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ENSANCHE Y REFUERZO DE PUENTES

Ing. Alberto Ponce Delgado Académico Correspondiente en Uruguay

El refuerzo de cualquier estructura puede requerirse por diferentes motivos: La edad de la construcción puede hacer que requiera reparaciones, por mala

conservación o por defectos iniciales de construcción, o bien porque estará sometida a mayores cargas que las previstas en el momento en que se proyectó, o por acción de sobrecargas no permitidas, etc.

Es decir que hay multiplicidad de razones para que se requiera reforzar una estructura. Aún se da frecuentemente el caso de que durante la construcción de una obra se cometa un error, o un accidente o aún sólo la duda de la buena calidad de lo construído.

Si a todo esto se agrega que cualquiera de esas circunstancias se pueden dar en particular en las fundaciones, o en los pilares, o en la superestructura se comprende la variedad de casos que puedan existir.

En particular en el caso de refuerzo de puentes además se plantea a veces la necesidad de mantener el tránsito dado que no haya posibilidad de hacer un by pass provisorio.

En algunos casos puede existir la necesidad de verificar si una parte de la estructura en construcción debe ser reforzada, pues se duda que las previsiones de proyecto sean suficientes. Y esa verificación puede obligar a hacer una prueba de carga, sobre una parte de la estructura, o sobre el total de la estructura terminada. En este último caso el ensayo verifica globalmente la obra en todas sus partes.

Somos partidarios de hacer siempre esos ensayos de carga global como manera de hacer una verificación total, aunque ella es la etapa crucial de toda construcción.

Y esta mi costumbre es evidentemente hereditaria como puede verse en esta fotografía N° 1 de 1915 de un bonito puente en arco, en donde se realizó un ensayo de carga con medios precarios como son las bolsas de arena.

Las 2 personas que se ven en primer plano son los dos ingenieros responsables de la obra y quizá responsables de que yo sea ingeniero y tenga hoy el honor de ser nombrado Académico Correspondiente en Uruguay. Son mi padre y mi tío que fué además el primer Decano de la Facultad de Ingeniería del Uruguay.

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El refuerzo de estructuras en general, requiere la verificación en primer lugar del estado y capacidad resistente de las fundaciones existentes. Y esto sucede no sólo en construcciones antiguas sino también durante la construcción de un puente.

Un caso interesante, aunque con consecuencias no agradables fué lo que sucedió en las fundaciones del puente sobre el Río Negro en la Ruta 2 de Uruguay.

Se trabajaba en una fundación directa con el método de campana de aire comprimido y se había llegado a la cota de fundación. No obstante había dudas sobre su capacidad, y se proponía reforzarla por medio de un importante número de pilotines.

Se decidió hacer un ensayo de carga con placa, y quien estuvo a cargo del mismo, fui yo. El resultado fue que el refuerzo con pilotines no era necesario ya que el terreno de fundación tenía sobrada resistencia.

Pero se comprobó que el que no tenía resistencia fuí yo, pues luego de 8 horas en el fondo del río, al salir a la superficie sufrí una embolia gaseosa, como sucede a veces con los buzos.

A consecuencia de ello tuve una invalidez parcial que me obligó a caminar con muletas durante 6 años. Afortunadamente luego de una operación, hace ya muchos años que me recuperé.

En todos los casos los ensayos de carga tienen su peligro, como se conoce en muchos casos de consecuencias desastrosas.

A veces la prueba para la estructura se produce sin que la hayamos planeado así. Y para mencionar de nuevo a mi padre, en la foto lo vemos parado sobre un puente

sumergible en el momento de su mayor prueba: sufriendo los esfuerzos de una inundación.

Foto N° 2 Otro ejemplo es el caso de la estructura del puente sobre ruta 6 de Uruguay también

sobre el Río Negro en el Km 329, que es una estructura de 2080 mts. de largo. El día de su inauguración se produjo una importante carga de gente y vehículos como

se ve en la foto N° 3

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Foto N° 3 También en este puente ferroviario hubo la necesidad de varios refuerzos para

transformar el puente en carretero. Como inicialmente fué un puente ferroviario con dos vigas prefabricadas portarrieles, colocadas a 1.90 metros entre sí, fué necesario para transformarlo en un puente carretero, agregarle una losa doblemente volada y postensada como se vé en el Esquema N° 4.

