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TÓPICO X – Dispositivo de Descarga de Vigas Cabezales para la reparación de Puentes de Hormigón Armado.

Título del Artículo

Ing. José Herminio Díaz Ferrer1,a, Ing. David Fontecilla Lora2,b y Ing. Rafael Lugo-Viña Rubio3,c

1 Muralla 211 entre Cuba y Aguiar, Habana Vieja, Ciudad de la Habana, Cuba. Departamento de Puentes, Empresa de Proyectos de Obras del Transporte (EPOT), MICONS.



a [email protected], b [email protected], c [email protected]

Palabras-clave: Dispositivo de Descarga, Vigas Cabezales, Gatos Hidráulicos, Viga Armada, Tensores y Equilibradores, Disponibilidad técnica. Resumen. Debido a la necesidad de tener que descargar algunas de las Vigas Cabezales de los Puentes de Hormigón Armado para su reparación, se hace necesaria la construcción de un dispositivo de descarga, el cual cuenta con: Gatos Hidráulicos; Elemento Principal o Viga Armada; Vigas o Cargaderas Transversales; Tensores y Equilibradores. La ejecución de la descarga del Cabezal garantiza que el elemento quede libre de grandes tensiones, siendo el momento de proceder con la reparación, una vez adquirida la resistencia de diseño de los morteros o del hormigonado se procede a cargar permitiendo que el material de reparación se integre al existente y trabaje para recibir las cargas del tablero y las que puedan aparecer. El trabajo propone una variante por la parte superior del Tablero. Como resultado se realizó un proyecto para el empleo inmediato en la reparación de puentes, hasta el momento no se contaba con un Dispositivo de Descarga que cumpliera con los requisitos exigidos. Su funcionamiento justifica su uso al 100%, su empleo es tantas veces como sea necesario en una obra o en cualquier otra de igual geometría. Debido a que trabaja por encima del tablero se simplifica su emplazamiento, no siendo necesario cimentaciones nuevas. Para su fabricación se logró adecuar a los materiales existentes. Se han reparado más de 5 Vigas Cabezales las cuales presentaban fallos a cortante y deterioro del acero principal a flexión, permitiendo inyectar las grietas, colocar estribos adicionales y restituir la sección transversal con morteros especiales.


Introducción • Generalmente en los Cursos de Reparación de Estructuras de Hormigón

Armado en los cuales se emplea el hormigón para reparar una columna o una viga, se plantean los siguientes pasos:

1. Se trata de descargar la columna o la viga al máximo. 2. Demoler el hormigón suelto en las zonas dañadas. 3. Limpiar las superficies. 4. Pasivar los aceros. 5. Aplicar una masilla epóxica adecuada para unir los dos

hormigones. 6. Proceder al hormigonado de la nueva sección.

• En el curso se detallan los pasos del 2 al 6 y solo se nombra el paso No.1. Esta simplificación hace que a este paso (el No.1) no se le preste una adecuada atención y se menosprecie su importancia ya que llevarlo a la práctica es difícil y por lo tanto ante una reparación no se ejecuta.

Importancia del tema. • En toda Estructura de Hormigón Armado que se vaya a reparar se debe

analizar la forma en que las cargas llegan a ella, con el objetivo de proceder a descargar la misma, con esto se evita un fallo estructural durante los trabajos de mejora y después trabaja de conjunto el material aportado.

• Dentro de la situación problemática (convergencia de muchos problemas a la vez) para la reparación del Puente en la Vía Blanca sobre el río en Boca de Jaruco, se hace necesario reparar las Vigas Cabezales las cuales presentan desconchados y pérdida del recubrimiento con aceros expuestos oxidados por su parte inferior prácticamente en toda su longitud entre otros daños. Aplicando el ABC (pasos de la reparación) explicado anteriormente se hace necesaria la siguiente pregunta: ¿Cómo poder realizar el proceso de Descarga del Cabezal para proceder a su reparación?

Objetivo del trabajo. • Proceder a la descarga de la Viga Cabezal liberándolo de la acción de

apoyo de 6 Vigas Longitudinales y la Losa de Tablero que tributan a esas 6 vigas.

• Sensibilizar y Concientizar a entidades Inversionistas, Constructoras y otras que tengan que ver con la obra en la necesidad de proceder a ejecutar la descarga de la Viga Cabezal para realizar su reparación.


Desarrollo del trabajo.

Análisis Teórico.

