PUENTE ATIRANTADO SOBRE EL RÍO CUARTO. INSTALACIÓN DE OBENQUES TORÓN POR TORÓN

Aldo Loguercio(*) Guillermo Malvicino(**)

Ingeniero Civil Ingeniero Civil aloguercio@vslarg.com.ar gmalvicino@vslarg.com.ar

Resumen

La experiencia tradicional en la instalación de obenques consiste en el montaje de cables prefabricados, que requieren el transporte e izado de componentes y equipos pesados. El actual método de montaje de obenques de torón por torón, requiere equipos muy livianos, con todas las ventajas asociadas. La empresa VSL, especialista en postesado, ha concluido exitosamente la fabricación y montaje de los 40 obenques del Puente Atirantado Rio Cuarto, en la Provincia de Córdoba, Argentina, sin la utilización de grúas en ningún momento del proceso. El presente trabajo hace un resumen de las características técnicas de los obenques de última generación utilizados, y una descripción del método de montaje de los mismos.

Abstract

Traditionally, stay cable installation consists on lifting prefabricated stays. This requires the use of big cranes and heavy equipment. The actual strand by strand installation method only requires light equipment and all the advantages that this implies. VSL has successfully finished the fabrication and installation of the 40 stay cables of the Río Cuarto Bridge, in the Córdoba Province, Argentina. No cranes were used during installation. This paper is intended to show a brief description of the state of the art stays, and the installation method used. (*) El autor es Gerente General de VSL Argentina, Sistemas de Postesado. Ingeniero Civil UBA. - Residencia: Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Experiencia de 20 años en diseño y ejecución de estructuras metálicas y de hormigón armado y postesado. En los últimos 10 años ha ejecutado más de 100 obras de hormigón postesado. (**) El autor es ingeniero de VSL Argentina, Sistemas de Postesado, y responsable del montaje de Obenques en el Puente Rio Cuarto. Ingeniero Civil UBA. - Residencia: Ciudad Autónoma de Buenos Aires. Experiencia en diseño y ejecución de estructuras de hormigón postesado.

PUENTE ATIRANTADO SOBRE EL RÍO CUARTO.

INSTALACIÓN DE OBENQUES TORÓN POR TORÓN

Introducción

Breve descripción del proyecto

El nuevo puente sobre el Río Cuarto, en calle Río Negro-R. Payró, Provincia de Córdoba es un puente carretero de dos carriles por sentido y tiene una longitud total de 313 m. El tablero está soportado por 40 obenques VSL los cuales se anclan en la parte superior del pilono elevándose hasta 38 m por encima del tablero.

El tablero del puente consiste en una estructura con elementos de hormigón prefabricado y hormigón in situ, soportada por obenques que varían entre 19 y 43 torones. Los torones son 0.6” de diámetro (15.7 mm).

Cada torón es de acero galvanizado de alta resistencia, alojado individualmente en una funda encerada de polietileno de alta densidad (PEAD) fuertemente extruida. La cera entre el acero y el polietileno es protectora contra la corrosión. Cada paquete de torones, queda protegido con otra vaina exterior de PEAD de color blanco sin inyección. Los anclajes (sistema VSL SSI 2000) tienen las medidas indicadas en el catálogo de obenques VSL y en esta obra van desde el 6-19 al 6-43.

Principales Características del puente y Método Constructivo general

El tablero es recto tanto en planta como en alzado. Tiene 18.60 m de ancho por 1.60 m de alto. Fue construido sobre pilas provisorias de hormigón sobre el lecho del río. Los pilonos son metálicos, prefabricados y montados en obra. Las principales características del proyecto son:

� Longitud total 313 m

� Longitud puente principal 211 m

� Vano central 110 m

� Vanos laterales 50.5 m (3 vanos)

� Pilono Sección rectangular y metálico (parte sup.)

� Tablero Estructura de hormigón premoldeada e in situ

� Obenques 57 ton de torones de alta resistencia.

� Medidas de obenques Más largo 62 m y el más corto 33 m.

� Tesado Desde el tablero.

