Puentes Lanzamiento Incremental

puentes por lanzamiento incremental

En este capítulo se hace una introducción a la Ingeniería Sísmica Basada en Desempeño, cubriendo temas sobre la historia del PBEE, resumiendo los primeros esfuerzos como el FEMA 273/356 y el ATC 40. Se desarrollan los objetivos de la PBEE, formados de la matriz de Objetivos Principales vs Niveles de Peligrosidad Sísmica, se indican cómo se definen los objetivos principales a partir de niveles de desempeño en elementos estructurales y no estructurales.

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1.

Puentes por Lanzamiento Incremental

1.1.

Introducción

Puentes por Lanzamiento Incremental

En este capítulo se describirá la implementación de este innovador concepto en varios proyectos representativos. Desde la implementación de la técnica de lanzamiento incremental sobre el Rio Caroni Bridge, muchas superestructuras han sido construidas con este método, con refinamientos y mejoras graduales en el método. Concentrar el vaceado de los segmentos detrás de un estribo con un resguardo temporal, si se requiere, este método puede proporcionar el mismo procedimiento de control de calidad y calidad del concreto que puede alcanzarse en una planta de prefabricados de concreto. Esto minimiza el falso puente temporal, encofrados extensos, y otros recursos temporales requeridos durante la construcción por el método convencional de vaceado en sitio sobre un falso puente. Básicamente el método conlleva la fabricación incremental de la superestructura en una ubicación estacionaria, el movimiento longitudinal del segmento fabricado una longitud incremental, y el vaceado del nuevo segmento en el vaceado previamente. En otras palabras, el procedimiento puede considerarse como una técnica horizontal de deslizar el encofrado, excepto que la fabricación y el vaceado ocurren en una estación estacionaria. El control dimensional estricto, sin embargo, es una necesidad absoluta en el sitio de vaceado estacionario, ya que los errores son muy difíciles de corregir y resultan en costos adicionales en el lanzamiento. Las estructuras rectas son las más fáciles de acomodar; sin embargo, la curvatura (ya sea vertical u horizontal) puede realizarse si una relación constante de curvatura es mantenida. Si la subrasante de la estructura está sobre una pendiente, es preferible lanzar, cuando sea posible, hacia abajo. Cuando la caída es del 2%, la superestructura tiene que ser empujada o retenida, dependiendo del coeficiente de fricción. Cuando la caída es mayor al 4%, se requieren disposiciones especiales para prevenir una estructura “fugitiva” durante el lanzamiento. Los pilares, ya sean temporales o permanentes, deberán ser diseñados para resistir la fuerza lateral producida por la operación de lanzamiento. Una fuerza de fricción que varía desde 4 hasta el 7% ha sido considerada para para propósitos de diseño, aunque valores de sólo 2 a 3 ½% han sido observados en el campo. Actualmente, se siente que este sistema puede ser usado para superestructura hasta de 2000 pies (610 m) de longitud; el lanzamiento incremental de estructuras más grandes se realiza desde ambos estribos hacia el centro de la estructura. La técnica ha sido aplicada para tramos de hasta 200 pies (60 m) sin el uso de pilares temporales-V de soporte y para tramos de hasta 300 pies (100 m) con el uso de tales pilares. Los girders generalmente tienen una relación peralte al tramo con rangos desde un doceavo hasta un dieciseisavo del tramo más grande y son de un peralte constante. La nariz de lanzamiento tiene una longitud de aproximadamente el 60% del tramo más largo. Las ventajas principales del método de lanzamiento incremental son las siguientes: 1.

No se requiere ningún falso puente para la construcción de la superestructura distinto a aquel

posiblemente a los pilares de falso puente para reducir la longitud del tramo durante la construcción. De esta manera los esfuerzos en el voladizo durante el lanzamiento pueden mantenerse dentro de los límites permisibles. Si los pilares de falso puente prueban ser imprácticos, entonces un sistema temporal de cables atirantados pueden usarse. Obviamente, dependiendo de las condiciones del sitio, cualquier o todas las

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combinaciones de pilares temporales, nariz de lanzamiento, y cables atirantados temporales pueden ser usados, el punto es que el uso convencional del falso puente es minimizado grandemente. Esto es particularmente interesante para proyectos en áreas urbanas o cubriendo aguas, carreteras, o vías de ferrocarril. 2.

Dependiendo del tamaño del proyecto puede haber una reducción sustancial en la inversión del

encofrado. Ya que el vaceado de los segmentos es centralizado en la ubicación detrás del estribo, las ventajas económicas de la producción en masa y la operación de la planta de prefabricado puede ser duplicado. 3.

El método elimina costos de transporte de los segmentos vaceados en una planta fija y

transportados hasta el sitio. 4.

Esto elimina el uso de grúas pesadas o armaduras de lanzamiento y los costos de erección asociados.

5.

Esto elimina las juntas con epóxico. Ya que el epóxico no está involucrado, la construcción puede

continuar a bajas temperaturas. 6.

El control de la contraflecha y otros controles de la geometría son obtenidos fácilmente.

Las desventajas se mencionan a continuación: 1.

El alineamiento del puente para este tipo de construcción puede ser ya sea recto o curvo: sin

embargo, la curvatura, ya sea vertical u horizontal, debe ser de un radio constante. 2.

Como se mencionó arriba, se requiere el control dimensional estricto durante el vaceado. Cualquier

error en el vaceado es difícil y caro para corregir, especialmente si ellos no se descubren hasta después que cierta longitud del puente haya sido lanzada. 3.

La superestructura debe ser de una sección y peralte constantes. Esta es una desventaja en tramos

largos, donde una sección de peralte variable proporcionaría una mejor economía de los materiales. 4.

Área considerable se requiere detrás del estribo(s) para vacear los segmentos. En algunos sitios de

proyectos esto puede no ser factible. En el estado del arte presente de los puentes lanzados incrementalmente parece haber dos métodos de construcción básicamente, los cuales se llamarían de “vaceado continuo” y de “vaceado balanceado”. Ellos son diferentes en modo de ejecución y en sus áreas de utilización. El método de vaceado continuo es algo análogo al método tramo por tramo., y el método de vaceado balanceado es similar el método de voladizos. El método de vaceado continuo es generalmente usado para estructuras tipo viaductos grandes con iguales y numerosos (o casi iguales) tramos. Sus principales características son como sigue: 1.

Tramos completos, o partes de tramos, son hormigonados en encofrados fijos. Los encofrados son

reusados, como en el método tramo por tramo, excepto que los encofrados son fijos en lugar de móviles y se mueven tramo por tramo. Los tramos subsecuentes (o partes de un tramo) son vaceados y se unen a uno vaceado previamente, y la superestructura es lanzada progresivamente. 2.

Generalmente el área de vaceado detrás del estribo es lo suficientemente largo para acomodar ya

sea una longitud de tramo o algún múltiple de la longitud de segmento del tramo más la longitud de la nariz de lanzamiento.

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3.

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Las operaciones involucran el hormigonado (vaceado del concreto) sucesivo y el lanzamiento. Las

fases principales son: encofrado, colocación del refuerzo y tendones, hormigonado y curado, y lanzamiento. 4.

Los dos tipos de sección transversal de la superestructura usados han sido un girder tipo cajón y

doble . 5.

El pretensado longitudinal consiste de dos familias de tendones: tendones concéntricamente

colocados y tensionados antes del lanzamiento, y tendones colocados y tensionados luego del lanzamiento, que son, tendones de momento negativo sobre los soportes y tendones para momento positivo en la parte inferior de la sección en la parte central del tramo. El método de vaceado balanceado es usado para pequeños proyectos hasta una longitud total de 650 pies (200 m). Se usa para estructuras simétricas de tres tramos donde el tramo central es el doble del tramo final. Sus principales características son: 1.

El hormigonado del segmento se realiza simétricamente con respecto a un soporte temporal

localizado en el terraplén por detrás de los estribos. Este método es similar al voladizo balanceado, excepto que los encofrados son soportados sobre el relleno del terraplén. 2.

Se requieren dos áreas de vaceado, uno detrás de cada estribo. Las superestructura-medias son

construidas en extremos opuestos del proyecto. La distancia entre el estribo y el eje del soporte masivo temporal es generalmente ligeramente menor que un cuarto de la longitud del proyecto. 3.

Luego que las dos superestructuras-medias hayan sido hormigonadas en el relleno del acceso, las

dos mitades son lanzadas sobre los pilares y unidas a la mitad del tramo del tramo central por un colado de cierre (junta de cierre), el cual generalmente tiene una longitud de 3 pies (1 m). 4.

