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REPARACIÓN DE PUENTES TIPO, CON CAMBIO DEL SISTEMA ESTÁTICO
Tomás A. del Carril
Ingeniero Civil [email protected]
RESUMEN
Se presenta el diseño y ejecución de la reparación de un puente tipo viga Gerber, de la DNV, que presentaba riesgo real de colapso. El trabajo se realizó en forma sencilla y económica, modificando la estructura original isostática en una viga continua, lográndose, no sólo evitar el amenazante colapso sino una mejora notable en la seguridad del puente por la incorporación de la redundancia estructural a través de elementos muy simples y de sencilla colocación.
Dado que se encuentran construidos muchos de estos puentes en el país y que la necesidad de repararlos ya se ha presentado en otras ocasiones y volverá a presentarse, resulta interesante describir la obra realizada con un éxito total comprobado luego de 5 años de encontrarse en operación el puente reparado.
Se concluye que en la reparación de puentes, el cambio del sistema estático original es una alternativa muy interesante que no siempre se tiene en cuenta, siendo la tendencia de los proyectistas, reparar la estructura original conservando sus características estáticas.
1 INTRODUCCION En el presente trabajo se describe el trabajo realizado para reparar dos puentes sobre el arroyo Ludueña, en la Autopista de circunvalación de la ciudad de Rosario, que se encontraban en situación próxima al colapso, con un procedimiento sencillo y de bajo costo, que permitió rehabilitar las estructuras en condiciones de seguridad superiores a las que tenían los puentes originales.
La reparación implicó una alteración en el esquema estático de la obra: de un puente isostático, viga tipo Gerber, se pasó a un puente con viga continua bloqueando las articulaciones durante la obra. El trabajo se realizó sobre dos puentes gemelos en ambos sentidos de circulación de la autopista.
2 OBJETIVOS La experiencia obtenida con la reparación de estos puentes, puede extrapolarse a varias obras similares existentes en el país, pues se trata de puentes que responden a planos tipo de la DNV, y que tienen, seguramente, los mismos defectos que presentaban los puentes sobre el Arroyo Ludueña.
La solución que había sido aplicada en otros casos similares, consistente en reforzar el sector de los apoyos tipo Gerber para asegurar la estabilidad de la obra, era imposible de aplicar en este caso por el escaso gálibo que presentaban los pasos inferiores. Sin embargo, dada la alta eficiencia de esta reparación, resulta conveniente exponerla a fin de que sea utilizada en otros puentes, en reemplazo de la solución aplicada anteriormente.
3 DESCRIPICIÓN DE LAS ESTRUCTURAS ORIGINALES Se trata de dos puentes paralelos para servir a las dos calzadas de la Avenida de Circunvalación de la ciudad de Rosario, en la Provincia de Santa Fe. El proyecto está fechado en Buenos Aires en octubre de 1951, de acuerdo al plano X-1036 de la Administración General de Vialidad (hoy DNV).
Ambos puentes están formados por vigas tipo Gerber de tres tramos: dos tramos extremos de 15 m y un tramo central de 20 m de luz. Las articulaciones se encuentran en los tramos extremos, a 5 m de los ejes las pilas (figura 1).
La superestructura está formada por una losa de hormigón armado soportada por 6 vigas longitudinales de altura variable en forma parabólica. En ancho de calzada es de 8m y cada puente tiene dos veredas de 3.10m de ancho total. Las vigas responden al plano tipo R-339 y las losas al plano tipo J-4916.
Las pilas tienen cuatro columnas circulares y fundación directa (Plano tipo H-3850) y los estribos con cerrados con muro de vuelta sobre fundación directa según plano X-1027.
AF AF
AFAF AMAM
20m 5m5m 10m10m
AF AF
AFAF AMAM
20m 5m5m 10m10m
Figura 1 – Esquema de las estructuras reparadas
El sistema de apoyos de cada puente comprende apoyos fijos en las articulaciones Gerber, constituidos por placas de plomo, sin hierros pasantes y rodillos de acero en los apoyos extremos sobre las vigas.