El método de construcción del puente consiste en:

• Construcción de pilono. Parte inferior de hormigón in situ. • Montaje y hormigonado de los vanos laterales del tablero. • Montaje y hormigonado del puente principal sobre pilas provisorias. • Instalación de pilono de acero prefabricado e izado de este. • Instalación de los obenques (método VSL de torón por torón). • Tesado de las vigas postesadas de tablero restantes. • Retiro de las pilas provisorias. • Instalación de asfalto y todos los equipamientos, iluminación, etc.

En las presentes Jornadas se han presentado otros artículos referidos al diseño y construcción de este mismo puente, que recomendamos revisar para más datos sobre la estructura.

En el presente trabajo se comentan las características principales de los obenques de última generación utilizados, y el método de montaje llevado a cabo, consistente en la técnica conocida como montaje de obenques torón por torón.

FIGURA 1. VISTA GENERAL DEL PUENTE ATIRANTADO SOBRE EL RÍO CUARTO.

Sistema de Obenques VSL SSI2000. Descripción

El Obenque VSL SSI2000 es un sistema compacto, cuyas características principales son:

• Completa Independencia de torones. • Torones Reemplazables Individualmente. • Alta protección contra la corrosión (100 años). • Anclajes de dimensiones compactas. • Anclajes totalmente prefabricados, sin tareas en obra.

Los obenques están formados por:

• Anclajes activo y pasivo • Una vaina exterior de PEAD (polietileno de alta densidad) en la longitud libre. • Torones envainados individualmente (monotorón).

El sistema VSL SSI2000 está diseñado con triple protección contra la corrosión que permite asegurar un alto nivel de durabilidad. Su resistencia mecánica y particularmente su resistencia a fatiga satisface los actuales criterios internacionales de aceptación.

Componentes del Sistema VSL SSI2000

ANCLAJES : Los anclajes están formados por dos partes (Fig 2 y 3): el bloque de anclaje y el desviador de torones. Los torones individuales son desviados dentro de la longitud de transición, cuyas dimensiones dependen de la geometría del tablero y pilono.

FIGURA 2. ANCLAJE PASIVO.VISTA DEL BLOQUE DE ANCLAJE. LONGITUD DE TRANSICIÓN DE 150MM APROX.

El bloque de anclaje y sus cuñas constituyen los componentes principales del sistema de anclaje VSL, utilizado en numerosas referencias durante muchos años por este sistema de postesado. A la cabeza de anclaje se le adiciona un tubo de acero dentro del cual cada torón es guiado por un tubo de transición para desvío y extensión de la vaina individual de cada monotorón.

FIGURA 3. ANCLAJE ACTIVO. BLOQUE DE ANCLAJE HACIA ABAJO. LONGITUD DE TRANSICIÓN DE

500 A 700MM.

Dentro de cada uno de estos numerosos tubos hay una junta individual de sellado hermético. Este desviador asegura el guiado de los torones a la cabeza de anclaje evitando efectos locales de flexión sobre la cuña. El alejamiento de la zona de desvío respecto a la zona de acuñamiento, sumado a que no hay contacto acero-acero se logra un incremento de la resistencia a fatiga. Desde la junta sellada hasta la cabeza de anclaje cada torón es protegido por un compuesto de cera, inyectado con posterioridad al montaje de los torones. La completa independencia de torones evita todo riesgo de migración de corrosión de un torón a otro. La cabeza de anclajes queda protegida por un capot metálico, atornillado con su correspondiente junta de sellado. (Fig. 4)

FIGURA 4. CAPOT DE PROTECCIÓN, LLENO DE CERA ANTICORROSIVA.

En la cabeza de tesado se dispone de una tuerca, cuya función es permitir un ajuste de 40 mm en la longitud del cable. La longitud del tubo de transición es de 500 a 700 mm en el anclaje activo y de unos 150 mm en el pasivo. El desviador de torones se coloca de manera de agruparlos y ubicarlos paralelos. Constituye además, un punto fijo en el obenque, de manera de filtrar los movimientos producto del viento sobre la vaina exterior de PEAD, o en algunos casos forma parte de un sistema de amortiguación de vibraciones más complejo. El desviador es colocado dentro del tubo guía una vez tesado el obenque en su totalidad (Fig. 5). La distancia entre el desviador de torones y la zona de transición del bloque de anclaje tiene un mínimo establecido para cada tipo de anclaje, de manera de limitar el ángulo de desviación del torón a 1.5°. El bloque de anclaje completo es pre fabricado en taller.

