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El tramo consta de 5810 metros de viaducto elevado, compuesto por elementos columnas, vigas ylosas; en particular la fabricacin de las vigas implica trabajo extra, ya que stas tienen una particularseccin, un moldaje especial y mucho tiempo de trabajo que vuelve exigente el control de calidad alslo poder construirse una viga por da. La idea de esta seccin especial, es para una optimizacin dela estructura que tiene una continuidad entre el viaducto y las estaciones, las cuales forman parte delandn y como baranda en las interestaciones.

La construccin de la estructura en s implica un proceso metdico y repetitivo, ya que se construye untramo y se va montando el siguiente con elementos pretensados y postensados, permitiendo tenerciertas ventajas para este tipo de estructuras.

Figura 1. Tramo FGH lnea 5.Fuente: (metro de santiago, 2014), ver referencia.

Descripcin del sistema

El sistema constructivo empleado para la realizacin de esta gran obra, consta de un procedimientosecuencial de unin de elementos prefabricados y elaborados in situ cuyas principales caractersticasson el pre y postensado.Este tipo de mtodo tiene como base la alta resistencia a la compresin del hormign y la traccin delacero, por ende se elevan las capacidades de los materiales al inducir tensiones al elemento paramejorar su comportamiento estructural. Al tensar se logra que las solicitaciones tengan menos efectoen la estructura ya que las deformaciones se ven disminuidas, lo que se resume en una reduccin dela cantidad de enfierradura que necesitar finalmente el elemento.

La tcnica de pretensado fue patentada por el ingeniero civil y estructural francs EugneFreyssinet en 1920, empezando a utilizarse principalmente en Francia y Alemania. Se presenta unauge del proceso despus de la II Guerra Mundial debido a la escasez de acero en los aos previos.Durante la dcada de los aos 1950 empiezan las primeras aplicaciones de la tcnica del postensadoin situ. Un mayor desarrollo de la tcnica se da en 1970 con la elaboracin en pases europeos denormas y especificaciones respecto al sistema.

Pretensado

Proceso que se realiza antes de que la estructura tome cargas externas. En el patio de prefabricado setiene el molde del elemento con la finalidad de tensar los cables mediante gatos antes de hormigonar.El elemento se encuentra ubicado entre apoyos fijos que forman parte permanente de las instalacionesde la planta.
http://es.wikipedia.org/wiki/Eug%C3%A8ne_Freyssinethttp://es.wikipedia.org/wiki/Eug%C3%A8ne_Freyssinethttp://es.wikipedia.org/wiki/Eug%C3%A8ne_Freyssinethttp://es.wikipedia.org/wiki/Eug%C3%A8ne_Freyssinet


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Una vez que el hormign alcanza su resistencia mxima y los materiales presentan una perfectaadhesin, se cortan los cables de los extremos, liberando la pieza.

Figura 2.1 Esquema banco de pretensado.Fuente: (Barreda, 2013), ver referencia.

Postensado

Al fabricar el elemento en taller o elaborarlo in situ, se dejan en su interior varios tubos flexibles pordonde se colocan posteriormente los cables por lo que no se presenta adherencia del cable alhormign.

Cuando el hormign alcanza su resistencia ptima se procede a la colocacin de los cables, placas enlos extremos y equipos de gatos que los tensan. Al alcanzar la carga requerida se inyecta lechada y sesellan los espacios con el fin de proteger los cables de la corrosin, para luego cortar el cable delextremo y dejarla en su posicin final.

Figura 2.2 Postensado de viga.Fuente: (Barreda, 2013), ver referencia.

Los elementos pre y postensados presentan importantes cualidades que permiten elaborar estructurasms livianas y que resisten de mejor forma las solicitaciones requeridas, dando origen a grandes lucesy una variedad de usos por lo que son utilizadas especficamente en prefabricados de hormign comovigas, losas, muros y columnas; estructuras de puentes y pasos sobre nivel; elementos de hormignestructural in situ, especialmente losas en construccin de viviendas y edificios para uso residencial;centros comerciales, entre otros.