Esquema 4

Las pilas eran macizas y sin armadura y no resistirían los esfuerzos horizontales de frenado y viento. Para resolver el problema proyecté un losón superior de hormigón armado y tiradores verticales postensados anclados en perforaciones oblicuas efectuadas en las fundaciones como se ve en la foto N° 5.

Foto 5

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Puente sobre el Arroyo Rocha en Ruta 9.

Otro caso interesante es el caso del puente sobre el Arroyo Rocha. Allí existía un puente de ocho tramos de 18 mts de luz c/u, cuya estructura

fundamental estaba constituída por vigas trianguladas de hormigón como se ve en la Foto No.6.

Foto 6 La calzada que quedaba libre para el tránsito era de 5 mts. Se planteó una licitación a la cual había que presentar un proyecto de ampliación a 8

mts de ancho y veredas de 1 metro además de reforzar todo para sobrecargas mayores. Condición fundamental era mantener permanentemente el tránsito. La necesaria demolición de las vigas trianguladas para el ensanche, más la condición

de mantener el tránsito creaban un díficil problema. Proyecté entonces un ensanche de las pilas pórticos, dándole resistencia para apoyar

una viga a cada lado, a una distancia entre ejes de 10.50 mts. (Foto No. 7)

Foto 7

Una condición era que el refuerzo del puente no podía ir más bajo que el intradós del puente existente, y la cota de calzada no podía subir. Por lo tanto aproveché la altura de la futura baranda para dimensionar las vigas laterales que quedaron oficiando también de barandas.

Para poder montar esas vigas proyecté fabricarlas sobre las veredas del puente y luego programé el desplazamiento y descenso por medio de dos carritos dimensionados para una carga de 25 toneladas (las vigas pesan 50 toneladas) que corrían sobre una pila de gruesos tablones de madera dura. Una vez en la vertical de su ubicación la viga se

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levantaba con 2 gatos, se retiraban los carritos , el perfil metálico sobre el que corrían y se quitaba el tablón siguiente. Se recuperaba la carrera del gato hidráulico y luego se volvía a levantar la viga, se quitaba otro tablón y así sucesivamente hasta que la viga quedaba sobre los apoyos de neopreno. Ver foto No. 8.

Foto 8

A través de orificios en la losa del tablero se prolongaron las vigas transversales

existentes y se reforzaron con cables de postensado que además las unieron a las vigas longitudinales previamente construídas.

El postensado de ambas se proyectó para que hicieran fuerza hacia arriba en los nudos de las vigas trianguladas existentes e invirtieran los esfuerzos en sus barras.

El momento cumbre de esta construcción fué el de la demolición de las vigas trianguladas dado que había que impedir que al cortar alguna de sus barras, al estar todavía bajo tensión produjera un simbronazo que pudiera afectar en algo el resto de la estructura.

Para evitar ese efecto, se eligieron para comenzar la demolición cortar el cordón superior en dos puntos que -de acuerdo a los cálculos realizados y por efecto del postensado de las nuevas vigas transversales y longitudinales- estarían sometidos a una tracción de 18 toneladas.

En ambos puntos simultáneamente se demolió el hormigón en unos 30 centímetros de longitud dejando sin afectar los 6 hierros de 25 mm de diámetro que la armaban.

Luego se calentó a soplete la armadura. Foto No. 9.

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Foto 9

Previamente se había colocado entre las dos caras de la demolición del cordón superior un flexímetro para controlar la deformación por termofluencia de la armadura.

También se colocó un flexímetro para controlar la deformación vertical de la estructura triangulada.

A medida que la armadura se fue calentando, ambos flexímetros mostraban la coherencia de las deformaciones con los cálculos teóricos.

La estructura se levantaba y el cordón superior del triangulado se estiraba. Cuando ese estiramiento alcanzó el valor correspondiente al descargado del triangulado se dió orden de cortar los 6 ø 25 con lo que el triangulado quedó fraccionado, pasando suavemente el peso del puente a ser sustentado por la estructura reforzada por el postensado transversal y las nuevas vigas laterales prefabricadas y postensadas.