El desviador está compuesto por dos partes metálicas ajustables con bulones, y material de neopreno que evita el daño de los torones. Es guiado y bloqueado en su soporte por sucesivos neoprenes. En caso de uso de un sistema de amortiguamiento de vibraciones, el desviador es adaptado.

FIGURA 5. INSTALACIÓN DEL DESVIADOR.

VAINA DE PEAD: La vaina exterior del obenque está compuesta por 4 partes: la vaina de PEAD propiamente dicha, la conexión en el tablero, la manga telescópica cerca del extremo del pilono, y el anillo soporte, que une la manga telescópica con el tubo guía del pilono (Fig. 6). La vaina principal está formada básicamente por tubos de PEAD de 11.8m de largo y 140mm a 250mm de diámetro, termosoldados para alcanzar las longitudes necesarias (30 a 60m en este caso) con costilla helicoidal doble de aprox. 2 x 2 mm en su superficie exterior, para reducir la vibración inducida por el viento y la gota de lluvia. La longitud libre del obenque es así protegida entonces por una vaina sin necesidad de inyección o grasa en su interior, cuyo peso es soportado por el tubo guía del tablero y los torones, tanto para facilitar la instalación de estos últimos como para simplificar las conexiones.

FIGURA 6. VAINA EXTERIOR DE PEAD (BLANCA) PROTEGIENDO LOS TORONES (NEGROS) DEL OBENQUE.

Entre la vaina principal y el pilono se dispone una manga telescópica que le permite absorber los cambios de longitud producidos por las variaciones de temperatura. (Fig. 7) Por lo general, en la unión de la vaina con el tablero, se dispone de un sistema antivandalismo, de chapa galvanizada de 3 mm de espesor. (Fig. 7)

FIGURA 7. MANGA TELESCÓPICA CON ANILLO DE SOPORTE (IZQ) SISTEMA ANTIVANDALISMO (DER).

TORONES:

El anclaje VSL SSI2000 está diseñado para tener un alto nivel de protección contra la corrosión con monotorones no galvanizados. Sin embargo, en algunos proyectos se incluye esta protección adicional (Fig. 8). El torón típico que se utiliza es de 150 mm2 de sección (0.6”), con una tensión de fluencia mínima de 1770 MPa o 1860 MPa, encerados o engrasados, con una vaina individual fuertemente extruida.

FIGURA 8. TORÓN DE ACERO DE ALTA RESISTENCIA.

FIGURA 9. ESQUEMA DEL SISTEMA VSL SSI 2000.

Obenques Puente Río Cuarto

• Cantidad: 40 • Medidas: 6-19, 6-22 y 6-43 • Torones: 150 mm2 , 1770 MPa ⇒ 265 kN

o Envainado individual plástico (PEAD) o Encerado y galvanizado

• Performance: o Ensayado a Fatiga: 2x106 ciclos a 200 Mpa, 45% GUTS o Tracción: ≥ 95% GUTS, ≥ 92% AUTS, ≥ 1.5% Elongacion

• Vaina exterior PEAD con doble costilla helicoidal para reducción de efectos aerodinámicos.

Cálculo

Para obtener los valores de tesado de los torones es necesario partir de las fuerzas indicadas para cada obenque en el cálculo estructural. En este, se definen fuerzas para la instalación, final del montaje y diferentes combinaciones de servicio. Partiendo de las fuerzas definidas para la instalación de los obenques, geometría del puente, rigideces (de pilono y tablero) y la secuencia constructiva; se pasan entonces a definir los valores para cada torón de cada obenque. Íntimamente relacionados, la secuencia constructiva define los valores de fuerza para la instalación. Secuencia constructiva (montaje de obenques): El montaje se realiza de a pares de obenques. Siempre un obenque “L” y un “C”, comenzando por un par derecho y luego un par izquierdo; y desde los más cortos hacia los más largos. O sea: L1D y L1 C, L1 I y C1I, L2 D y C2 D, ... , L5 I y C5 I. (Ver Fig. 10)

FIGURA 10. DENOMINACIÓN DE LOS OBENQUES EN UNO DE LOS PILONOS.