El pretensado longitudinal consiste de tres familias: tendones en voladizo para cada segmento

localizados en la parte superior de la sección transversal y esforzados antes del lanzamiento; tendones de continuidad, tensionados luego del cierre y situados en el ala inferior; y tendones provisionales, localizados en el ala inferior, tensionados antes del lanzamiento, y opuestos a los tendones en voladizo. Hay dos métodos de lanzamiento. El método usado en el Rio Caroni Bridge, tiene los jacks de apoyo sobre una cara del estribo y tirando de un puntal de acero, el cual está adjunto por zapatos de lanzamiento al último segmento vaceado. El segundo método, más actual, es esencialmente una operación de elevación y empuje usando una combinación de jacks horizontales y verticales, Figura 1-1. El Jack vertical se desliza sobre un teflón y placas de acero inoxidable. Los elementos de fricción en la parte superior de los jacks ajustan la superestructura. Los jacks verticales elevan la superestructura aproximadamente 3/16 plg (5 mm) para el lanzamiento. Los jacks horizontales entonces mueven la superestructura longitudinalmente. Luego que la superestructura haya sido empujada la longitud de la carrera (stroke) del jack horizontal, los jacks verticales bajan y los jacks horizontales retraídos para restaurar el ciclo. A Figura 1-2 es una representación esquemática de este ciclo. Para permitir que la superestructura se mueva hacia adelante, asientos de apoyo especiales temporales de deslizamiento de pads de goma reforzados recubiertos con teflón, los que se deslizan sobre placas de acero de cromoniquel, se proporcionan sobre los pilares permanentes y pilares temporales, Figuras 1-3 y 1-4. Una secuencia de operaciones mostrando el movimiento de los pad de apoyo sobre los asientos de apoyo temporales es representada en la Figura 1-5. Un asiento de apoyo temporal con un asiento de apoyo guía lateral se muestra en la Figura 1-6.

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Figura 1-1: Mecanismo de gateo de lanzamiento incremental.

Figura 1-2: Esquema de operación del jack de lanzamiento. (a) elevación, (b) empuje, (c) bajada, (d) retracción.

Figura 1-3: Lanzamiento incremental – sección longitudinal del asiento de apoyo de lanzamiento.

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Figura 1-4: Asiento de apoyo de lanzamiento, Wabash River Bridge, Indiana.

Figura 1-5: Asiento de apoyo temporal de deslizamiento, secuencia de operaciones.

1.2.

Rio Caroni, Venezuela El diseño para esta estructura fue propuesto por los ingenieros consultores Dr. Fritz Leonhardt y Willi Baur

de la firma Leonhardt y Andra, Stuttgart, Alemania Occidental, en un concurso internacional. El diseño y planificación se llevó a cabo en 1961 y la construcción fue entre 1962 y 1963. Esta estructura, Figura 1-7, consiste de un puente de dos carriles con tramos a los extremos de 157.5 pies (48 m) y cuatro tramos interiores de 315 pies (96 m), para una longitud total de 1575 pies (480 m). El sitio proporcionó algunos problemas formidables de construcción. La ribera del Rio Caroni durante la etapa de inundación alcanzó una profundidad de 40 pies (12 m) con velocidades de 13 a 16 pies/seg (4 a 5

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m/seg), así eliminando la consideración de una superestructura de concreto vaceada en el sitio sobre un falso puente. La construcción segmental por voladizos balanceados fue considerada; sin embargo, las interrupciones durante los periodos de nivel elevado de las aguas requerirían un periodo de construcción extenso con costos elevados de operación.

Figura 1-6: Lanzamiento incremental – asiento de apoyo temporal y asiento de apoyo guía lateral.

Figura 1-7: Rio Caroni Bridge finalizado. El método propuesto consistió en ensamblar y pretensar la longitud total del puente sobre el terreno adyacente, y lanzarlo en una dirección longitudinal, sobre los pilares, en su posición final. Fueron usados pilares temporales a mitad del tramo de cada tramo interior para producir diez tramos iguales de 157.5 pies (48 m) durante el lanzamiento de la estructura. El acomodo del ensamble en el sitio del total de la superestructura requirió una cama o lecho de fabricación larga de 1600 pies (500 m) hasta la parte posterior de un estribo, el cual fue parcialmente excavado en roca y tuvo que ser rellenado y compactado al completarse el proyecto. En el extremo más lejos de este lecho de fabricación, encofrados de acero estacionarios fueron instalados para vacear los segmentos prefabricados tipo cajón, los cuales fueron de 18 pies 4 plg (5.6 m) de alto y vaceados en longitudes de 30 pies (9.2 metros).

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Luego que los segmentos prefabricados alcancen suficiente resistencia ellos fueron desmontados del encofrado y posicionados en el lecho de fabricación para corresponder con su locación en la estructura final. Los segmentos se movieron desde el encofrado sobre rieles de madera posicionados de forma precisa en el lecho de ensamblaje, empleando hojas de fórmica y un lubricante a base de petróleo entre la parte inferior del segmento y en la parte superior de los rieles de madera, Figura 1-8. Un espacio de 1pie 4 plg (40 cm) se dejó entre los segmentos prefabricados para una junta in situ. La colocación precisa de los segmentos en el lecho de ensamblaje requirió antes el vaceado de las juntas. Para evitar el daño por contracción, las juntas fueron vaceadas durante la segunda mitad de la noche de modo que la expansión por temperatura de los segmentos prefabricados durante el calor del día se compensaría por la contracción de la junta vaceada en sitio. Luego que las juntas fueron vaceadas, el pretensado concéntrico localizado al interior del cajón y pasando a través de las aberturas en los nervios rígidos del alma, Figura 1-9, fue esforzado con una fuerza de 5000 toneladas cortas en una operación. Los tendones pretensados fueron continuos alrededor de un bloque de concreto grande a media caña a un extremo de la estructura, Figura 1-10. Este bloque reaccionó en contra de un número de jacks y un muro bulkhead de concreto de espesor de 10 pies (3 m). Para activar los jacks entre el bloque y el bulkhead y causar un movimiento de 9 pies (2.75 m) en el bloque de esfuerzo, la fuerza inicial de pretensado fue inducida en los tendones. Los tendones de pretensado no se adjuntaron a las almas. Para reducir el peligro de cualquier condición accidental de inestabilidad elástica, pórticos de arriostres temporales de acero fueron instalados a intervalos de 60 pies (20 m). El ala superior de 33 pies y 10 plg (10.3 m) de la sección del girder tipo cajón fue transversalmente pretensada, Figura 1-9). Al completarse las operaciones de pretensado la superestructura estuvo lista para el lanzamiento sobre los pilares permanentes y temporales hasta su posición final. Para mantener niveles aceptables de los esfuerzos en el concreto, cuando el girder fue lanzado sobre los tramos de 157.5 pies (48 m), una nariz de lanzamiento ahusada de acero estructural fue anexada al extremo líder de la superestructura, Figura 1-11. Dos jacks dobles con una capacidad total de 600 toneladas cortas, montadas en contra del estribo del puente y jalada sobre puntales de acero abrochados al girder, proporcionaron la fuerza horizontal necesaria para el movimiento de lanzamiento longitudinal. Para acomodar el movimiento sobre los pilares, dos asientos de apoyo deslizantes se colocaron en cada parte superior de los pilares temporales y permanentes. Estos asientos de apoyo consistieron de cromo, placas de acero pulidas, que soportaron los asientos de apoyo del puente cubiertos con teflón, los que se colocaron en una posición invertida tal que estaban en contra del lado inferior del girder y se deslizaron sobre placas de acero. Luego del movimiento de lanzamiento de 3 pies (96 cm), en la dirección longitudinal, la operación fue detenida para permitir que la superestructura sea verticalmente gateada, simultáneamente en todos los pilares. Las placas de teflón entonces se movieron a su posición original (la que ocuparon cuando la operación de lanzamiento inició) y se rotaron 180º, con respecto al eje vertical, para compensar cualquier movimiento en una dirección del recubrimiento del teflón. El movimiento de lanzamiento longitudinal ocurrió a una velocidad de 2

plg/min (6 cm/min); de esta forma, un incremento de 3 pies (96 cm) de movimiento tomó 16

minutos. Un ciclo total de operación, después de la subsecuente sincronización, que incluyó el gateo simultáneo en 22 ubicaciones y reposición de los 22 asientos de apoyo de teflón, requirió de 30 minutos por cada 3 pies (96 cm) de movimiento. De esta forma, un movimiento diario de 63 pies (19.2 m) pudo ser alcanzando. La fuerza de gateo inicial requerida para el lanzamiento fue de 220 toneladas cortas; esto se incrementó gradualmente hasta 400 toneladas cortas para el peso total del girder de 10000 toneladas cortas, lo que indica una fricción de 2 a 4%.

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Figura 1-8: Segmentos prefabricados en el lecho de ensamblaje.

Figura 1-9: Rio Caroni, sección transversal del girder. Luego que la operación de lanzamiento fue finalizada, el perfil inicial del tendón de pretensado concéntrico fue cambiado para acomodar la condición de carga en la superestructura luego que los pilares temporales fueron removidos. Para lograr el cambio en el perfil del tendón, puntales especiales en forma de L fueron instalados, de modo que fueron proyectados hacia arriba a través del ala superior o hacia abajo a través del ala inferior, siendo los tendones acuñados en puntales en forma de U. Los puntales fueron entonces gateados simultáneamente en 24 puntos hacia arriba y hacia abajo, dependiendo de sus ubicaciones. Durante esta operación el bloque de esfuerzo a media caña, Figura 1-10, fue gradualmente liberado de tal forma que tras la posición final de los tendones se hayan retraído 8 pies 6 plg (2.6 m). Luego que los tendones hayan sido relocalizados, fueron anexados al alma y hormigonados para protegerlos contra la corrosión.

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Figura 1-10: Rio Caroni, bloque de pretensado.