Si tenemos una estructura, digamos una Viga la cual está bajo las cargas actuantes, cualquier desconchado junto con la pérdida de la adherencia entre el hormigón y el acero hace que este último se deforme y por lo tanto deja de resistir a las cargas y al final no trabaja.

Si procedemos a la reparación en esas condiciones por muy buenos materiales que empleemos no recuperamos la capacidad resistente del hormigón armado con la que inicialmente fue diseñado, no hemos hecho nada, gastamos recursos, dinero y tiempo, etc., damos un colorete y el problema sigue latente, oculto y peligroso.

Si inicialmente por el contrario nos ocupamos de descargar la Viga [1], todo el acero de refuerzo se relaja, una vez que se haya reparado y el hormigón alcance su resistencia al cargar la viga nuevamente se produce un trabajo de conjunto entre acero y hormigón para resistir las solicitaciones.

Es de suma importancia entender este problema que es fruto del desarrollo del conocimiento que rompe con las rutinas de trabajo que se han venido ejecutando a lo largo de los años.

Disponibilidad Técnica.

Para ejecutar el trabajo se prevé la construcción de un dispositivo de descarga, el cual cuenta dentro de sus elementos Gatos Hidráulicos los cuales se desconocían su existencia. Luego de varias indagaciones, se cuenta con varios tipos de gatos entre ellos de 100 t que son los que nos interesan, lo que hace posible la descarga de la Viga Cabezal.

Figura 1: Gatos Hidráulicos.


Breve descripción del puente.

• El puente de Boca de Jaruco es de hormigón armado con un esquema estático longitudinal de vigas isostáticas, con 15 luces de 14.00 m y el tramo Gerber formado por 2 luces de 23.00 m y la luz central de 28.00 m (7.00+14.00+7.00), siendo la longitud total de 284.00 m. La altura del mismo oscila de 6 a 14 m. [2]

• El trazado en planta es recto y su sección transversal está formado por una losa de hormigón fundido in situ con 11 vigas de 13.85m de longitud y un ancho de tablero de 16 m. La carpeta es de hormigón asfáltico, el tablero posee un separador central de hormigón.

• Las pilas están formadas por el cabezal de hormigón armado y este se apoya sobre 3 columnas de hormigón armado. Los estribos son de hormigón del tipo cerrado.

• Pretiles de Hormigón Armado y barandas de aluminio.

Figura 2: Media Sección Transversal del Puente.


Daños principales del Puente. [3]

Figura 3: Daños en Vigas Cabezales. Acero expuesto oxidado.

Figura 4: Daños en Vigas Cabezales. Grieta a cortante.


Estudio de Variantes. [4] [5]

Se analizaron 2 formas de abordar la Descarga de la Viga Cabezal:

a.- Descarga de la Viga Cabezal por debajo de ella. b.- Descarga de la Viga Cabezal por la parte superior de la Losa de Tablero.

Condicionales:

• La descarga de la Viga Cabezal se hará hasta que se levante el peso propio sobre ella para evitar la rotura de la Losa de Tablero. Consistirá en quitarle el peso propio de 6 Vigas Longitudinales que apoyan con sus correspondientes Losas de Tablero adyacentes.

• La carga accidental (vehicular) se eliminó al cerrar a la circulación de vehículos la mitad del puente.

• La deformación de la estructura debe de ser mínima, se tomará 1 mm.

a.- Descarga de la Viga Cabezal por debajo de ella.

En el análisis realizado por la parte inferior se propone una estructura con una columna central la cual en su parte superior se deriva en dos lados para sostener la viga principal donde van los gatos (2) que son los que trasmiten la carga a las vigas del puente a través de 2 madrinas. La estructura lleva además unos arriostres a las columnas y a las madrinas. La altura de la estructura de las columnas es variable, en función del apoyo que se este trabajando. La cimentación es aislada y superficial, en ocasiones se podrá apoyar sobre hormigón y en otras sobre el suelo. Será necesario hacer el montaje de la estructura con los gatos ya sea con grúa o con winche.

b.- Descarga de la Viga Cabezal por la parte superior de la Losa de Tablero.

En esta variante se propone construir una Viga que apoye sobre los gatos que a su vez están sobre las columnas del puente con el objetivo de aprovechar la misma para trasmitir la carga al cimiento existente. A través de vigas transversales se atirantan y suspenden las vigas del puente que queremos que no descarguen sobre el cabezal. Esta solución es la misma para cualquier cabezal del puente, es independiente de la altura de las columnas. Se valoraron 2 alternativas, una Viga Armada formando un perfil “I” y una armadura (cercha) conformada con perfiles.