Procesados estos datos, el tesado de cada torón se realiza en dos pasos. En el primero se lleva cada torón a una fuerza indicada (10-15% GUTS, ver Fig. 11) y luego, una vez instalados todos los torones del obenque, se continúa con un tesado por iso-elongación (Fig. 12). Debido a que cuando se tesa un torón, los anteriores ya instalados sufren un descarga, es necesario definir fuerzas decrecientes en el orden de instalación. Del ejemplo de la figura, se puede ver que el primer torón es tesado a 43.8kN y el último a 39.8kN. Sin embargo, al terminar con el último, los dieciséis torones tienen una fuerza de 39.8kN

FIGURA 11. FUERZAS DE TESADO PARA UN OBENQUE CON 16 TORONES (COLUMNA CENTRAL).

FIGURA 12. VALORES DE ELONGACIÓN PARA DIFERENTES MÓDULOS DE ELASTICIDAD.

Procedimiento de Instalación de Vaina

Descripción general del procedimiento

Antes del izado, se comprueba el recorrido de las vainas para identificar obstáculos que pudieran bloquear la misma durante el izado (por ejemplo las plataformas en la cabeza del pilono). La velocidad de izado debe ser controlada y variable. La vaina de PEAD se apoya sobre los carros (1 cada 10 m aprox.) rodando sobre el tablero, así se evita dañarla durante su montaje. Se coloca de forma que el extremo

inferior de ésta siempre esté cerca del anclaje del tablero, mientras que el extremo superior debe quedar en la línea vertical debajo del anclaje del pilono. (Fig. 13) De acuerdo a las conexiones diseñadas de las vainas con los tubos guía (en el tablero y pilono) se instalan las piezas de conexión y los tubos anti-vandalismo sobre el extremo superior y/o inferior de las vainas. Luego se introduce un torón en la vaina. Dicho torón sirve, una vez tesado, para soportar el peso propio de la vaina. Se dispone una abrazadera en el extremo superior de la vaina para su posterior izado.La vaina (con el torón) se eleva utilizando el malacate ubicado sobre el tablero.

FIGURA 13. PASOS DEL IZADO DE LA VAINA UTILIZANDO UN MALACATE Y POLEAS.

Cuando la vaina de PEAD se coloca en su correspondiente lugar próximo al anclaje en el pilono metálico, la abrazadera se conecta al pilono y se libera el cable del malacate. Luego el torón se conecta al anclaje inferior donde se fija con cuñas y se tesa.

Procedimiento detallado

PREPARACIÓN

a) En el extremo a conectar en el pilono (Figs. 14 y 15)

1- Se introduce el torón. 2- Se posiciona la manga telescópica alrededor de la vaina. 3- Se conecta la abrazadera sobre la vaina y al malacate para su izado. 4- Se pasa coloca dentro de la vaina, el torón cable del obenque

5- Se fija el perfil transversal en el extremo del 1er torón. Se trata de un perfil ángulo fijado mediante prensacables al torón, para evitar así el deslizamiento de este último dentro de la vaina.

FIGURA 14. VAINA LISTA A SER IZADA CON SU ABRAZADERA Y EL 1ER TORÓN.

FIGURA 15. ESQUEMA DE UNIÓN PRENSACABLE – TORÓN – PERFIL.

b) En el extremo a conectar en el tablero (Fig. 16)

1- Se coloca la protección anti-vandalismo. 2- Se sitúa el primer torón sobre elementos que lo protejan del rozamiento

con el tablero. 3- Se fijan sogas a la vaina para conducirla de forma controlada durante el

izado.

FIGURA 16. EXTREMO INFERIOR DE LA VAINA CON EL ANTIVANDALISMO Y PRIMER CORDÓN. IZADO

1- Se procede al izado de la vaina con el malacate guiándola con cuerdas desde las plataformas de trabajo situadas en la cabeza del pilono. (Fig. 17 y 18)

2- Al llegar al tubo guía del anclaje correspondiente se, sujeta la vaina al pilono.

En condiciones de viento, por seguridad, es preferible no realizar el izado.

FIGURA 17. VAINA SITUADA DIRECTAMENTE DEBAJO DEL PILONO, COMIENZA EL IZADO.

FIGURA 18. EL IZADO CONTINÚA DE MANERA CONTROLADA.

