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TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
ACCIONA Infraestructuras, S.A. Director del Departamento de Estructuras Metálicas [email protected]
Ricardo Llago Acero
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
ÍNDICE.
• EVOLUCIÓN DE LOS PUENTES METÁLICOS.
• ACEROS DE CONSTRUCCIÓN.
• MÉTODOS DE UNIÓN.
• ANÁLISIS DEL FENÓMENO RESISTENTE.
• EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LAS SECCIONES.
• EVOLUCIÓN DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES.
• MEJORA DE LOS ASPECTOS RESISTENTES.
• FABRICACIÓN EN TALLER.
• PROCESO CONSTRUCTIVO: CONCEPTOS GENERALES.
• PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PUENTES.
• MONTAJE CON GRÚAS.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• MONTAJE POR AVANCE EN VOLADIZO.
• MONTAJE POR IZADO.
• MONTAJE POR EMPUJE DEL TABLERO.
• MONTAJE POR TRASLACIÓN HORIZONTAL (RIPADO).
• MONTAJE POR GIRO.
• OTROS MÉTODOS: ABATIMIENTO.
• OTROS MÉTODOS: FLOTACIÓN.
• HORMIGONADO DE LA LOSA: SISTEMAS DE ENCOFRADO.
• HORMIGONADO DE LA LOSA: SOLUCIONES PREFABRICADAS.
• CONCLUSIONES.
Puente Coalbrookdale (1779) Luz: 30,65 m
Fundición de hierro Uniones propias de carpintería
Puente Ting Kau (1998) Luces: 127 + 448 + 475 + 127 m
Mixto acero – hormigón Uniones soldadas y atornilladas
EVOLUCIÓN DE LOS PUENTES METÁLICOS.
AVANCES:
• MATERIAL • UNIONES • TIPOLOGÍAS • ANÁLISIS • FABRICACIÓN • CONSTRUCCIÓN
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
ACEROS DE CONSTRUCCIÓN.
• Aparición del acero como producto de construcción. • Aceros estructurales: aceros al carbono y autopatinables. • Acero inoxidable. • Aceros termomecánicos de altas capacidades mecánicas, mejora de soldabilidad y tenacidad a la
fractura.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MÉTODOS DE UNIÓN.
Puente Coalbrookdale (1779)
• Incorporación de los procesos de soldadura por arco eléctrico. • Desarrollo de las uniones atornilladas pretensadas. • Sistemas de conexión de la losa en estructuras mixtas (pernos
tipo «stud»). • Diseño correcto de detalles y control de su ejecución.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
ANÁLISIS DEL FENÓMENO RESISTENTE.
• Evolución de los métodos de análisis estructural. • Aparición de la Teoría de los Estados Límites: ELS y ELU. • Codificación de los valores aplicables de las acciones. • Desarrollo normativo. • Gran variedad de software disponible.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
EVALUACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LAS SECCIONES.
• Capacidad última de secciones: métodos elastoplásticos. • Capacidad postcrítica de las almas. • Estabilidad de chapas esbeltas comprimidas. • Formulación de la capacidad de la sección frente a «patch – loading». • Evaluación de la capacidad frente a pandeo lateral. • Secciones híbridas.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
EVOLUCIÓN DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES.
• Evolución de la sección transversal: aspectos económicos y técnicos. • Mejor conocimiento de los fenómenos de torsión, comportamiento
de las almas, etc. • Empleo de la sección en cajón. • Simplificación de detalles y eliminación de rigidizadores.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MEJORA DE LOS ASPECTOS RESISTENTES.
• Control de la fisuración en apoyos internos de tableros continuos mediante armadura pasiva. • Desarrollo de la «doble acción mixta». • Incorporación de los rigidizadores de sección cerrada. • Empleo de las células de esquina: compacidad de los paneles de chapa del alma.
FABRICACIÓN EN TALLER.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Industrialización de los procesos de producción. • Automatización, medios de producción humanos y técnicos. • Implantación de los sistemas de calidad.
PROCESO CONSTRUCTIVO: CONCEPTOS GENERALES.
• Ningún puente puede concebirse sin saber cómo se construirá. • Influencia del proceso constructivo en el diseño. • Claro entendimiento estructural de la obra. • Puente mixto: el proceso constructivo forma parte de su esencia. • Influencias externas: sociales, medioambientales, seguridad y calidad. • Influencias internas:
• Comportamiento estructural en fases intermedias. • Logística. • Tolerancias, efectos térmicos, sismo, viento, etc. • Plazo y coste de la solución. • Medios disponibles.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
PROCESOS CONSTRUCTIVOS DE PUENTES.