Figura 1-11: Rio Caroni, nariz de lanzamiento. El procedimiento usado para la construcción del Rio Caroni Bridge, aunque adecuado técnicamente, es prohibitivamente caro. Esta metodología ha sido refinada de tal forma que los segmentos vaceados directamente por detrás del estribo en longitudes de 33 hasta 100 pies (10 hasta 30 m) y lanzados incrementalmente luego del curado del último segmento vaceado.

1.3.

Val Restel Viaduct, Italia Debido al terreno montañoso rugoso el alineamiento de una parte de 1050 pies (320 m) de este viaducto

requirió una curvatura aguda de 492 pies (150 m) de radio, y una curvatura vertical de aproximadamente 8860 pies (2700 m) de radio, Figura 1-12. La altura máxima del pilar es de 212 pies (64.61 m). Las condiciones del sitio y el alineamiento impidieron la construcción por el método de los voladizos balanceados o el vaceado en sitio convencional sobre un falso puente, llevando a la decisión de construir por el método de lanzamiento incremental.

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Figura 1-12: Planta y perfil longitudinal del Val Restel Viaduct, mostrando (A) cobertizo para la construcción de los segmentos del tablero; (B) equipamiento hidráulico usado para el lanzamiento. La longitud de curva de 1050 pies (320 m) de este viaducto consiste de segmentos grandes de 52.5 pies (16 m), los cuales fueron fabricados en un hangar o cobertizo cerrado detrás de un estribo. El ala inferior y los talones inferiores de las almas de los primeros segmentos fueron vaceados primero, Figura 1-13(a), (b) en una longitud de 52.5 pies (16 m), y aproximadamente 118 pies (36 m) por detrás del primer estribo. Luego del curado y esforzado del segmento parcial éste fue gateado adelante un incremento de 52.5 pies (16 m) hacia el estribo, donde el balance de la sección fue vaceado, Figura 1-13(a), (c). Al mismo tiempo el encofrado desocupado por el ala inferior del primer segmento fue reusado para el vaceado del ala inferior del segundo segmento, monolíticamente con el segmento previo. Luego de lanzar otro incremento de 52.5 pies (16 m) el ciclo fue repetido hasta que la superestructura fue completada. La colocación del refuerzo “mild steel” del ala inferior se muestra en la Figura 1-14, con los encofrados del alma al fondo. Los encofrados laterales para las almas y el lado inferior del voladizo del ala superior y la disposición del gato (jack) para el desmontaje, son ilustrados en la Figura 1-15. El refuerzo en el ala superior se muestra en la Figura 116 y el ala superior finalizado con el segmento siguiente en el fondo de la Figura 1-17.

Figura 1-13: Etapas de construcción del Val Restel Viaduct.

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Figura 1-14: Val Restel, colocación del refuerzo en el ala inferior.

Figura 1-15: Val Restel, mecanismo de desmontaje del encofrado lateral.

Figura 1-16: Val Restel, refuerzo en el ala superior.

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Figura 1-17: Val Restel, ala superior finalizada, con el refuerzo para el siguiente segmento al fondo. La sección transversal de la superestructura es mostrada en la Figura 1-8(a). El ancho del segmento es de 29.5 pies (9.0 m). El peralte total del segmento es de 8.13 pies (2.48 m), para una relación peralte a tramo de 1/13. El ala superior tiene un espesor de 9.8 plg (250 mm) y el ala inferior un espesor de 5.9 plg (150 mm). La Figura 1-18(b) es una sección longitudinal de la superestructura mostrando una disposición de la segunda etapa de los tendones de pretensado requeridos luego del lanzamiento para acomodar las cargas en la estructura final. Las Figura 1-19 y 1-20 muestran los bloques de anclaje interiores para la segunda etapa de pretensado antes y después del hormigonado, respectivamente. Un ciclo completo de fabricación y lanzamiento de un segmento de 52.5 pies (16 m) en cuatro días de trabajo y nueve horas. El tiempo de lanzamiento real para un segmento fue de 60 a 65 minutos. Las Figuras 1-21 y 1-22 muestran la nariz de lanzamiento aproximándose y aterrizando sobre un pilar. Vistas de la estructura completada son mostradas en las Figuras 1-23 y 1-24. La construcción de este puente fue realizada en diez meses, desde enero de 1972 a octubre de 1972.

Figura 1-18: Val Restel, (a) sección transversal del tablero, (b) sección longitudinal del tablero.

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Figura 1-19: Val Restel, bloque de anclaje de pretensado para la segunda etapa antes del hormigonado.

Figura 1-20: Val Restel, bloque de anclaje de pretensado para la segunda etapa luego del hormigonado.

Figura 1-21: Val Restel, nariz de lanzamiento aproximándose al pilar.

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Figura 1-22: Val Restel, nariz de lanzamiento aterrizando sobre el pilar.

Figura 1-23: Val Restel, vista del viaducto curvo lanzado incrementalmente luego del lanzamiento.

1.4.

Ravensbosch Valley Bridge, Holanda El puente Ravensbosch Valley de 1378 pies (420 m) de largo cerca de Valkenburg representa el primer

puente en Holando construido por el método de lanzamiento incremental de construcción segmental, Figura 1-25. Esta estructura dual tiene tramos extremos de 137.8 pies (42 m) y seis tramos interiores de 183.73 pies (56 m). Pilares rectangulares huecos varían en altura desde 21 pies (6.5 m) hasta 77 pies (23.5 m) y tienen dimensiones exteriores de 6 pies (1.8 m) por 19 pies (5.8 m) con un espesor de muro de 1.3 pies (0.4 m), Figura 1-26. La superestructura consiste de dos girders trapezoidales tipo cajón de una sola célula conectadas en las puntas del ala superior interior por una losa de 8.3 pies (2.5 m) y pretensados transversalmente, Figuras 1-26 y 1-27. Cada cajón tiene un ancho de 56.8 pies (17.32 m) y un peralte constante de 10.8 pies (3.3 m) para una relación peralte a tramo de 1/17. El ala superior tiene un espesor de 7.9 plg (200 mm). El voladizo del ala superior es de 13 pies (4.01 m).

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Figura 1-24: Val Restel, viaducto finalizado.

Figura 1-25: Ravensbosch Valley Bridge, vista general. Cada estructura dual consiste de 22 segmentos de aproximadamente 62 pies y 4 plg (19 m) de largo. La construcción de la superestructura estuvo basada en un ciclo de un segmento por semana.

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Para acomodar los momentos flectores durante las operaciones de lanzamiento una nariz de lanzamiento de larga de 52.5 pies (16 m) fue usada, Figura 1-28, en conjunto con un pretensado concéntrico en la primera etapa consistente de 26 barras Dywidag de 1 ¼ plg (32 mm) por girder tipo cajón. Además, pilares temporales fueron usados a mitad del tramo, Figura 1-28. Durante el lanzamiento, la fricción ascendió de 2 hasta 4%, equivalente a la fuerza máxima de empuje de 430 toneladas cortas para un girder tipo cajón completado. Luego de culminar el lanzamiento, pretensado de segunda etapa siguiendo un perfil parabólico que consistió de 12 torones de 0.62 plg (16 mm) de diámetro fueron instalados y esforzados. Esta estructura fue finalizada en 1975.

Figura 1-26: Ravensbosch Valley Bridge, sección transversal de la estructura dual.

Figura 1-27: Ravensbosch Valley Bridge, sección transversal del girder.

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Figura 1-28: Ravensbosch Valley Bridge, vista de la nariz de lanzamiento.

1.5.

Olifant’s River Bridge, Sudáfrica Esta estructura férrea, al completarse, tuvo el record del mundo para el puente más largo realizado por

lanzamiento incremental. Tiene una longitud total de 3395 pies (1035 m), consistente de 23 tramos iguales de 147.6 pies (45 m). El arreglo de la estructura final consistió de 11 tramos continuos en cada lado fijo al estribo y un tramo central simplemente soportado, que tiene una junta de expansión a cada lado del lado central. Con este arreglo estructural la fuerza de frenado del tren (transportando mineral de hierro) es transmitida a los estribos (10% de la carga viva). De esta manera pueden usarse pilares flexibles, resultando en una economía en la cimentación en comparación con la solución clásica, donde la fuerza longitudinal se transmite a través de los pilares hasta la cimentación. Todos los 23 tramos fueron lanzados incrementalmente como 23 tramos continuos desde un estribo, Figura 1-29. Durante el lanzamiento las dos juntas de expansión se hicieron temporalmente continuas por medio de pretensado temporal. Las juntas fueron liberadas luego que la estructura estuvo en su lugar y antes que descanse en sus asientos de apoyo permanentes. Una nariz de lanzamiento, de 59 pies (18 m) de largo, fue pretensado al primer segmento para mantener los esfuerzos del voladizo, durante el lanzamiento, en el concreto dentro de los límites permisibles. La punta de la nariz de lanzamiento tuvo una disposición de gateo para acomodar la deflexión de la nariz cuando se aproxime al pilar.

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Figura 1-29: Olifant’s River Bridge, disposición del lanzamiento incremental.