SUJECIÓN DE LA VAINA AL PILONO Y PRIMER TESADO

1- Se asegura la abrazadera de la vaina al pilono. (Fig. 19) 2- Retiro del cable del malacate. 3- Enfilado del extremo del 1er torón en su correspondiente orificio en el

anclaje del el pilono, eventualmente mediante el uso de balas guía. 4- Colocación de las cuñas en el anclaje pasivo. 5- Enfilado del extremo del 1er torón del lado del tablero. (Fig. 20) 6- Colocación de las cuñas en el anclaje activo. 7- Tesado del primer torón, recuperando así la catenaria de la vaina hasta

que la misma descanse en el primer torón y quede prácticamente recta. (Fig. 21 y 22)

FIGURA 19. VAINA SOSTENIDA POR ABRAZADERA ASEGURADA AL PILONO.

FIGURA 20. ENFILADO DEL PRIMER TORÓN EN EL ANCLAJE DEL TABLERO.

FIGURA 21. TESADO DEL PRIMER TORÓN CON GATO MONOTORÓN.

FIGURA 22. VAINA DURANTE EL TESADO DEL PRIMER TORÓN.

Procedimiento de Instalación Torón por Torón

Descripción general del procedimiento

Se instalaron un total de 40 obenques, con longitudes variables entre 33 m y 62 m. El número de torones por obenque varía entre 19 y 43.

El método de instalación adoptado consistió en enhebrar los torones por medio de un cable de enfilado tirado por un malacate principal situado en el tablero. El tesado se realizó con un gato monotorón. El método general empleado para la instalación consistió en (Ver Fig. 23):

• Preparación en el tablero de los torones para su instalación. • Izado y enfilado de los torones dentro de la vaina por medio del malacate

desde el tablero hasta el pilono. • Fijación (en los anclajes del tablero y pilono) y tesado de los torones (desde el

anclaje activo en el tablero).

FIGURA 23. ESQUEMA GENERAL DEL MÉTODO TORÓN POR TORÓN.

Después de la instalación de la vaina y tesado del primer torón, los siguientes se instalaron enhebrándolos uno por uno dentro de la vaina de PEAD para tesarlos de inmediato, uno cada vez. Se tesaron entonces uno por uno según el orden en que fueron instalados.

Luego de este primer paso de instalación, los torones son retesados hasta la fuerza final individual indicada utilizando el método de iso-elongación. En esta etapa, se hacen las correcciones necesarias para obtener un valor uniforme de fuerza entre los torones de cada obenque. Una vez que todos los obenques han alcanzado las fuerzas indicadas para su instalación, queda por medirlas nuevamente para contrastar la respuesta del puente con lo esperado según sus diseñadores.

Procedimiento detallado

La siguiente descripción se refiere al procedimiento de instalación del segundo torón, paso a paso. Este procedimiento es igualmente válido para cualquier otro torón desde el tercero al último en cada obenque.

PREPARACIÓN Para el método de montaje torón por torón, existen dos alternativas para el tratamiento de los torones previo a su instalación.

a) Precorte

b) Devanado directo

El precorte (método elegido) consiste en el corte (Fig. 24) y preparación (Fig. 25) de todos los torones del obenque, previo al comienzo de su montaje. De esta manera, se evitan las demoras en el ciclo de montaje. Se cortan los torones del largo correspondiente, se retira la vaina de los extremos y se preparan estos para los acoples que permiten su izado.

FIGURA 24. TORONES CORTADOS A LA LONGITUD DE INSTALACIÓN.

FIGURA 25. TORONES LISTOS PARA SER INSTALADOS.

El devanado directo consiste en, el devanado de los torones a medida que estos son elevados, con la bobina de los torones ubicada sobre un atril que permite su giro (Fig. 26). Se prepara el extremo superior del torón antes del izado y luego de este se corta según su correspondiente longitud total. Por último, una vez cortado el torón, se retira la vaina en su extremo para poder ser introducida en el anclaje. Como ventaja, este método no requiere la utilización de espacios grandes para el almacenamiento de torones precortados.

FIGURA 26. TORONES EN BOBINA SOBRE ATRIL DEVANADOR.

