los
pilares por causa de los estiramiento de los tensores.
En la figura Nº4, puede observarse el detalle de anclaje de los tirantes en el centro del vano de 60 metros. Los mismos dan soporte a la viga de apeo de las vigas longitudinales. Los tensores verticales, también pretensados, hacen de armadura de “cuelgue” de la viga de apeo en sus extremos.
Figura 4. Encuentro de tensores en viga de apeo
Los tensores extremos se hallan vinculados con barras verticales pretensadas
(también Dywidag de diámetro 47mm) a los estribos de manera que para estados de
carga asimétricos no se levanten los extremos del puente. A los efectos de permitir
la libre dilatación del puente por contracciones y o dilataciones térmicas estimadas
en alrededor de 3 cm las barras de vinculación fueron alojadas en vainas con los
huelgos correspondientes para no impedir estos desplazamientos como puede
apreciarse en la figura Nº5.
Figura 5. Detalle de anclaje de tensores en extremos del puente
Figura 5a. Anclajes de tensores en extremo de vigas de apeo extrema
Los elementos de hormigón que contuvieron los anclajes fueron prefabricados en
planta industrial para garantizar calidad de hormigón H40 y lograr alta precisión en
todas las dimensiones requeridas de posicionamiento y ángulos de los anclajes y las
vainas.
5 ESQUEMA ESTATICO Y CÁLCULO
Se proyectó la totalidad de cada puente como una sola estructura continua sin
juntas.
Se diseñaron empotradas las pilas en fundación en sentido transversal para lo
cual se dispusieron vigas entre cabezales de pilas.
Se dispusieron apoyos longitudinales elásticos contra los estribos para fuerzas
longitudinales de frenado y sismo mediante tacos de neopreno. Se dispusieron
apoyos laterales contra los estribos para el conjunto completo trabajando el tablero
como gran viga horizontal de 180 metros de luz para absorber cargas de viento y
sismo transversales lo que alivia el trabajo de los pilares intermedios para fuerzas
transversales.
Con este esquema estático se logra gran rigidez y resistencia con menor
consumo de hormigón y acero.
Los apoyos extremos se decidieron deslizantes sobre acero inoxidable y teflón.
Figura 6. Apoyos y topes de vigas longitudinales en estribos
La estructura completa se modelo en software 3D y se hicieron análisis estáticos y
dinámicos conforme a acciones de las normas argentinas. Para control de
deformaciones y grado de confort por vibraciones se aplicó la norma española.
Durante los ensayos de carga de recepción estáticos y dinámicos se verificaron con
alta aproximación las previsiones de deformaciones y frecuencias naturales de
vibración y la respuesta dinámica de a estructura.
6 INFRAESTRUCTURA
I. FUNDACIONES
Se ejecutó la fundación mediante cabezales con 4 pilotes cortos cada uno, dada la existencia de roca granítica muy competente a nivel superficial. Se perforó la roca y se empotraron los pilotes de 1,2 mts de diámetro una profundidad mínima de 1,5 mts.. en la roca.
Figura 7. Cabezales de fundación de pilas – Bastidor metálico para posicionamiento de pila prefabricada
Se avanzó con terraplenes sobre el lecho del lago, contándose con la colaboración de la Dirección Provincial de Hidráulica de la Provincia en el mantenimiento de adecuados niveles del agua del mismo permitiendo el acceso de maquinaria y grúas tanto para el pilotaje como para el montaje de los elementos prefabricados.
Para el correcto posicionamiento del pilar prefabricado se construyeron bastidores metálicos fundidos en los cabezales con regulación vertical a rosca en cada una de las 4 esquinas de los pilares, como ilustra la figura 7.
II. ESTRIBOS
Se proyectaron estribos en hormigón armado tradicional en ambas márgenes como ilustran la figuras 8 y 9. Los mismos contienen el terraplén que además se desarrolla por delante rodeándolo a media altura protegiéndose la parte inferior con geotextil y colchonetas de piedras.
Figura 8. Estribos y vigas pretensadas VP160 con extremo rebajado para macizado de tablero
La forma de los estribos además de contener los terraplenes de acceso, responden a la función de absorber los esfuerzos longitudinales de sismo y frenado y también los esfuerzos transversales de viento y sismo liberando prácticamente a las pilas de esta función.
Figura 9. Planta y corte de estribos
III. PILARES Y ANTENAS
Los pilares hasta nivel de calzada se proyectaron en secciones de 1,50 x 1,20.mts. Se usaron encofrados perdidos de hormigón prefabricado para minimizar tiempos y se hicieron rellenos de hormigón en segunda etapa. Las antenas son de la misma sección, también prefabricadas, pero en este caso sin relleno interior de segunda etapa.
Figura 10. Montaje de Antenas prefabricadas sobre apoyos provisorios metálicos
Se utilizaron estructuras metálicas para poder montar y verticalizar las antenas, y
posteriormente realizar el empalme entre pila inferior y antena con un colado de
hormigón “In Situ” como se ilustra en la figura 10.
Con este esquema de prefabricación se logró una rápida y practica ejecución y
también una elevada precisión en la posición de los dispositivos de anclaje de los
extremos de las antenas. El puente tenia de proyecto vial una pendiente longitudinal
lo que hizo que los ángulos de los tensores izquierdos y derechos de cada antena
sean distintos, así como sus longitudes y ángulos de incidencia en los anclajes
extremos. La calidad de hormigón usada en las antenas fue H40.