Figura 1-30: Olifant’s River Bridge, sección transversal. En la sección transversal, Figura 1-30, la superestructura es un girder tipo cajón rectangular de peralte constante de una sola célula. El peralte es de 12.5 pies (3.80 m); el ala superiores es de 18 pies (5.50 m) de ancho y el ala inferior de 10 pies (3.10 m) de ancho. Las almas y las alas son de un espesor constante a lo largo de la estructura. El espesor del alma es de 13.75 plg (0.35 m) y contiene tendones pretensados de barras verticales para transportar el corte. El pretensado longitudinal es recto y está contenido en las alas. Los bloques de anclaje para los tendones longitudinales son continuos a través del ancho de ambas alas (contrafuertes interiores) para asegurar una distribución más favorable a lo largo de la sección. No hay diafragmas en los pilares; los filetes de las esquinas inferiores son de tal forma que permitan acomodarse al efecto de torsión por un pórtico tipo cajón transversal. La construcción de la superestructura se realizó en nueve meses. Los segmentos fueron cubriendo la longitud, con el ciclo teórico por tramo de diez horas alcanzado en diez operaciones y gradualmente reducido a siete horas a la conclusión de las operaciones de vaceado. Las celdas de refuerzo fueron prefabricadas en plantillas al lado de los encofrados. Un ciclo de operaciones consistió de lo siguiente:

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1.

Limpieza y ajuste de los encofrados.

2.

Colocación del refuerzo y los tendones para el ala inferior y las almas.

3.

Hormigonado de esta primera fase.

4.

Colocación del refuerzo y tendones para el ala superior.

5.

Hormigonado de esta fase.

6.

Tensionado de los tendones en la segunda fase del vaceado del tramo previo.

7.

Tensionado de los tendones en la primera fase del tramo en los encofrados.

8.

Desmontaje de los encofrados.

9.

Lanzamiento.

Luego del lanzamiento, y antes de colocar la estructura sobre sus asientos de apoyo finales, fue necesario ajustar las juntas dentro de 3/8 plg (10 mm). Las dificultades principales para alcanzar con esta operación fueron: 

La diferencial de temperatura entre la noche y el día, el cual produjo una variación de longitud de la

superestructura de 9.8 plg (250 mm). 

La edad del concreto al momento del ajuste, varió de nueve meses a diez horas.



Las operaciones de gateo, pudieron no retraer la estructura en caso de un error en el empuje hacia

adelante. La solución de los problemas de temperatura fue solucionada rápidamente ajustando temprano en la mañana. Debido a la temperatura constante durante la noche, la temperatura de la superestructura se conoció, y su longitud fue determinable a pesar de la inercia termal del concreto. La superestructura fue entonces gateada en su posición teórica sobre el estribo y firmemente mantenida por un sistema de bloqueo. Los tendones temporales que hubieron fijado la primera junta fueron liberados y los jacks colocados en las juntas para empujar los restantes 12 tramos y colocar el tramo simple central en sus posición exacta. La segunda junta fue entonces abierta, y los jacks en el otro estribo y colocados en la última porción del tramo de la superestructura. Cuando la superestructura fue colocada en su posición, fue gateada hacia los pilares, y los asientos de apoyo deslizantes temporales fueron reemplazados por los asientos de apoyo permanentes.

1.6.

Varios Puentes en Francia

1.6.1.

Luc Viaduct Esta es una estructura dual de 912 pies (278 m) de largo sobre una curva de 3280 pies (1000 m) de radio. La

superestructura fue construida por lanzamiento incremental de tramos completos sobre asientos de apoyo deslizantes. La resistencia de la superestructura a su carga muerta durante el lanzamiento fue acomodada por un sistema de cables atirantados temporales en el cual la tensión se ajustó cuando la construcción prosiguió, Figura 1-31. Ningún pretensado suplementario fue proporcionado durante las fases de lanzamiento. Una nariz de lanzamiento de 26 pies (8 m) fue proporcionado en el extremo líder con la finalidad de reducir el peso de la estructura en voladizo.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Esta es una estructura continua soportada sobre asientos de apoyo neopreno y tiene una sección transversal doble T, como se indica en la Figura 1-32. El ancho de la calzada es de 46 pies (14.0 m), y el peralte de la superestructura es una constante de 10.3 pies (3.15 m). Los tramos son de 133.5 pies (40.0 m).

Figura 1-31: Luc Viaduct, fases del lanzamiento incremental. (a) colocación de la nariz de lanzamiento, hormigonado y pretensado del primer tramo, lanzamiento del primer tramo; (b) hormigonado y pretensado del segundo tramo, erección del sistema de claves atirantados, lanzamiento de los dos primeros tramos; (c) hormigonado y pretensado del tercer tramo, lanzamiento de los primeros tres tramos; (d) hormigonado y pretensado del cuarto tramo, lanzamiento de los primeros cuatro tramos; (e) finalización de las operación de lanzamiento, desensamblaje de la nariz de lanzamiento y el sistema de cables atirantados, colocación de los asientos de apoyo permanentes, colocación y tensionado del pretensado en las dos fases.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-32: Luc Viaduct, sección transversal.

Figura 1-33: Creil Viaduct, sección transversal.

1.6.2.

Creil Viaduct Esta estructura consiste de ocho tramos continuos teniendo una longitud total de 1102 pies (336 m),

atravesando una vía de ferrocarril y el Oise River. El proyecto es de interés ya que fue lanzado desde ambos estribos sin el uso de una nariz de lanzamiento o un sistema temporal de cables atirantados. Sin embargo, fueron usados pilares temporales para controlar los esfuerzos en los voladizos. La sección transversal de la superestructura es un cajón de una sola célula, Figura 1-33. Los segmentos para cada uno de las dos medias superestructuras fueron desde 65.6 a 98.4 pies (20 a 30 m) de largo. Un lanzamiento fue efectuado al completar cada segmento. Luego que las dos medias superestructuras hubieron sido lanzadas a su posición final, un colado de cierre (junta de cierre) de 3.3 pies (1 m) de longitud fue consumado para proporcionarle continuidad. El pretensado longitudinal consistió de seis sets: 

Tendones de voladizo, tensionados antes del lanzamiento, ubicados en el ala superior y anclados en

los filetes en la intersección con el alma. 

Tendones concéntricos desde un extremo hasta el otro de cada media superestructura, acoplados

juntos en cada fase del hormigonado de los segmentos. 

Tendones rectos y cortos en el ala superior sobre los pilares y en el ala inferior, centrados en el

tramo y tensionados luego del lanzamiento. 

Tendones de continuidad, tensionados luego del lanzamiento, situados en las almas y anclados en el

ala superior.

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

Puentes por Lanzamiento Incremental

Tendones parabólicos cortos, localizados en las almas y anclados en el ala superior, tensionados

luego del lanzamiento. 

1.6.3.

Tendones temporales, en el ala superior, teniendo el mismo efecto que los tendones en voladizo.

Oli Viaduct Este viaducto cubre el valle de Oli en 15 tramos de 134.5 pies (41 m) para una longitud total de 2017 pies

(615 m) a una altura de 197 pies (60 m). La estructura tiene una pendiente de 5.355% y una curva horizontal con un radio de 6700 pies (2046 m). El peso total de la superestructura es de 16500 toneladas cortas (15000 toneladas). El lanzamiento incremental en esta estructura, más que el empuje de la estructura sobre los pilares, se realizó restringiendo el descenso por la pendiente. La fuerza requerida en el frenado de la estructura fue de aproximadamente 660 toneladas cortas (600 toneladas) comparado a la fuerza estimada de 1540 toneladas cortas (1400 toneladas) para empujar la estructura cuesta arriba. En su configuración final, ya que fue difícil acomodar las fuerzas horizontales debido al frenado y efectos sísmicos en los pilares flexibles elevados, la superestructura se ancló al terreno en el área de los estribos por un tirante de una rigidez grande. Toda esta fuerza global longitudinal es acomodada en un tirante rígido grande, los estribos, y los relativamente pilares cortos rígidos en cada terraplén. Una junta central divide la estructura en dos estructuras independientes. Al finalizar el lanzamiento y antes de colocar la superestructura sobre sus asientos de apoyo permanentes, fue necesario “desbloquear” la junta que mantuvo las dos medias superestructura juntas durante la construcción y para ajustarla en su posición dentro de aproximadamente 3/8 plg (10 mm). Esta operación fue completada como sigue: 

Se restringió la superestructura en la parte superior del estribo hasta que la distancia entre su

teórica posición y el extremo de la parte inferior del estribo fuera aproximadamente 8 plg (200 mm). 

Los tendones temporales conectados a las dos medias superestructuras fueron sucesivamente des-

tensionadas. Sin embargo, dos tendones temporales restringieron la parte inferior de las dos medias superestructuras. La parte superior de la media superestructura fue fijada a la parte superior del estribo por medio de un sistema de barras de pretensado y refuerzo complementario instalado en la parte superior del estribo. 

Los dos tendones temporales restringiendo la parte inferior de la media superestructura fue des-

tensionada en incrementos, permitiendo a la parte inferior de la media superestructura descender hasta un sistema de bloqueo en la parte inferior del estribo. La fijación de la parte inferior de la media superestructura a la parte inferior del estribo fue entonces realizada. 

1.7.

La superestructura fue posicionada sobre sus asientos de apoyo finales.