La planta de ambos puentes es recta para todos los fines prácticos ya que la calzada se encuentra sobre una curva circular de R=1250m.
4 ESTADO DE CONSERVACION DE LAS ESTRUCTURAS Los puentes se encontraban, en general, en buen estado, observándose sin embargo, deterioros localizados que podían llevar a comprometer la estabilidad en algunos casos.
Las filtraciones producidas en las juntas sobre las uniones Gerber, habían deteriorado el hormigón en estas juntas y consecuentemente se había producido la corrosión de los hierros de la articulación y la consecuente rotura del hormigón en la zona de los apoyos Gerber por la expansión del óxido de hierro de las armaduras corroídas. Las mismas filtraciones habían deteriorado fuertemente el recubrimiento del hormigón en la parte inferior de las vigas longitudinales, precisamente en la zona de las juntas Gerber.
En el puente II (descendente) y en el tramo norte, el apoyo se encontraba particularmente muy deteriorado, habiendo pasado de la situación ideal original que muestra la figura 2 a la derecha, a la comprometida situación que se observa a la izquierda de la misma figura.
Figura 2 – Estado original y deteriorado de las articulaciones
Dado el gran radio de curvatura de los hierros de 1” que arman ambas ménsulas cortas, las esquinas y recubrimientos se habían saltado y el tramo se encontraba caído unos 5 cm y se había desplazado también hacia el estribo otro tanto, como muestran las flechas de la figura.
Figura 3 – Estado de uno de los apoyos
La situación era realmente crítica, con el agravante de recibir permanentemente la acción de cargas con impacto por el desnivel en la calzada.
5 PROPUESTA DE REPARACIÓN La solución propuesta para estos puentes consistió, básicamente, en eliminar las juntas y apoyos de la viga Gerber, transformando la superestructura en una viga continua de tres tramos con luces 15+20+15.
AF AF
AMAM
20m 15m15m
AF AF
AMAM
20m 15m15m
Figura 4 – Esquema de la estructura reparada
Para esto se debía asegurar la continuidad de las armaduras inferiores y superiores de los voladizos y los tramos extremos; también se consideró necesario sanear el estado de los apoyos de rodillo que se ubicaban en los estribos mediante una limpieza profunda y su lubricación para restablecer su correcto funcionamiento.
La estructura una vez intervenida, respondería al esquema que se muestra en la figura 4.
6 ANALISIS ESTRUCTURAL La solución elegida consistía en transformar las estructuras isostáticas existentes en sendas estructuras hiperestáticas, agregando un suplemento a las armaduras superiores e inferiores en la zona de la articulación, a fin de lograr la continuidad de las vigas principales en correspondencia con las articulaciones de las vigas tipo Gerber.
Desde el punto de vista del cálculo, fue necesario obtener los esfuerzos para la nueva configuración estructural, el dimensionamiento de las armaduras de continuidad y la determinación de las fuerzas que se requiere aplicar en los gatos que permitirán retirar, reparar y reinstalar los aparatos de apoyo que existen en los estribos de los puentes.
Los esfuerzos en la superestructura resultaron de la suma de solicitaciones debidas a las cargas permanentes (peso propio y terminaciones) en el sistema estático original (viga Gerber, isostática), más las envolventes debidas a las sobrecargas actuando sobre la viga continua.
Para el cálculo de las cargas permanentes, se utilizaron las dimensiones que surgieron de los planos del puente existente.
Como sobrecargas de uso se consideró que los puentes reparados debían permitir la circulación del tren de cargas A-30 de acuerdo con las “Bases para el Cálculo de Puentes de Hormigón Armado” de la DNV, vigentes en el país.
La calidad del hormigón no resultaba un dato relevante puesto que las estructuras son dúctiles y su capacidad estaba controlada por la sección de la armadura. Las armaduras existentes se obtuvieron de los planos del puente.