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Consideraciones de diseo

1. Materiales y sus propiedades

Hormign

Hormign armado: H30, 95% nivel de confianza (columnas, losas y fundaciones).Hormign no armado: H15, 90% nivel de confianza (relleno, sobre excavaciones y emplantillado).Hormign pre y postensado: H42, 95% nivel de confianza (capiteles y vigas)

Resistencia de transferencia del tensado:

Vigas prefabricadas, pretensado:

L=36 [m] L=33 [m] L=30 y 27 [m]

Vigas prefabricadas, postensado:

L=36 [m] L=33 [m] L=30 [m] L=27 [m]

Losas, postensado:

Capiteles, postensado:

Acero

Hormign armado: A63-42H Armaduras de pre y postensado: A63-42HFretaje en postensado: A37-24HEstructural: A42-27ESGuas en las losas: A44-28HPernos: estructurales ASTM A 325 cada hilo fuera del plano de corte. Unin tipo aplastamiento.Cables de pre y postensado: ASTM A 416-90 grado 270 K de baja relajacin. Posee torones de 7alambres. Dimetro nominal 0,6 (15mm). Una tensin de rotura mnima de , unatensin de fluencia y un mdulo de Young 190 GPa.

Tensin en gato

Pretensado=14525 Postensado=14152


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Placas de apoyo elastomricas reforzadas

Utilizadas en la conexin o unin entre los capiteles y las vigas prefabricadas. Deben cumplir con lasnormas francesas NF T47-801 A T47-816 o las equivalentes europeas para puentes ferroviarios tipoGUMBA, FREYSSINET, DYWIDAG, ETIC.

Presenta las siguientes propiedades mecnicas:

Dureza: 655Mdulo de corte: 0,9 Compresin admisible en servicio 15

Alargamiento en rotura mnimo: 450%Tensin en rotura mnimo: 6 veces la tensin de servicio.

Suelo

El suelo donde est ubicada la superestructura corresponde al tpico ripio de Santiago con un ngulode friccin de , cohesin y un peso unitario de .

2. Detalle de elementos que conforman la estructura

Figura 3.1 Corte transversal y elevacin de la superestructura.Fuente: (cade-idepe, 1994), ver referencia.

FundacionesEl suelo a fundar corresponde al tpico ripio de Santiago, con fundaciones de hormign armadocuadradas huecas con profundidades entre 6 7 metros (Mendez, 2014), colocando en la excavacinla armadura para su posterior hormigonado contra terreno, con una losa inferior de 100 centmetros dealtura, esta seccin se rellena con el mismo material de la excavacin compactado, y con una losasuperior de 150 centmetros de altura para una continuidad de estructura con las columnas.


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Figura 3.2 Elevacin de fundacin tipo.Fuente: (Muoz, 2014), ver referencia.

Columnas

Elementos de hormign armado de forma hexagonal tipo cajn, que se conectan con la fundacion deforma monoltica, de altura variable hasta los 8 metros aproximadamente con espesor de 30centmetros. Estas columnas tienen una seccin completa hasta el primer metro, rellenado con

hormign pobre y el resto de la estructura se mantiene hueco para la instalacin de tuberascorrespondiente a la evacuacin de aguas lluvias de los rieles (Mendez, 2014).


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Figura 3.3 Seccin columna interestacin (cm).

Fuente: (Cade-Idepe, 1994), ver referencia.

Capiteles

Elementos de hormign postensado, que soporta las estructuras de vigas y losas, presentan unaseccin similar a un trapecio con hombros en su parte superior para la colocacin de las vigas. Entre laconexin de estos elementos se colocan las placas de apoyo elastomricas reforzadas como sistemade aislacin.

- Para vanos rectos de largos: 27, 30, 33 y 36 metros y vanos curvos de largos: 27, 30 y 33metros se utilizan capiteles de 5 cables.

- Para vanos curvos de largo: 36 metros se utilizan capiteles de 6 cables.

Vigas

Elementos de hormign prefabricado pre y postensado de 1,83 metros de altura y largos entre los25,65 hasta 36,11 metros de longitud, debidos al cruce de calles que se encuentran bajo el viaducto;se fabrican 60 tipos de vigas con un total de 360 para el tramo F-G-H y sus pesos oscilan entre las 75a 100 toneladas cada una.

La forma de la seccin es similar a un perfil IN, pero con un alma inclinada, de alas irregulares ya quesu alma superior mide 150 centmetros y su ala inferior 100 centmetros, con un taln en esta ltimapara el encaje de las losas.