Wabash River Bridge, Estados Unidos Esta estructura, el primer puente segmental lanzado incrementalmente construido en los Estados Unidos,

transporta dos carriles del U.S. 136 sobre el Wabash River cerca de Covington, Indiana. Es una estructura de seis tramos con tramos extremos de 93 pies y 6 plg (28.5 m) y cuatro tramos interiores de 187 pies (57 m), Figura 1-34.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-34: Wabash River Bridge, sección transversal del girder. El ancho de la calzada es de 44 pies (13.4 m). La altura de los pilares son aproximadamente de 40 pies (12 m); la profundidad promedio del río es de 11 pies (3.35 m) con el nivel bajo del agua a 8 pies (2.4 m) y aguas elevadas a 24 pies (7.3 m). La superestructura es un girder tipo cajón de dos células con un peralte constante de 8 pies (2.4 m). El proyecto fue otorgado en Septiembre de 1976 con una fecha de finalización de Octubre de 1978. El total de la superestructura fue finalizada en Noviembre de 1977. Los planos de diseño originales fueron preparados por la American Consulting Engineers, Inc., de Indianápolis para el State Highway Commission que solicitó el diseño por voladizos balanceados segmentales prefabricados; sin embargo, los documentos de la propuesta permitieron métodos alternativos de construir la superestructura. La contratista exitosa, una empresa conjunta de Weddle Bros. Construction Co., Inc., y Ralph Rodgers Construction Co., ambos de Bloomington, Indiana, investigaron tres alternativas para la construcción de la superestructura. Estas alternativas incluyeron segmentos vaceados en sitio soportados sobre falso puente, lanzamiento

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Puentes por Lanzamiento Incremental

incremental, y el método de voladizos balanceados segmentales vaceados en sitio. El lanzamiento incremental fue el método satisfactorio y según se informó ahorró US$ 100000 sobre el otro método segmental prefabricado. La V.S.L. Corporation of Las Gatos, California, fue el subcontratista para el pretensado y el lanzamiento. Un lecho de vaceado de 140 pies (42.7 m) fue localizado detrás del estribo oeste del puente y pudo acomodar tres segmentos de 46 pies y 9 plg (14.25 m). Los encofrados para el vaceado fueron soportados sobre vigas , las que fueron soportadas sobre pilotaje de acero para proporcionar una cimentación sólida y prevenir cualquier asentamiento del lecho de vaceado, Figura 1-35. El tercio inferior de la superestructura tipo cajón de dos células fue vaceado en mayoría en el extremo oeste del lecho de vaceado, Figura 1-35. Fue entonces avanzado 46 pies y 9 plg (14.25 m), cuando los encofrados para el balance de la sección fueron posicionados, y colocados refuerzo mild steel y tendones de pretensado, y el balance del segmento vaceado, Figura 1-36. Luego que el segmento fue hormigonado y curado, los jacks de 20 toneladas cortas que mantuvieron los encofrados en posición, Figura 1-37, fueron liberados para romper la adherencia y remover los encofrados. Los encofrados grandes de metal se mantuvieron el lugar y fueron simplemente oscilados dentro y fuera según sea necesario. El segmento fue entonces avanzado hasta el tercio hacia adelante del lecho de vaceado para el acabado de la superficie por un convencional Bydwell Screed (equipo especial para acabado y pavimentadoras), Figura 1-38, antes del lanzamiento sobre el estribo. De esta forma una metodología de línea de producción fue mantenida. Tres segmentos estuvieron siempre en varias etapas de fabricación, con refuerzo y tendones de pretensado continuos entre los segmentos. La primera etapa del hormigonado requirió aproximadamente 53 yardas cúbicas (40.5 hormigonado o colado requirió desde 101 hasta 130 yardas cúbicas (77.2 hasta 99.4

). Tomó aproximadamente 4 ⁄

horas para cada colado. La resistencia de diseño a los 28 días fue de 4800 psi (3.37 concreto de 6000 hasta 7000 psi fueron realmente alcanzados (4.2 hasta 4.9 ⁄

⁄

) y el segundo

), y resistencias del

). Una resistencia de 3500 si (2.46

) fue requerida antes del esforzado, y fue normalmente alcanzada en 24 hasta 30 horas. Cuando los segmentos

fueron completados, cada uno fue esforzado a su predecesor por pretensado de primera etapa que consistió de ocho tendones de doce cables (hilos) de diámetro de ½ plg (12.7 mm) de 27 ksi (190

⁄

), Figura 1-39. Inicialmente el

contratista fue capaz de completar un ciclo de fabricación del segmento y lanzamiento en dos semanas; sin embargo, cuando fue ganando experiencia, dos ciclos por semana fueron alcanzados. Para acomodar los esfuerzos del lanzamiento, una nariz de lanzamiento de 56 pies (17 m) fue anexada al segmento líder o inicial, Figura 1-34 y 1-41. De esta manera la longitud total de la estructura fue dividida en diez tramos iguales de 93 pies y 6 plg (28.5 m) durante el procedimiento de lanzamiento. Debido a la fuerza longitudinal sobre los pilares durante el lanzamiento, los pilares permanentes fueron atados al estribo con cuatro cables de pretensado cada uno. Estos cables fueron esforzados hasta 96 kips (43545 kg) antes que inicie el lanzamiento. Cada pilar temporal fue atado al pilar permanente precedente por dos tirantes de tubos de acero estructural de 10 plg por 10 plg (254 mm por 254 mm), Figuras 1-34 y 1-42. El procedimiento de gateo durante el lanzamiento usó un sistema de dos jacks (uno vertical y otro horizontal) y pads de teflón, como el descrito en la Figura 1-2. Los jacks verticales tienen una carrera (stroke) de 2 plg (50 mm) y los jacks horizontales una carrera de 18 plg (457 mm). Los jacks verticales elevaron la superestructura alrededor de ½ plg (13 mm) y el jack horizontal lo empujó hacia adelante 17 plg (432 mm). Cada ciclo de gateo (jacking)

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Puentes por Lanzamiento Incremental

requirió alrededor de cinco minutos, y el lanzamiento total de un segmento de 42 pies y 9 plg (14.25 m) requirió alrededor de tres horas. Asientos de apoyo temporales, Figura 1-4, fueron localizados en cada pilar temporal y permanente. Durante la operación de lanzamiento los trabajadores fueron estacionados en cada ubicación de los asientos de apoyo para insertar los pads de teflón cuando la superestructura se deslizaba sobre los asientos de apoyo. Para mantener el alineamiento lateral de la superestructura, asientos de apoyo laterales de guía, Figura 1-43, fueron también localizados en cada asiento de apoyo temporal y también se usaron pads de teflón. Los trabajadores apretarían los pernos en un lado de la superestructura y perdiéndolos en el lado opuesto para empujar la superestructura lateralmente. La posición final de la superestructura en el estribo este fue dentro de 1/32 plg (0.8 mm) de su ubicación prescrita.

Figura 1-35: Wabash River Bridge, soporte del lecho de vaceado.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-36: Wabash River Bridge, balance del segmento.

Figura 1-37: Wabash River Bridge, jacks laterales para el encofrado.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-38: Wabash River Bridge, acabado de la superficie del ala superior.

Figura 1-39: Wabash River Bridge, pretensado en primera etapa.

Figura 1-40: Wabash River Bridge, nariz de lanzamiento.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-41: Wabash River Bridge, pilar temporal de acero.

Figura 1-42: Wabash River Bridge, atado tubular de acero estructural.

Figura 1-43: Wabash River Bridge, asiento de apoyo lateral de guía.

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1.8.

Otras Estructuras Notables

1.8.1.

Mühlbachtalbrücke, Alemania

Puentes por Lanzamiento Incremental

Otro ejemplo de este tipo de construcción es el Mühlbachtalbrücke a 30 millas (50 km) al sureste de Stuttgart, Alemania, Figura 1-44. Esta estructura tiene una longitud total de 1903 pies (580 m) con tramos de 141 pies (43 m). El lado más lejano del girder tipo cajón trapezoidal se muestra en la Figura 1-44 completado desde un estribo hasta el otro; el lado más cercano del girder tipo cajón trapezoidal ha sido lanzado desde el estribo izquierdo y la nariz de lanzamiento alcanzó al primer pilar. Una vista general de la estructura se presenta en la Figura 1-45. Alguna idea del tamaño del girder tipo cajón puede obtenerse desde la Figura 1-46, mostrando el interior del encofrado en la parte posterior del estribo. El anclaje de los tendones en la primera etapa en la parte superior del alma puede verse en la Figura 1-47. El bloque de anclaje para el pretensado de la segunda etapa se localiza al interior del cajón finalizado, Figura 1-48.

Figura 1-44: Mühlbachtalbrücke, vista aérea.

Figura 1-45: Mühlbachtalbrücke, vista general.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-46: Mühlbachtalbrücke, segmento en los encofrados estacionarios.

Figura 1-47: Mühlbachtalbrücke, anclaje de los tendones de pretensado en la primera etapa.

1.8.2.

Shepherds House Bridge, Inglaterra El Shepherds House Bridge es el primer puente lanzado incrementalmente construido en Inglaterra. Esta

estructura de autopista atraviesa cuatro vías de ferrocarril en Sonning Cutting, cerca de Reading, a 30 millas (40 km) al oeste de Londres. La estructura contrasta abruptamente con una estructura en arco de albañilería existente construida en 1838 pro Brunel, un ingeniero inglés famoso. La estructura anterior consiste de tres arcos de albañilería circulares soportados sobre pilares de albañilería elevados con los estribos cimentados en los lados del corte. Un esquema general mostrando el puente anterior, las vías de ferrocarril, y el alineamiento del nuevo puente se presenta en la Figura 1-49. En 1971 el estribo norte se asentó y el puente anterior (existente antes del nuevo) fue cerrado temporalmente por reparaciones. En marzo de 1972, debido a la esperanza de vida de la estructura anterior estuvo en cuestión y ya que no cumplió con los estándares vigentes de carreteras a esa fecha, el Ministerio de Transportes dio instrucciones a los ingenieros consultores, Bullen and Partners, para preparar un estudio para determinar el tipo y

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Puentes por Lanzamiento Incremental

construcción para una nueva estructura. El nuevo puente proporciona una dualidad con el camino existente, y el puente existente o anterior sería reemplazado por una estructura paralela.