Obtenidos los momentos flexores por sobrecargas, en correspondencia con las articulaciones de la viga Gerber, se dimensionaron las armaduras de continuidad a colocar en las caras superior e inferior de las vigas. La compresión se transmite, tanto para momentos negativos como positivos, mediante el llenado total del espacio que actualmente deja la junta en la articulación de la viga Gerber.
Las figuras de la página siguiente, se muestran los momentos debidos a las cargas permanentes en el esquema isostático original y las envolventes de momentos debidos a sobrecargas obtenidas en el sistema hiperestático del puente reparado.
Momentos Máximos en Tramo 2
Por Sobrecargas
en el sistema hiperestático final
Momentos Máximos en Tramo 1
Por Sobrecargas
en el sistema hiperestático final
Momentos en Puente Vacío
en el sistema isostático original
x
M
(kNm)
Envolventes de Momentos en la estructura final
Figura 5 – Diagramas de Momentos en la estructura reparada
Como se deduce de las envolventes, los momentos de signo cambiante que se producen en la zona de las articulaciones Gerber, son pequeños. Esto permite, con el agregado de algunas armaduras de continuidad entre las armaduras existentes superiores e inferiores y el llenado completo de las juntas, tomar estos esfuerzos con la seguridad requerida.
Incluso, el trabajo de descubrir las armaduras (sobre todo las inferiores) de las vigas en la zona de las articulaciones originales, debía realizarse de todas maneras puesto que se encontraban con un franco proceso de corrosión con recubrimientos saltados en varios lugares.
Figura 6 – Armadura expuesta en la zona de las articulaciones
7 PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO Dado el estado de las estructuras, el hecho de tener que mantener en la mayor medida de lo posible la circulación del tránsito y proceder a las modificaciones sin afectar la seguridad de las obras, el procedimiento constructivo debió ajustarse a la secuencia que se indica esquemáticamente a continuación,
1. Ejecutar las cuatro perforaciones de 35mm de diámetro, en cada tramo de viga transversal y montaje barras de acero, de 32mm de diámetro, tipo Diwydag con anclajes roscados en sus extremos en cada una de las perforaciones anteriores. Esta tarea sólo se ejecutó en la junta norte de la calzada descendente donde se corría riesgo de colapso.
2. Limpieza completa de la junta, en todo el espesor del tablero, incluyendo el plano horizontal donde se ubican los apoyos, con hidrolavado.
3. Descubrir las barras superiores e inferiores de las 6 vigas principales, demoliendo el pavimento y el recubrimiento de hormigón, en una longitud de 1m para cada lado de la junta Gerber y soldar las armaduras de continuidad.
4. Llenar todo el espacio entre los tableros, que se encuentra en la junta Gerber, con un mortero fluido de cemento y arena en proporciones 1:2 en peso.
5. Completar los recubrimientos de las armaduras superiores e inferiores de continuidad, agregando un sobre espesor al hormigón, con mortero para reparación de hormigones.
6. Reconstruir la carpeta de rodamiento.
8 CONCLUSIONES Se ha demostrado que es conveniente explorar posibilidades que impliquen alterar el esquema estructural de la obra a reparar o rehabilitar.
El puente existente en 2003, presentaba serio riesgo de colapso frágil, por tratarse de una estructura isostática. Esto pudo haber sido un accidente gravísimo.
Figura 7 – Uno de los puentes en 2003. La estructura es isostática
La existencia de los caminos de sirga, impidió que se aplicaran soluciones que ya se habían usado en puentes similares, consistentes en ejecutar una ménsula adicional en la parte inferior de los voladizos para soportar los tramos isostáticos extremos. Fue necesario analizar una nueva solución que consistió en convertir a los puentes en estructuras hiperestáticas.
Figura 8 – Vista General de uno de los puentes reparado. La estructura es
hiperestática
La reparación realizada fue sumamente sencilla, pudo ejecutarse por mitades produciendo las mínimas interrupciones al tránsito posibles y el resultado es una estructura que, por tener redundancia estructural, presenta mayor confiabilidad.
Los puentes, cuyos planos originales están fechados en 1951, habían sido construidos en la década del ´60, están en servicio desde 2005 y presentan un correcto comportamiento.