A lo largo del proceso constructivo, la viga se somete a cambios de diseo debido a problemasestructurales en las primeras piezas, ya que no cumplen con normativas de hormign (tracciones porsobre los lmites), quedando las estaciones Mirador y Pedrero con cabezales mal diseados (Mendez,2014).


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Figura 3.4 Corte transversal viga-columna en recta (cm).


Figura 3.5 Detalle seccin viga.

Fuente: (Belfi-Inela ltda. , 1995), ver referencia.Losas

Fabricadas in situ con hormign armado con postensado transversal y longitudinal, de 30 centmetrosde espesor, de ancho variable entre 6,3 y 7,5 metros, de longitud entre los 25,65 hasta 36,11 metros.

3. Sobrecargas de utilizacin del viaducto:

Segn diseo de especificaciones (Cade-Idepe, 1994) se tienen los siguientes detalles en cuanto a losmodelos de cargas:

1) Tren de cargas:

Cargas por eje:

Esttico 11 TCoeficiente de impacto AASHTO 3.8.2.1


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Figura 4. Distribucin de ejes de carro.


2) Andenes y mesanina: 600

3) Viento

Presin bsica: 118

NCH 432 y coeficientes de forma regles NV 65 les effects du vent norma francesa.

4) Nieve

Sobrecarga bsica de nieve 50

De criterios de diseo 809 -CDR-00-ES-001, R3, distribucin de NCH 431

5) Cargas ssmicas

criterios de diseo cap.VI, B. informe de s y s in genieros consultores (1994)

6) Combinaciones de cargas:

Trminos de referencia de la propuesta tramo F-G-H punto 4.3.2.6

Procedimiento de ejecucin

La construccin de la superestructura se planifica mediante el siguiente orden:

Construccin de fundaciones, columnas y capitel Prefabricado de vigas Transporte, manipulacin y montaje de las vigas prefabricadas Construccin de losas


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Es importante destacar que la empresa BELFI S.A. estuvo a cargo tanto del movimiento de tierra,cambios de servicio y ductos, pavimentacin de calles cuando era necesaria la reconstruccin y porsupuesto de la construccin de la estructura propiamente tal.

La superestructura se inicia con el primer tem que conlleva la construccin de fundaciones, cuerpo ocolumna y el capitel.

La altura de la fundacin depende de la profundidad en la que se encuentre el estrato de suelo aptopara soportar la carga con la cual es solicitada, variando entre los 6 a 7 metros desde el sello defundacin. Para esto se extrajo material con una excavadora de brazo hidrulico para posteriormenteinyectar el hormign que conforma el cuerpo de la fundacin.

A continuacin se construye la columna cuya altura depende de las diferencias topogrficas delterreno, de esta manera se le otorga continuidad al tramo.

Despus de las columnas se procede a la elaboracin del capitel o viga cabezal de hormignpostensado, sobre el cual se apoyan los elementos prefabricados una vez que el hormign alcanza suresistencia ptima. Estos ltimos se apoyan en placas de apoyo elastomricas reforzadas que sirvenpara la transmisin de carga entre elementos (mecanismos de aislacin ssmica).

A medida que se construye todo el primer tem (fundacin, columna, capitel) es necesaria una ptimacoordinacin con las faenas de prefabricado de los elementos vigas mejorando los tiempos deconstruccin. Debido a esto se debe establecer un patio de prefabricado y planta de hormign cercanoa la obra, en este caso se arrienda un terreno en la calle Carlos Valdovinos a tres cuadras de VicuaMackenna.

Una vez que las vigas pretensadas hayan adquirido la resistencia necesaria para su transporte, setrasladan para su montaje sobre las columnas previamente construidas.

Las dimensiones y caractersticas geomtricas de las vigas prefabricadas son de gran importancia enla construccin del viaducto. La principal razn para que estas tuvieran tan variadas dimensiones es

por el cruce y separacin de las calles que conforman la Avenida Vicua Mackenna.El transporte de las vigas es delicado ya que solo se podan trasladar con sus extremos apoyados (quecorresponden a los tres primeros metros) y en ningn caso en sus puntos intermedios. Para lo anteriorse utilizaron camiones de gran capacidad multieje.Para la manipulacin y montaje de las vigas se utilizan dos sistemas: el primero consiste en el uso degras que se van colocando en la calzada y que van levantando las vigas desde la calle y el segundomtodo consiste en la utilizacin de puentes gras ubicados en el capitel, que van levantando lasvigas.Cada tipo de gra utilizada en el levantamiento de las vigas es de gran capacidad con un mnimo de150 toneladas.