Figura 1-48: Mühlbachtalbrücke, anclaje de los tendones de pretensado en la segunda etapa.

Figura 1-49: Shepherds House Bridge, esquema general. Ya que el British Rail estuvo ocupado en un mantenimiento extenso y actualización de las rutas antes de la introducción de trenes de alta velocidad, hubo limitaciones severas sobre la posesión de las rutas. Además, se dictaminó que los pilares entre las rutas fueran evitadas y que las cimentaciones en la pendiente norte del corte no

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Puentes por Lanzamiento Incremental

perturben las cimentaciones del estribo del puente anterior. El área de trabajo de construcción se restringió debido a que el tráfico se mantuvo sobre una calle residencial en un extremo y una carretera troncal en el otro extremo. Las condiciones del suelo requirieron que cualquier condición temporal que cargaría o perturbaría las pendientes fuese evitada, de esta forma se requirió cimentación por pilotes con los cabezales de pilotes en la superficie para evitar la excavación masiva en las pendientes. Los consultores inicialmente estudiaron cinco posibles esquemas para la construcción de un puente. Los esquemas usando la construcción de vaceado en sitio sobre falso puente tuvieron que ser rechazados tempranamente. Un esquema de lanzamiento incremental fue recomendado, incluso aunque no hubo datos de costos precisos en el Reino Unido. Los consultores concluyeron que este esquema, aunque de longitud más corta que el acostumbrado para este tipo de construcción, resolvería los problemas de restricción del espacio de trabajo e interferencia con las calles residenciales y requeriría menos tiempo de actividad de la ruta. La elevación oeste del puente es mostrada en la Figura 1-50. Las longitudes de los tramos, determinados por la ubicación de las rutas, son de 75.5 pies (23 m), 121.4 pies (37 m), y 82 pies (25 m). El puente está fijo en el estribo sur con una junta de expansión en el estribo norte. El lecho de vaceado para la producción de los segmentos de 35.5 pies (9.6 m) fueron localizados en la parte posterior del estribo sur. El estribo sur fue localizado para proporcionar un espacio de trabajo máximo para el lecho de vaceado y para limpiar un gran número de cables de comunicación de la Oficina Postal. Los pilares interiores b y c fueron diseñados para mantener las fuerzas de fricción ejercidas durante las operaciones de lanzamiento. Además, el pilar c, situado cerca de las rutas del ferrocarril, estuvo sujeta al daño o demolición completa ante el evento de un descarrilamiento. Por lo tanto, la superestructura fue diseñada para mantenerse en pie ante la remoción del pilar c por un accidente. Seis no tensados pero anclados tendones Macalloy en ciertos segmentos fueron agregados con el fin de impedir el colapso final sin ninguna carga viva sobre el puente y la remoción del pilar c. Normalmente, en este tipo de construcción, el lecho de vaceado es de la longitud suficiente para acomodar al menos dos y algunas veces tres longitudes de segmentos, de tal forma que el ala inferior puede vacearse de forma separada antes que las almas y el ala superior. En este proyecto, con el espacio restringido para el lecho de vaceado, se decidió vacear un segmento completo en un colado u hormigonado. Un máximo de tres semanas se permitió para la construcción y lanzamiento de un segmento. Este tiempo fue luego reducido a dos semanas excepto para aquellos segmentos con un diafragma. Una sección transversal típica del segmento girder tipo cajón es mostrado en la Figura 151. La secuencia del lanzamiento es mostrado en la Figura 1-52. La armadura de la nariz de lanzamiento de acero fue primero erigida usando un soporte intermedio temporal. El primer segmento fue vaceado contra la nariz de lanzamiento y postensionado por barras Macalloy, algunos de los cuales fueron usados para conectar la nariz de lanzamiento al primer segmento. La nariz de lanzamiento, en posición, antes del lanzamiento del primer segmento es mostrado en la Figura 1-53. Luego que el primer segmento fue lanzado hacia adelante, el siguiente segmento fue vaceado y postensionado al segmento previo. Este procedimiento fue repetido hasta que el puente completado fue lanzado hasta el estribo norte. La nariz de lanzamiento pasando sobre el pilar c es mostrado en la Figura 1-54. El arribo de la nariz de lanzamiento al pilar b es mostrado en la Figura 1-55. La nariz de lanzamiento fue removida luego que la superestructura de concreto arribó al pilar b, Figura 1-56.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-50: Shepherds House Bridge, elevación oeste.

Figura 1-51: Shepherds House Bridge, sección transversal del girder.

Figura 1-52: Shepherds House Bridge, secuencia de lanzamiento incremental.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-53: Shepherds House Bridge, nariz de lanzamiento en posición previa al lanzamiento.

Figura 1-54: Shepherds House Bridge, nariz de lanzamiento pasando sobre el pilar c.

Figura 1-55: Shepherds House Bridge, nariz de lanzamiento en el pilar b.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-56: Shepherds House Bridge, superestructura lanzada hasta el pilar b y nariz de lanzamiento removida.

Figura 1-57: Shepherds House Bridge, segmento siendo lanzado desde el encofrado. La superestructura fue lanzada sobre asientos de apoyo temporales, los cuales consistieron de pads de concreto de alto grado con una placa de acero inoxidable de 1/32 plg (1 mm) de espesor, sujetos y tensionados a través de la superficie superior. Asientos de apoyo laterales de guía fueron también proporcionados para mantener la superestructura en línea. Al completar el lanzamiento la superestructura fue gateada en una secuencia predeterminada y los asientos de apoyo temporales fueron reemplazados con asientos de apoyo permanentes. La fuerza de gateo para el lanzamiento fue proporcionada por dos jacks jalando un set de nueve cables de 0.6 plg (15 mm) pasando por debajo del lecho de vaceado y anclados a la parte frontal del estribo. La carga fue aplicada a un bracket fabricado asegurado a la parte posterior del segmento por tornillos enganchando o uniendo con los

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Puentes por Lanzamiento Incremental

extremos proyectados de los tendones de barra Macalloy en las alas superior e inferior del segmento. Figura 1-57. Los dos jacks fueron operados en tandem por una sola bomba. Este sistema requirió de 30 segundos para el gateado y 30 segundos para retracción para cada carrera de 10 plg (254 mm).

1.9.

Diseño de Puentes Lanzados Incrementalmente

1.9.1.

Requerimientos del Alineamiento del Puente El diseñador debe recordar siempre que con la finalidad de construir puentes lanzados incrementalmente, el

alineamiento horizontal y vertical deberás ser ya sea recto o curvado en forma constante o torcido. Esto no es generalmente el caso, cuando los planeadores de caminos no son constructores de puentes. Como una cuestión de hecho, es el sofito del tablero del puente que tiene que ser rediseñado con un radio constante o curvatura; el voladizo transversal del ala del tablero puede ser variado para acomodar posibles desviaciones pequeñas.

1.9.2.

Tipo, Forma y Dimensiones de la Superestructura El método de construcción requiere una sección transversal con un peralte constante, ya que el diseñador

debe asegurar la resistencia de la superestructura, bajo su propio peso, en todas las secciones cuando proceda el lanzamiento. Las consideraciones económicas dictan un momento de inercia constante. Dos tipos de sección transversal han sido usados a la fecha: el girder tipo cajón y la doble T. El girder tipo cajón proporciona una mejor rigidez y resistencia a la torsión y al mismo tiempo una colocación más fácil de los tendones de pretensado en la sección transversal. El peralte del cajón es generalmente un doceavo a un dieciseisavo de la longitud del tramo más largo, el primer valor se aplica a los más largos y el segundo a los tramos más pequeños. La Tabla 1-1 y 1-2 resumen las características de varios puentes lanzados incrementalmente. Las dimensiones para las secciones transversales presentadas en la sección 2.5.4 del curso “Cálculo y Diseño de Puentes por Voladizos Balanceados” se mantienen válidos para los espesores del alma, pero los espesores del ala superior y del ala inferior pueden incrementarse, dependiendo del tipo de disposición del pretensado adoptado (ver Sección 1.9.4).

1.9.3.

Arreglo del Tramo y Principio Relacionado a la Construcción El requerimiento de peralte constante limita el uso económico de este método de construcción a tramos no

mayores que 160 hasta 200 pies (50 hasta 60 m). Es ventajoso si todos los tramos son iguales en longitud. Sin embargo, tramos mucho más largos han sido construidos utilizando técnicas especiales en conjunto con los principios básicos del lanzamiento incremental. Una construcción de tres tramos puede ser lanzada desde ambos lados. De esta manera el tramo central puede ser el doble de la longitud de los tramos de borde sin incrementar el esfuerzo en el tablero. La configuración del tramo entonces se convierte:

(ver Figura 1-58). El Champigny Bridge cerca de París fue la primera estructura

de este tipo. Puentes más largos son a menudo lanzados desde un solo lado (la longitud registrada es que el Olifant’s River Bridge en Sudáfrica, es mayo que 3300 pies). Dispositivos auxiliares temporales son usados para reducir los momentos flectores en la parte frontal del tablero (nariz de lanzamiento o torres con cables atirantados) como se indicó previamente en algunos ejemplos descritos en este capítulo.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Tabla 1-1: Características de puentes lanzados incrementalmente (primera parte).