Durante todo el proceso de construcción y demolición se mantuvo el tránsito por el puente. Ver Foto No.10.

Foto 10

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Los llenados de los refuerzos de vigas se hicieron a través de orificios practicados en la losa de tablero existente. Ver Foto No. 11.

Foto 11 Otro criterio para el refuerzo de puentes -o de cualquier tipo de estructura- es el de crear

por postensado esfuerzos contrarios al que se debe sustentar, sea de su peso propio o de la sobrecarga incrementada respecto a la prevista en el momento de su construcción. .Cuando dentro de una estructura uno tensa un cable con forma curva, el efecto que se causa es de una compresión longitudinal y de una fuerza distribuída a lo largo del cable de dirección perpendicular al cable y de sentido hacia el centro de curvatura del mismo. Por lo tanto si queremos ayudar a una viga o losa a sostener su peso propio, podemos colocarle un cable con curvatura hacia arriba y de acuerdo a la tensión que le demos al cable podemos sustentar todo el peso propio de la viga y aún más, cargarla hacia arriba de manera que cuando reciba la sobrecarga se sustente al menos una parte de ella. Hay varios medios para lograr esto, pero una manera es agregar a las vigas del puente cables con la curvatura y fuerza adecuadas a cada zona a lo largo de ella de manera de levantar las zonas de momento positivo y descargar la carga tomada por los cables en las zonas de apoyos, invirtiendo las curvaturas. Esquema N° 12

Losa

V iga

cab le

E SQ U E M A N º 12

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Las vigas de hormigón existentes en general, a lo largo de una vida prolongada del puente, tienen algunos puntos que es necesario reparar. Para lograr esto es bueno recubrir el alma de las vigas con un espesor de nuevo hormigón, previo tratamiento de las caras laterales e inferiores para lograr la adherencia de hormigones viejos y nuevos. Ver Esquema. N° 13

Esquema Nº 13

Ese encamisado de las vigas existentes tiene también la misión de contener y proteger los cables agregados y permitir el pasaje de los esfuerzos entre la estructura existente y los refuerzos agregados.

Esta forma de reforzar puentes fue empleada en los puentes de Ruta 9 sobre los arroyos: Pan de Azúcar, Las Pajas, Silva, La Cruz y Sauce de Rocha.

Todos ellos se reforzaron sin detener el tránsito, la mayor demora en permitir el paso de vehículos fue en todos los casos en el momento de la inauguración para cortar la cinta.

Otro ejemplo de refuerzo fue el del Arroyo Vejigas en Ruta 7 en donde se debía

ampliar el puente sólo hacia un costado en forma asimétrica. Las pilas del puente existente eran tipo pórtico múltiple con 4 pilares verticales. Para poder ensancharlo hacia un costado proyecté agregar a los pórticos, pilares

oblicuos, convirtiendo los pórticos en triangulados que fueran capaces de resistir cargas excéntricas y con cables de postensado que absorbieran las fuerzas de tracción resultantes en la viga superior y reforzando la base con una viga horizontal que transportara las fuerzas de compresión del cordón inferior. Ver foto No. 14 y esquema N° 14 A.

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Foto 14

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REFUERZO DE L PUENTE SOBRE EL ARROYO VEJIGAS

Losa existente

Viga existente

Veredas a demoler

Veredas a demoler

Altar a construir sobre travesaño

Losa existente

Viga existente reforzada

Refuerzo de viga

Refuerzo del cabezal de fundación

Viga existente reforzada

Refuerzo de viga

Refuerzo del cabezal de fundación

Losa existente Altar a construir sobre travesaño

Losa nueva Pilarcitos en perforación de losa exist.

Espumaplast

ESQUEMA Nº 14A

La nueva losa del tablero se construyó parcialmente sobre la anterior tomándola como encofrado. Como un último ejemplo de refuerzo de puentes es bueno expresar que no siempre las

patologías se presentan en estructuras antiguas, sino que también puede suceder que durante la construcción de una obra se produzcan accidentes que creen el problema de una reparación que logre un resultado igual o mejor que el que tendría si no se hubiera producido ese accidente. En todas las grandes obras se produce alguna cosa como la expresada anteriormente.