A travs de estos mtodos de levantamiento se tiene gran velocidad en la ejecucin, ya que la variabletiempo es de gran importancia.Cuando las vigas estn montadas en su posicin definitiva, se procede al postensado de los cablesnecesarios para alcanzar su tensin de diseo. En este punto es importante volver a destacar que elsistema de utilizacin de vigas pre y postensadas a la vez es nico.Luego se procede a la construccin in situ de las losas entre las vigas. De esta forma se conforma lasuperestructura sobre la cual se construirn las vas del metro tren.


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Ejemplos en Chile y en el mundo

Pretensado

En Chile, el uso de pretensado comienza en los aos 60 aplicado a puentes, pero desde 1980 semasifica el uso de losas postensadas de hormign armado.

Algunos ejemplos en Chile son el Puente Maipo, Juan Pablo II, Manuel Rodrguez. Puente Juan Pablo II, Concepcin.

Construido sobre el ro Biobo, uniendo la ciudad deConcepcin con la comuna de San Pedro de la Paz, presta servicio desde 1974, con una longitud de2310 metros. Estructurado en 70 tramossimplemente apoyados, con un ancho total de 22metros.

La infraestructura est conformada por cepas de dos

pilares fundados independientes mediante pilas de2,5 metros de dimetro y longitudes entre 13 y 18metros, unidas mediante una viga transversalsuperior.

La superestructura est diseada en base a unalosa de hormign armado de 0,08 metros deespesor, sobre losetas estructurales pretensadas delmismo espesor, colaborantes sobre 7 vigaspretensadas de 1,8 metros de altura (LOF, 2006).

Viaducto riera de Osormort, Barcelona.

Viaducto ubicado en Barcelona. Suconstruccin estuvo a cargo de la empresaCopisa Constructora Pirenaica entre los aos2009 a 2010, con un largo total de 500,1metros. Se usa como carretera.

Construido a base de columnas de hormignarmado y tableros de hormign pretensado.

Figura 6.1. Puente Juan Pablo II.Fuente: (Redbiobio, 2014), ver ref.

Figura 6.2 Viaducto riera de Osormort.Fuente: (bridgetechnologies, 2011), ver referencia.


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Postensado

El uso en Chile del sistema postensado se remonta a los aos 50, principalmente para uso en obrasviales, grandes luces y estructuras ms esbeltas.

Puente Amolanas, La Serena.

Este puente se encuentra en el tramo La Serena Los Vilos de la ruta 5 Norte. De seccin continua conun largo de 268 metros, con una altura mxima de100 metros, generando gran dilatacin en susextremos, diseado para soportar cargas AASHTO,apernada contra tablero y estribas, conformada porelastmeros y lainas de acero, adems de losaspostensadas construidas por la empresa VSL.

Torre Agbar, Barcelona

Este rascacielos construido en Barcelona entre 2002 y2005, marca la entrada de nuevas tecnologas en Espaa.Diseada por el estudio del arquitecto francs Jean Nouvelcon la colaboracin de la firma de arquitectos barcelonesa

b720.De 144 metros de altura, consta de 34 plantas destinadaspara oficinas y 4 plantas subterrneas.

Desde la planta 26 hasta la planta 32, las losas son dehormign postensado en voladizo desde el ncleo interior,consiguiendo un mximo de 10 metros.

Agradecimientos

Se presenta un especial agradecimiento a las oficinas corporativas de Metro de Santiago, personalencargado de planos y registros histricos por la entrega de informacin y planos; al profesor EduardoSeplveda por su tiempo, disposicin e informacin facilitada; al ingeniero Don Jos Miguel Mndezgerente de estudios de la empresa BELFI S.A. (Ingeniero Administrador de la construccin de la obraestudiada durante los aos 1994 y 1997) por su tiempo, disposicin e informacin para acceder a unaentrevista.

Figura 6.3 Puente Amolanas.Fuente: (cec.uchile, 2010), ver referencia.

Figura 6.4 Torre Agbar de noche.Fuente: (Barcelonda, 2012), ver

referencia.


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