• Existencia de múltiples métodos: función de los condicionantes y de la imaginación del constructor. • Manipulación de elementos con dimensiones menores a la final: prefabricación, ejecución «in situ»,
etc. • Recomendables aquellas soluciones que no se alejen del comportamiento definitivo de la
estructura. • Procesos más habituales:
• Montaje con grúas (en suelo o flotantes). • Montaje por avance en voladizo. • Montaje por izado. • Montaje por empuje del tablero. • Montaje por traslación horizontal (ripado). • Montaje por giro. • Otros métodos.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE CON GRÚAS.
• Existencia de grúas con importantes capacidades de elevación.
• Disponibilidad de grúas en el mercado. • Preparación de accesos y terreno. • Montaje sencillo con buenos accesos. • Pilas de baja altura. • En combinación con apeos para luces importantes. • Grúas marítimas y fluviales.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE CON GRÚAS: AVANCE SUCESIVO.
• Grúas situadas sobre el terreno. • Pilas de alturas pilas reducidas (no
mayores de 15 metros). • Buenos accesos a las pilas. • Posible empleo de torres de apeo
provisionales. • Montaje sucesivo de dovelas
desde uno de los estribos. Importancia de los efectos térmicos.
• Luces en el entorno de 30 a 40 metros.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE CON GRÚAS: IZADO DE TRAMOS.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Empleo de grúas coordinadas en la maniobra de izado.
• Uso de elementos de apeo temporales. • Estudio detallado de los movimientos de
las grúas.
MONTAJE POR AVANCE EN VOLADIZO: CARROS DE AVANCE.
• Montaje en voladizo de la estructura (presencia de obstáculos importantes). • Importantes exigencias tenso – deformacionales (empleo de torres de atirantamiento). • Carro posicionador: traslación de la dovela al frente desde el punto de elevación. • Carro elevador: elevación desde medios terrestres o flotantes.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE POR AVANCE EN VOLADIZO: VOLADIZOS COMPENSADOS.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Montaje en voladizo simétrico a partir de una pila. • Necesidad de empotramiento de la estructura en la pila para absorber descompensaciones. • Efecto del trazado en planta (torsión y flexión en pilas). • Montaje propio de los grandes puentes atirantados (efecto del viento). • Esquema resistente diferente del final.
MONTAJE POR AVANCE EN VOLADIZO: VOLADIZOS TRIANGULADOS.
Viaducto de Garabit (1881-1884)
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Montaje empleado en la construcción actual de puentes arco de tablero superior.
• Empleado frecuentemente en el caso de puentes arco de hormigón.
• Atirantamiento a través del tablero. • Regulación del sistema de diagonales en el
caso de empleo de cables. • Sistemas de elevación de las dovelas. • Operación de cierre en clave.
MONTAJE POR AVANCE EN VOLADIZO: VOLADIZOS TRIANGULADOS.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Recuperación de la tipología del puente arco.
• Caso de vanos de acceso de gran longitud: empleo de cordón superior auxiliar.
• Control del proceso de montaje.
MONTAJE POR IZADO.
• Empleo de gatos de pretensado modificados.
• Opciones con cabrestantes: mayor velocidad y menor capacidad.
• Capacidades de elevación importantes.
• Velocidades en el entorno de 5 a 8 m/hora.
• Izado en vertical desde el suelo o medios flotantes.
• Elevación desde la propia estructura o desde pórticos o torres auxiliares.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE POR IZADO.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Izado de la estructura o parte de la misma desde la vertical a su posición definitiva. • Flotación de secciones transversales en cajón hasta la posición de izado. • Condicionantes: viento, sincronización, desequilibrio de cargas, etc.
MONTAJE POR IZADO: PUENTES COLGANTES.
• Transporte marítimo o fluvial de los elementos del tablero.
• Izado desde pórticos dispuestos en los cables principales.
• Empleo de cabrestantes sincronizados.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE POR EMPUJE DEL TABLERO.
• Sistema desarrollado en el siglo XIX para el montaje de grandes puentes de ferrocarril.
• Empleado por ingenieros suizos, franceses y belgas, con luces superiores a los 60 metros.
• Técnica puesta a punto por empresas como Eiffel, Cail y Fives-Lille, con ingenieros como Eiffel, Seyring y Nördling.
• Empleo de rodillos y elevados rozamientos. • Desarrollo por Eiffel de sistemas de apoyo
articulados. • Empleo de nariz de empuje (acero o madera).