INSTALACIÓN

1. Corte del torón a la longitud correspondiente 2. Retiro de la vaina en los dos extremos del torón. 3. El cable de enfilado, proveniente del malacate en el tablero, por medio de un

sistema de poleas, llega al extremo superior de la vaina. Desde allí, es introducido por la vaina y llevado por dentro de esta hasta el tablero. Para bajar el cable de enfilado se utiliza un malacate secundario. (Fig. 27)

4. Una vez en el tablero, el segundo torón del obenque es asegurado al extremo del cable de enfilado. (Fig. 28)

5. Accionando el malacate, el segundo torón es tirado y así izado hacia el pilono corriendo dentro de la vaina de PEAD.

6. Mientras es tirado el torón, se enfila una pieza especial (fishing line, línea para pesca) desde el anclaje dentro del pilono, a la espera del torón.

7. Al llegar el segundo torón al extremo superior de la vaina, se asegura ahora este a al fishing line en espera. Queda liberado en este paso el cable del malacate.

8. Con la ayuda del fishing line, el torón es introducido en el anclaje pasivo en el pilono y acuñado en el lugar indicado. (Fig. 29) Para evitar entrecruzamientos, se respeta un patrón de ubicación de los torones en el anclaje. (Fig. 30) Este se utiliza tanto en el pilono como en el tablero.

FIGURA 27. ESQUEMA DE DESCENSO DE CABLE DE ENFILADO.

FIGURA 28. CONEXIÓN DEL EXTREMO DEL TORÓN AL CABLE DE ENFILADO DENTRO DE LA VAINA.

FIGURA 29. ANCLAJE PASIVO EN EL PILONO.

FIGURA 30. POSICIONAMIENTO DE TORONES EN LA CABEZA DE ANCLAJE.

TESADO

1. Se introduce el otro extremo del torón en el anclaje activo del tablero. Se respeta para esto el mismo patrón mencionado en el punto 8 de la instalación.

2. Una vez acuñado el torón, se procede al tesado con el gato monotorón. (Fig. 31)

FIGURA 31. TESADO DE LOS TORONES CON GATO MONOTORÓN.

VENTAJAS DEL MÉTODO TORÓN POR TORÓN

• Organización más homogénea de la mano de obra. Particularmente si el periodo de instalación de los cables es reducido con respecto al tiempo total disponible.

• Rapidez en el izado. La preparación (corte y preparación de vaina y los torones) puede realizarse fuera del camino crítico.

• Operaciones simples y repetitivas, de fácil asimilación para los operarios. • Equipamiento reducido y muy liviano. • Independencia del ritmo de trabajo del contratista. • Garantizar un paralelismo perfecto entre los torones. • Simplificación de las operaciones de medición.

Mediciones y terminaciones

Medición de las fuerzas y power seating

Una vez instalado cada obenque, y también luego de la instalación de la totalidad de estos, se procede a hacer la medición de las fuerzas resultantes. Para esto, se mide la fuerza de una cantidad representativa de torones al azar y se los somete al ensayo de lift-off. En este procedimiento, se despegan las cuñas de los torones por un instante y se mide así la fuerza presente. Para asegurar el anclaje de cada torón, se realiza el procedimiento denominado “power seating” sobre todas las cuñas instaladas. En este proceso, las cuñas reciben un empuje de una gran fuerza y así quedan “trabadas” evitando todo tipo de deslizamiento debido a variaciones de cargas o vibraciones (condiciones comunes en un puente). Debe tenerse en cuenta que las fuerzas de tesado alcanzan valores del orden del 30 al 45% de la capacidad a rotura del torón (GUTS), en lugar del 70 al 80% usuales en otras estructuras postesadas.

Colocación de los desviadores

Terminadas las operaciones sobre los torones, se continúa con la colocación de los desviadores tanto en el extremo activo como pasivo de los obenques.

Terminaciones

Como último paso, se realizó:

• Cierre de las vainas de PEAD en ambos extremos. • Colocación de los capots de protección. • Inyección de la grasa/cera de protección anticorrosiva.

Referencias

- Recommendations for Stay Cable Design, Testing and Installation, Post Tensioning Institute, Fifth edition 2007.

- Post Tensioning Manual, Post Tensioning Institute, Sixth Edition 2006. - VSL SSI 2000 Stay Cable System Brochure, VSL International ltd. 2010.

www.vsl.com - Strand by strand, the way up!, VSL News Magazine 2001-1, www.vsl.com