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O porque se comete un error en la dosificación de un hormigón o por un exceso de aditivos, o por roturas de vainas de postensado o por un exceso de presión en una inyección de lechada en las mismas, etc. etc. En la construcción del Puente Fray Bentos Puerto Unzué cuyas fotos se muestran ( N°s 15A y 15B), al inyectar una vaina posiblemente obstruída los operarios optaron por aumentar la presión de inyección para lograr destaparla.

Fotos 15a y 15b

Como consecuencia de ello se produjo una separación horizontal en dos capas de la losa superior de la sección cajón en el arranque de la gran ménsula de 90 mts. de luz.

Ello motivó la necesidad de repararla. Para eso se cosió con un cuadriculado de barras verticales adheridas con epoxi, se inyectó con mortero epoxi la separación horizontal de la losa y además se colocaron chapas de acero pegadas en la capa inferior también con epoxi a manera de armadura exterior. Fotos N° 16 A y N° 16B.

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Fotos N° 16 A y N° 16B.

De esa manera, por cálculo se lograba una resistencia doble a la que hubiera tenido si no se hubiera producido el accidente.

Para evitar cualquier diferencia entre lo que daba el cálculo con la realidad, se efectuaron pruebas de carga midiendo deformaciones.

Estas pruebas de carga consistieron en cargar la losa reparada (Foto. No. 17) y también la gran ménsula soportada en parte por esa losa.

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Foto 17

Conjuntamente con ese ensayo se efectuó el ensayo de carga de los 3 grandes tramos centrales de 145 - 220 - 145 metros.

El tramo central de 220 mts. fue en el momento de la construcción el más grande del mundo en viga postensada superando al Puente Bendorf sobre el Rhin en Alemania.

El pliego de condiciones ya preveía hacer un ensayo de carga de los 3 tramos centrales.

Esa previsión estaba hecha sobre la base de cargar con unas 500 pesas de hormigón de 2 toneladas cada una, unas mil toneladas sobre el tramo central de 220 mts. de luz.

En vez de hacerlo con pesas, propuse a la Comisión Internacional y a la Empresa constructora, realizarlo con camiones cargados con las pesas, para así facilitar la operación, pero además para que se visualizara la enorme carga aplicada en el tramo central ( 1000 T ), y que seguramente nunca más se volvería a reproducir con el tránsito normal.

Así se decidió y el día anterior al del ensayo se cargaron 40 camiones especiales con cargas del orden de 25 toneladas cada uno. Una vez pesados en la balanza, se fueron repartiendo a lo largo del puente con la finalidad de que al día siguiente avanzaran sobre los tramos centrales e ir reproduciendo gradualmente estados de carga, para simultáneamente medir las deformaciones e ir controlando el comportamiento de la estructura y comparándolo con los cálculos teóricos.

Pero en la noche anterior en que los conductores de los camiones cargados pernoctaron en sus cabinas esperando la mañana del ensayo, uno de ellos -como broma- hizo circular un artículo de la Revista del Reader´s Digest titulado "El día que se hundió el gran puente" que describía una catástrofe sucedida en Australia.

El día anterior se les había explicado cuál era la tarea que se iba a realizar al día siguiente. Y algunos hicieron algún comentario de duda al respecto.

Por eso, y por el propio entusiasmo que tenía mi familia por esa etapa de culminación de la construcción del puente, al día siguiente mi esposa y mis dos hijos estaban instalados en el medio del tramo central del puente. Ante eso los camioneros fueron ubicàndose en cada posición que le íbamos indicando para provocar las cargas parciales del ensayo.

En la foto N° 18 se ve a la familia en la parte más cargada del puente.

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Foto Nº 18 Simultáneamente se tomaban fotos aéreas de cada estado de carga, por medio de una avioneta y un fotógrafo, que había contratado a los efectos de registrar esa operación y enviarla a la prensa como demostración de que el puente estaba correctamente construído. (Foto No. 19).

Foto Nº 19 Cuando se terminó el ensayo, el camionero bromista me contó la anécdota y me regaló la revista que había hecho circular entre los compañeros de aventura. En resumen : hemos relatado diferentes tipos de ampliación y refuerzos de estructuras de puentes con patologías variadas. Los procedimientos empleados son por supuesto extendibles a variados tipos de otras estructuras en donde también hemos empleado procedimientos similares.