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Tabla 1-2: Características de puentes lanzados incrementalmente (segunda parte). Cuando los tramos se vuelven demasiado largos, pilares temporales auxiliares son usados. Esto se realizó para el primer puente sobre el Río Caroni en Venezuela. La longitud de tramo registrada se obtuvo para una estructura sobre el Río Danuvio diseñado por el Prof. Leonhardt, el creador del método, Figura 1-59. El costo de los pilares temporales depende en gran medida de las condiciones de la cimentación; esto puede ser prohibitivo si la altura del pilar es mayor que 100 pies (30 m) y las condiciones del suelo requieren de pilotaje profundo. Para puentes muy largos, juntas de expansión intermedias son necesarias, lo mismo como para los puentes en voladizos. Las juntas de expansión son fijadas temporalmente por pretensado durante el lanzamiento y son liberadas al finalizar la construcción para permitir la expansión termal en la estructura durante el servicio. Una variación muy ingeniosa de este tipo fue desarrollada para el Basra Bridge en Iraq, donde un tramo tipo columpio fue lanzado junto con los tramos de acceso como una sola unidad y luego arreglada para servir a su propósito como un puente movible sobre el canal de navegación, Figura 1-60.

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Puentes por Lanzamiento Incremental

Figura 1-58: Puente de tres tramos lanzado incrementalmente de forma simétrica.

Figura 1-59: Puente sobre el río Danuvio, Austria.

1.9.4.

Diseño de los Miembros Longitudinales por Flexión y Perfil del Tendón Durante el lanzamiento, la superestructura está sometida a momentos flectores continuamente alternantes,

de modo que cualquier sección está sometida a una variación continua de momentos flectores, tanto positivos como negativos, como se muestra en la Figura 1-61 y 1-62. Estos momentos flectores se balancean por pretensado axial uniforme interno.

Cálculo y Diseño de Puentes por Tableros Empujados

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Puentes por Lanzamiento Incremental

En el estado final, se requieren tendones adicionales para suplementar el pretensado axial uniforme con la finalidad de transportar las cargas de servicio. Soluciones convencionales son aplicadas a este problema, y en la presente discusión sólo necesitamos ampliar del problema específico del pretensado axial. Para este pretensado, los tendones están dispuestos de tal forma que los esfuerzos de compresión son los mismos sobre el área total de la sección transversal. Los tendones requeridos son colocados en las alas superior e inferior de la sección tipo cajón. Ellos son generalmente rectos, tensionados antes del lanzamiento, así acopladores son necesarios en cada junta entre segmentos sucesivos.

Figura 1-60: Basra Bridge, Iraq.

Figura 1-61: Momentos negativos críticos durante el lanzamiento con nariz. ⁄ para Multiplicador: .

Cálculo y Diseño de Puentes por Tableros Empujados

⁄

(

41

)[

(

)].

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Figura 1-62: Momentos positivos críticos durante el lanzamiento con nariz. ⁄ para Multiplicador: .

⁄

(

)[

].

La longitud del segmento puede variar desde 50 pies (15 m) hasta 100 pies (30 m). Como se pudiera notar en el método de construcción progresivo (no tocado en este curso), hay limitaciones para que la capacidad del tablero transporte o resista su propio peso durante el lanzamiento cuando la parte frontal está en voladizo más allá de un típico pilar. Para mantener los momentos flectores y esfuerzos dentro de valores permitidos, es generalmente necesario utilizar una nariz de lanzamiento, un miembro de acero ligero colocado en la parte frontal de la estructura de concreto para permitir el soporte desde el siguiente pilar, más que lanzar el tablero de concreto todo el camino sin ningún soporte. Valores numéricos son dados en las Figura 1-61 y 1-62 para los momentos máximos críticos positivos y negativos durante el lanzamiento. Asumiendo que el peso unitario de la nariz de lanzamiento es el 10% del peso del tablero de concreto (un valor algo menor que el promedio), los momentos críticos son como siguen para varias longitudes de la nariz de lanzamiento:

El factor del Momento es

⁄

, donde

es el peso del concreto por unidad de longitud y

longitud del tramo.

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42

es la

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Tecnológicamente, el pretensado axial uniforme puede ser instalado en la superestructura en varias formas diferentes: 1.

Tendones rectos corriendo a través del ala superior e inferior de cada segmento, unidos por

acopladores en las juntas de los segmentos. 2.

Tendones rectos corriendo a través de las alas superior e inferior, anclados en bloqueadores al

interior del girder tipo cajón, Figura 1-63. 3.

Tendones curvos temporales pueden usarse para balancear los tendones de continuidad final

durante la construcción. Estos tendones están al exterior de la sección de concreto entre los soportes, Figura 1-64. Este método ha sido usado por varios proyectos grandes. La Figura 1-65 muestra el Sathorn Bridge en Bangkok, Tailandia, con los tendones temporales instalados sobre el tablero de concreto con caballetes (saddles) de desviación de acero en las juntas intermedias.

Figura 1-63: Tendones pretensado doblados.

Figura 1-64: Sistema de pretensado temporal externo. Las tres soluciones mencionadas tienen sus méritos y desventajas: 1.

La primera solución puede requerir un engrosamiento local de las de concreto para colocar los

acopladores. Sin embargo, se prefiere a menudo incrementar el espesor de las alas sobre la longitud total del puente para simplificar el vaceado de los segmentos. Los tendones de pretensado axiales son permanentes y no pueden ser removidos. Ellos deben estar incorporados en la disposición del pretensado final. Las juntas entre los segmentos tienen que ser cuidadosamente diseñados, debido a la presencia de acopladores y aberturas de concreto que pueden de manera significativa debilitar la sección. 2.

La principal ventaja de la segunda solución está relacionada a la remoción y reúso de estos tendones

no requeridos en la disposición final del pretensado. Sin embargo, el costo y dificultad de proporcionar un

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gran número de bloqueadores compensan una parte significativa de la ventaja de remover los tendones temporales. Con la finalidad de obtener una resistencia significativa al corte desde las almas, particularmente durante el lanzamiento con esfuerzos de corte y flexión alternantes, la configuración de la sección tipo cajón y ubicación de los blisters superiores e inferiores debe ser cuidadosamente considerada. Este problema, como se mencionó en el curso sobre Puentes por Voladizos Balanceados, presenta dificultades potenciales. Una solución satisfactoria se muestra en la Figura 1-66, donde los blisters superiores e inferiores no están en el mismo plano vertical. Una cantidad suficiente de pretensado vertical asegurará la resistencia de las almas contra el corte durante todas las etapas de construcción. 3.

La tercera solución es teóricamente satisfactoria, permitiendo que el pretensado permanente sea

diseñado sólo para actuar en contra de los efectos no deseados de la anterior durante la inversión de momentos creados por las etapas sucesivas de lanzamiento. En la práctica, la instalación de los tendones pasando desde la parte interior a la exterior de la sección tipo cajón no es particularmente simple. Deberá hacerse un intento para reusar estos tendones temporales para reducir la inversión en materiales no productivos.

Figura 1-65: Sathorn Bridge, Tailandia.

Figura 1-66: Tendones de pretensado doblados compensados. Un análisis comparativo, entre los primeros dos métodos de pretensado temporal, se ha realizado para un puente típico para vías de ferrocarril. La solución 2 requiere 19% más de refuerzo convencional que la solución 1 debido

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a los muchos blisters y disposición más elaborada del tendón. El costo total de los materiales (concreto pretensado y refuerzo) es 9% más elevado para la solución 2 que para la solución 1. Estos resultados pueden ser significativamente diferentes para puentes carreteros, donde la relación entre la carga del girder y la carga superimpuesta y las cargas vivas es muy diferente.

1.9.5.

Área de Vaceado y Métodos de Lanzamiento El área de vaceado está ubicado detrás de un estribo y tiene una longitud generalmente igual a aquel de dos

o tres segmentos. Hay dos métodos diferentes de lanzamiento: 1.

La fuerza de lanzamiento es transmitida desde los jacks en los asientos de apoyo en contra de la cara

del estribo hasta el puente empujando los tendones o bielas de acero anclados en el sofito del puente. 2.

Un dispositivo de lanzamiento consistente de jacks horizontal y vertical es colocado sobre el estribo.

El jack vertical descansa sobre una superficie de deslizamiento y tiene un elemento especial de agarre de fricción en la parte superior. El jack vertical levanta la superestructura para el lanzamiento, y los jacks horizontales lo empujan horizontalmente. El diseñador deberá estar consciente de lo siguiente: El primer método de lanzamiento aplica elevadas fuerzas locales al sofito de concreto donde el dispositivo de tracción o de “jalado” está anclado. Debe hacerse el diseño cuidadoso del refuerzo pasivo en un área ya pretensado densamente. El segundo método de lanzamiento requiere suficiente reacción vertical en el jack vertical. Esto podría ser crítico en el extremo de lanzamiento, cuando la fuerza de lanzamiento requerida alcanza su máximo con una reacción vertical pequeña correspondiente. Un control de la geometría muy preciso es requerido durante el lanzamiento. La posibilidad de asentamientos en la cimentación deberá ser considerada en el diseño. Cual sea el método de lanzamiento que se use, luego de finalizar el procedimiento de lanzamiento, el tablero debe ser elevado sucesivamente en cada pilar de modo que los asientos de apoyo permanentes puedan ser instalados. Esta fase también demanda un cuidadoso análisis.