Viaducto de la Bouble (1870)
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE POR EMPUJE: ANTECEDENTES MODERNOS.
• Puente sobre el río Anger (1959). • W. Baur y F. Leonhardt. • Dovelas desplazadas sobre cimbra de madera.
Río Caroní (1963)
• Puente sobre el río Caroní (1963). • W. Baur y F. Leonhardt. • Empleo de pilas auxiliares. • Patente del sistema.
Río Anger (1959)
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Actividades localizadas, seguridad y menor impacto ambiental. • Condicionantes geométricos y tipológicos. • Solicitaciones estructurales y deformaciones. • Parques de empuje: diferencia con puentes de hormigón.
MONTAJE POR EMPUJE: GENERALIDADES.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Sistemas por rozamiento: limitaciones. • Sistemas con carril y grapa. • Gatos de pretensado y gatos con barra de
alta resistencia. • Sistema de barra taladrada y cerrojos
hidráulicos.
EMPUJE DEL TABLERO: SISTEMAS DE EMPUJE.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Necesidad de la nariz de empuje. • Tipología empleada, pesos y longitudes en puentes
metálicos. • Sistema de recuperación de deformaciones (entrada
en pila).
EMPUJE DEL TABLERO: NARIZ DE EMPUJE.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
EMPUJE DEL TABLERO: TORRE DE ATIRANTAMIENTO.
• Necesidad de torre de atirantamiento. • Elemento complementario o sustitutivo de la nariz de empuje. • Tesado de los cables para el proceso. • Tipologías.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Apoyos fijos en subestructura o móviles (sistema de empuje). • Empleo de apoyos provisionales o definitivos modificados. • Espacio en pila para cambio de apoyos provisionales. • Longitud de reparto de las cargas («patch loading»). • Rozamiento: empleo de pastillas de neopreno – teflón (PTFE).
EMPUJE DEL TABLERO: APOYOS.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Necesidad de guiado transversal. • Pastillas de PTFE, rodillos, etc. • Acciones transversales: desalineación, diferencias de rozamiento, viento,
sismo, etc.
EMPUJE DEL TABLERO: GUÍAS LATERALES.
MONTAJE POR TRASLACIÓN HORIZONTAL (RIPADO).
• Variante lateral del sistema de empuje. • Empleado en la sustitución de puentes existentes (construcción paralela). • Posible no coincidencia de los apoyos de deslizamiento con los apoyos definitivos. • Apoyos de deslizamiento, necesidad de guiado, vías de deslizamiento, etc.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
MONTAJE POR GIRO.
• Construcción de la estructura o parte de ella girada respecto a la situación final.
• Maniobra compleja que exige importantes medios auxiliares. • Caso de voladizos equilibrados.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
OTROS METODOS: ABATIMIENTO.
• Empleado en la construcción de arcos. • Esquema estructural diferente al final. • Presencia de articulaciones
temporales. • Elementos de retenida. • Independencia de la topografía
existente.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
OTROS METODOS: FLOTACIÓN.
• Montaje de puentes completos o estructuras parciales. • Proceso de montaje empleado solo o en combinación con otros: izado, etc. • Empleado en ambientes marítimos o fluviales. • Importantes medios de navegación y necesidad de calado.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
OTROS METODOS: FLOTACIÓN.
• Proceso de carga: longitudinal o transversal (empuje o ripado). • Lastrado y deslastrado (estabilidad naval). • Navegación con remolcadores o mediante cabrestantes
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
HORMIGONADO DE LA LOSA: SOLUCIONES DE ENCOFRADO.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Empleo de carros de encofrado para el hormigonado. • Empleo de encofrado perdido (chapa grecada). • Efecto de la retirada del peso del encofrado en la sección mixta.
HORMIGONADO DE LA LOSA: SOLUCIONES PREFABRICADAS.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Prelosas colaborantes. • Rigidez y juntas. • Alojamiento de la conexión. • Sección completa en puentes atirantados
por proceso constructivo y ventajas (retracción y fluencia).
CONCLUSIONES.
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS
• Desarrollo importante de los puentes metálicos desde su origen. • Desarrollo basado en aspectos técnicos y tecnológicos. • Importante desarrollo teórico en el conocimiento de los puentes metálicos
y mixtos. • Necesidad de la consideración adecuada del proceso constructivo. • Múltiples procedimientos disponibles para la construcción. • Evolución en las soluciones de hormigonado de la losa (prefabricación).
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Cancún, 4 de Marzo de 2016
TÉCNICAS MODERNAS DE CONSTRUCCIÓN DE PUENTES METÁLICOS