7 SUPERESTRUCTURA
I. VIGAS LONGITUDINALES
Las vigas principales longitudinales se prefabricaron en banco de pretensado en
una planta industrial ubicada a unos 100 km del emplazamiento de la obra. Tienen
un peso de alrededor de 30 toneladas (300 kN) cada una.
II. VIGAS DE APEO
Tanto las correspondientes a ejes de pilares como las intermedias se ejecutaron de hormigón armado tradicional coladas “in situ” con encofrados tradicionales, aunque se prefabricaron los extremos en hormigón de superior calidad y precisión en la disposición de vainas y anclajes para los tensores que la que se hubiese logrado en obra.
La figura 11 muestra el extremo prefabricado de una viga intermedia de apeo con su armadura de conexión con el hormigón “in situ”. Para la unión de estas cabezas con la viga in situ también se dispuso de un postensado de cordones envainados del sistema Freyssinet.
Figura 11. Extremos prefabricados de vigas de apeo intermedia. A la vista los anclajes de los 8 tensores de “cuelgue” de las viga y las vainas para el postensado
de la viga traviesa de apeo.
Figura 12. Vigas de Apeo entre pilas para apoyo de vigas longitudinales prefabricadas
III. TABLERO.
El mismo se diseñó en 17 cm de espesor y estuvo conformado por prelosas estructurales de 5 cm de espesor y colado posterior de 12 cm.
Figura 13. Montaje de prelosas y colado de hormigón in situ de tablero
8 SISTEMA CONSTRUCTIVO
I. ESTRIBOS:
La fundación de los estribos tiene su cota de apoyo por sobre el nivel máximo del
lago. Se ejecutaron con encofrados tradicionales sobre un hormigón de nivelación previa limpieza del manto de apoyo apto para las cargas según recomendación de estudio de suelos.
II. PILAS y ANTENAS
Como se describió al comienzo se previó una construcción prefabricada de las mismas con llenado en su interior solo por debajo del nivel del tablero.
III. PILAS PROVISORIAS:
Como la estructura fue suspendida de los tirantes recién cuando estuvo totalmente terminada hubo que construirla apoyada sobre apoyos provisorios al centro de las luces de 60 metros.
El puente fue “izado” poniendo en tensión los tensores desde los extremos de las antenas hasta despegarlo de los apoyos provisorios.
Figura 14. Vista inferior del puente previo al momento de tesado de los tensores
Los apoyos provisorios se materializaron con estructuras metálicas prefabricadas que fueron rápidamente montadas en su posición con capacidad para resistir el peso propio de 30 metros de zona de influencia de cargas. En la figura 14 pueden apreciarse dichas estructuras metálicas provisorias. Una vez suspendida la estructura de los tirantes se procedió al desarme y retiro de las mismas.
IV. MONTAJE DE VIGAS PRINCIPALES:
Se operó desde el terraplén de avance para el montaje de las vigas longitudinales de la superestructura.
V. TABLERO
Una vez que se tuvieron en posición las vigas longitudinales se montaron con la misma grúa desde el tramo adyacente las prelosas y se procedió al hormigonado del resto de la losa de tablero.
VI. ATIRANTADO
Una vez fraguada toda la estructura de hormigón se procedió al montaje de los tensores.
La puesta en tensión de los mismos se realizó de manera que el tiro resultara equilibrado de manera de no someter a las pilas a flexiones.
La carga dada a los tensores fue estrictamente la que produjo el despegue de la viga de apeo de la estructura metálica de apoyo provisoria. Todos los tensores quedaron con la misma carga (+-5%) para peso propio después de tensados parciales y rotativos desde la cabeza de las antenas. El sistema de anclajes roscados facilita mucho esta operación y fue una de las ventajas por lo cual se eligió este sistema de tirantes además del precio para este caso particular tratándose de tirantes de escasa longitud respecto de aquellos de los grandes puentes atirantados.
VII. ELEMENTOS ANTIVIBRATORIOS
Se diseñó un sistema de vínculos entre los 9 tensores de cada tirante que aseguro la ausencia de vibraciones de los mismos al cambiarles la frecuencia de vibración propia de cada tensor. Buen resultado se obtuvo con dos planchuelas galvanizadas abulonadas y aprietes de neoprene contra los tirantes según ilustra la figura 15.
Figura 15. Dispositivos antivibratorios de tensores
9 IMPLEMENTACION BIM
Con el objetivo de garantizar la ejecucion de la obra en tiempo y forma con la debida presicion se planteo, desde la genesis del proyecto, el desarrollo del mismo mediante softwares BIM. La complejidad geometrica, por pendientes longitudinales y transversales de la estructura y la necesidad de contar con elementos prefabricados que aceleren los tiempos de construccion requerian un proyecto ejecutivo muy detallado y preciso.
Para ello se modelo en 3D integramente tanto la geometria de los elementos de hormigon como sus armaduras interiores, como asi tambien todos los insertos y barras tensoras con sus vainas y anclajes.
Con la tecnologi BIM ademas se logro poder planificar la obra al detalle con un computo preciso de todos los elementos modelados en forma automatica,
El grado de presicion del modelo y la visualizacion en 3D permite advertir las eventuales interferencias que son dificiles de prevenir en 2D particularmente cuando las dimensiones son muy reducuidas para albergar muchos elementos que se cruzan en varias direcciones en el espacio.
La visualizacion 3D permite ademas hacer un control de ejecucion mas facil.
Figura 16. Infografía del desarrollo de la documentación en base a un modelo BIM
Colaboradores:
Ing. Civil Mercedes del Carmen Rizzi de Larsson,
Ing. Civil Francisco Nicolas Larsson,
Ing. Civil Julio Manuel Escobar Gamboa