1.9.6.

Nariz de Lanzamiento (Launching Nose) y Cables Atirantados (Stays) Temporales Los momentos en el voladizo grandes que ocurren en la parte frontal de la superestructura que está siendo

lanzada de pilar a pilar inevitablemente demandan disposiciones especiales para mantener los esfuerzos a flexión y el pretensado temporal dentro de límites aceptables permisibles y económicos. Dos métodos han sido usados juntos y separadamente, como se mencionó previamente: Nariz de Lanzamiento: Un miembro de acero realizado ya sea de girders de placas o de armaduras es pretensado temporalmente en el diafragma extremo del puente de concreto, el cual es la sección frontal del tablero durante el lanzamiento. Torre y Cables Atirantados: Este método también se usa en la construcción progresiva segmental. Su aplicación al lanzamiento incremental, sin embargo, necesita un enfoque especial, debido a que la posición relativa de la torre y los cables atirantados cambian constantemente con respecto a los pilares permanentes.

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La ventaja de la nariz de lanzamiento para reducir los momentos del voladizo en la superestructura de concreto ha sido discutida en la Sección 1.9.4. Es importante no sólo seleccionar las dimensiones apropiadas de la nariz de lanzamiento sino también tomar en cuenta la flexibilidad real apropiada de la nariz de acero en comparación a aquel del tramo de concreto. Esta flexibilidad relativa puede ser caracterizada por el siguiente coeficiente adimensional:

donde

y

se refieren a los módulos del acero y del concreto, y

y

son los momentos de inercia de la

nariz de acero y de la superestructura de concreto. La Figura 1-67 presenta los resultados de un estudio analizando la variación del momento máximo del soporte en el tablero de concreto para diferentes etapas de lanzamiento con la rigidez relativa

. Esta cartilla confirma el hecho obvio que una nariz flexible tiene sólo una eficiencia limitada

reduciendo los momentos en el tablero de concreto. La siguiente tabla da las características de varias estructuras usando una nariz de lanzamiento y sirve como una referencia para investigaciones preliminares del método de lanzamiento óptimo.

Figura 1-67: Variación del momento máximo del soporte.

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Para tramos largos la nariz de lanzamiento no es necesariamente la óptima solución, mientras que los pilares temporales pueden ser caros. Un sistema de torre y cables atirantados ha sido satisfactoriamente usado ya sea sólo o en conjunto con una nariz de lanzamiento para reducir los momentos del voladizo en la parte frontal de la superestructura. Para permitir que el método sea efectivo en todas las etapas de lanzamiento, es necesario controlar constantemente la reacción en la torre aplicada al tablero de concreto. Cuando la torres está por encima de un pilar, es totalmente eficiente. Cuando el lanzamiento ha procedido para otra longitud de mitad de tramo, la torre y los cables atirantados producen momentos positivos adicionales a mitad del tramo, exactamente contrario al efecto deseado. Por esta razón la torre debe equiparse con jacks entre el tablero de concreto y las patas de la torre, y la reacción en la torre deberá ajustarse constantemente para optimizar los esfuerzos en la superestructura de concreto. La Figura 1-68 muestra un dispositivo siendo usado satisfactoriamente por primera vez en la construcción del Boivre Viaduct, cerca de Poitiers, Francia.

Figura 1-68: Boivre Viaduct, cerca de Poitiers, Francia.

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1.9.7.

Puentes por Lanzamiento Incremental

Pilares y Cimentaciones Las cargas aplicadas a los pilares y cimentaciones durante el procedimiento de lanzamiento incremental son

muy diferentes a aquellos que aparecen durante el servicio. La configuración estática de los pilares es también diferente. Durante la construcción, el puente se desliza sobre la parte superior de los pilares y la longitud de pandeo del pilar es mayor que aquel durante el servicio. La fuerza horizontal aplicada a la parte superior del pilar es también más elevada que durante el servicio, de esta forma se requiere un estudio de cerca de esta fase de construcción. Cargas Actuantes en los Pilares: Los varios sistemas de fuerzas horizontales que pueden actuar sobre los pilares dependen de lo siguiente: (01) Perfil longitudinal de la superestructura, (02) dirección de lanzamiento, y (03) coeficiente de fricción de los asientos de apoyo deslizables. Notación: =

ángulo de la superestructura del puente con respecto a la horizontal;

=

ángulo de fricción de los asientos de apoyo;

=

reacción total de la superestructura sobre el pilar: componentes vertical y horizontal componentes normal y tangencial

.

. y

y .

Figura 1-69: Reacciones en los pilares durante el lanzamiento. (a) lanzamiento hacia arriba, y (b) lanzamiento hacia abajo.

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,

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Las siguientes cuatro clases se considerarán (ver Figura 1-69): 1.

, lanzamiento hacia arriba: el deslizamiento inicia sobre los asientos de apoyo cuando la

inclinación de la reacción

con respecto a la vertical es: (

Para valores pequeños de

y : (

2.

)

)

, lanzamiento hacia abajo: el deslizamiento inicia cuando

. La fuerza horizontal

sobre los pilares actúan en la dirección opuesta a aquel del movimiento con un valor de: (

)

Para valores pequeños de los ángulos: ( Ya que

)

varía con las condiciones del entorno (limpieza de las placas en particular), el equipo de

lanzamiento y el pilar serán diseñados para

. El movimiento hacia abajo del puente es controlado

por una fuerza de gateo de restricción: (

)

(

Por las mismas razones mencionadas, el valor seguro de

3.

es igual a

.

, lanzamiento hacia arriba: como se mencionó arriba, la fuerza horizontal aplicada al pilar es: (

4.

)

)

, lanzamiento hacia abajo: en este caso la carga horizontal sobre el pilar es aplicada en la

dirección del movimiento con un valor de:

(

)

Debido a la posible variación en el ángulo de fricción, es seguro proporcionar un sistema de frenado para controlar el movimiento del puente.

Detallamiento del Cabezal del Pilar: Los cabezales de los pilares deben estar cuidadosamente detallados con la finalidad de proporcionar espacio para los dispositivos siguientes: (01) asientos de apoyo temporales de deslizamiento, (02) jacks verticales para elevar el puente luego del lanzamiento para instalar los asientos de apoyo permanentes, (03) Dispositivos de guía horizontal durante el lanzamiento, y (04) jacks de ajuste para corrección de los desplazamientos relativos entre los pilares y el tablero. Por otra parte, para reducir los momentos flectores en el pilar inducidos por el lanzamiento, los asientos de apoyo de deslizamiento o deslizables son a menudo excéntricos. Sin embargo, es posible reducir o balancear esta fuerza horizontal instalando ties (tirantes) anclados en el terreno. Si los pilares son muy elevados, la fuerza horizontal puede eliminarse usando equipo de gateo (jacking) directamente instalados sobre los pilares.

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1.10.

Puentes por Lanzamiento Incremental

Demolición de una Estructura por Lanzamiento Incremental Cerramos este capítulo con una inusual aplicación mostrando el potencial interesante del lanzamiento

incremental. Una estructura de paso a desnivel sobre la autopista A-1 al norte de París necesitó ser demolida para reemplazarla con otra estructura como parte de un programa de reubicación. El limitado espacio en la cabecera entre el sofito del puente existente y el diagrama del claro libre, junto con el tráfico considerable sobre la autopista mayor proporcionando acceso permanente desde París hasta el Aeropuerto Charles de Gaulle, hacen que todos los métodos convencionales de demolición extremadamente difícil e inadaptado. Un esquema muy simple fue el que se ideó por el cual el tablero fue lanzado lejos del tráfico sobre los terraplenes de aproximación o de acceso para ser convencionalmente demolida con comodidad. Las dimensiones del puente y el principio del método son mostrados en la Figura 1-70. La estructura de 900 toneladas cortas tuvo un ancho de 26 pies y los tramos siguientes: 46, 55, 55, y 46 pies. El refuerzo existente no proporcionó la resistencia necesaria para resistir la carga muerta de la superestructura durante el lanzamiento. Por tanto, una cola de lanzamiento posterior de 26 pies de largo fue instalada en el extremo opuesto a la dirección del lanzamiento, mientras tendones de post-tensionado exterior fueron colocados sobre el tablero para reforzar la estructura. El puente fue elevado sobre sus asientos de apoyo 7 plg para instalar los asientos de apoyo de deslizamiento y dispositivos de guía lateral en preparación para la operación. La operación total fue desarrollada en 5 ½ semanas como sigue: Diseño y preparación del contrato

2

Movilización y adquisición del equipo

2

Lanzamiento

1½

Total

5½

El tráfico fue interrumpido por sólo cuatro noches entre las 10:00 pm y 06:00 am. La operación resultó ser un completo éxito a pesar de su originalidad.

Figura 1-70: Puente sobre A-1, lanzamiento para fuera.

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