Selección de la Solución.

La variante a desarrollar será la Descarga de la Viga Cabezal por la parte superior de la Losa de Tablero. De las 2 alternativas analizadas se escogió la de la Viga Armada por ser más sencilla su fabricación que la de la Cercha, ya que la construcción de los nudos es trabajosa ya sea por tornillos o con soldadura.

El dispositivo en cuestión se ejecutará con acero estructural como material de construcción y constará de cinco partes fundamentales que serán:

a.- Gatos hidráulicos. b.- Elemento principal o viga armada de 6.00 m de longitud, alma de 10 mm, patines de 20 mm de espesor, ancho de 450 mm y altura total de la viga 1.28 m. c.- Vigas o cargaderas transversales con perfiles [ ] 30, que en número de seis se colocarán sobre el patín superior del elemento principal. d.- Tensores en los extremos de estas cargaderas con barras de 1", que en número de doce se encargarán de trasmitir las reacciones de apoyo, que las vigas del tablero ejercen sobre los cabezales de las pilas que necesiten reparación, a los dos gatos hidráulicos, estos a su vez trasmitirán dichas cargas a las columnas contiguas. Estos tensores o barras verticales estarán atornillados en sus extremos superiores, a las vigas o cargaderas transversales y en sus extremos inferiores a los pasadores con perfiles [ ] 30 (Yugos), que abrazarán a las vigas del tablero del puente, que se necesitan neutralizar o excluir de los cabezales. e.- Equilibradores con [ 30 en número de cuatro servirán como patas equilibradoras mientras el dispositivo no trabaje.

Figura 5: Dispositivo de Descarga. Proyecto, Isométrico.


Figura 6: Colocación del Dispositivo de Descarga sobre Viga Cabezal. Proyecto, Elevación Longitudinal.

Figura 7: Colocación del Dispositivo de Descarga sobre Viga Cabezal. Proyecto, Elevación Transversal.


Conclusiones.

• Se logró realizar un proyecto y su ejecución que permite la descarga de la Viga Cabezal descargándola de 6 Vigas Longitudinales y la Losa de Tablero que tributan al Cabezal.

Figura 8: Colocación del Dispositivo de Descarga sobre el Puente. Ejecución.

Figura 9: Colocación del Dispositivo de Descarga sobre el Puente. Sección transversal.


Figura 10: Dispositivo de Descarga sobre el Puente. Bomba de inyección y Gatos Hidráulicos.

Figura 11: Vista de los yugos por la parte inferior del tablero.


• Al ejecutar la descarga de la Viga Cabezal para realizar su reparación,

se recupera la capacidad resistente del hormigón armado, por lo tanto le damos un uso racional, eficiente y eficaz a los recursos, dinero y tiempo empleados. Esperamos con esto Sensibilizar y Concientizar a entidades Inversionistas, Constructoras y otras que tengan que ver con la obra en la necesidad de proceder a ejecutar la descarga de la Viga Cabezal para realizar su reparación.

• Este tipo de trabajo no se había realizado en nuestro país, esta ha sido la primera oportunidad.

• Desde el punto de vista económico, estos trabajos son gastos adicionales que antes no se realizaban, pero se logra alargar la vida útil del puente, no teniendo que caer en la construcción de un nuevo puente cuyos gastos serían inmensos, a la larga se ahorran recursos importantes y se recuperan estructuras de forma segura. En la selección de la variante influyó la cuantía económica del dispositivo (menos estructura, no cimentación, montaje sencillo), su capacidad de aplicación sin variación y la sencillez en su fabricación comparada con la otra variante.

Bibliografía.

• [1] Paulo Helene, Fernanda Pereira (editores): Manual de Rehabilitación de Estructuras de Hormigón. Reparación, Refuerzo y Protección. Proyecto de Difusión Tecnológica. CYTED. Sao Paulo Septiembre de 2003.

• [2] Actualización del P.T.E. Reparación del Puente de la Vía Blanca S/Río Jaruco. EPOT, Octubre del 2007.

• [3] Dr. Gustavo Taylor Hernández, Msc.Ing. Luis Lazo Varela, Lic. Hedí Rodríguez Día: Manual para la Inspección y Conservación de Puentes de Hormigón Estructural.

• [4] NC 53-125: 84. Puentes y Alcantarillas. Especificaciones de Proyecto y Métodos de Cálculo.

• [5] NC 250: 2005. Requisitos de Durabilidad para el Diseño y Construcción de Edificaciones y Obras Civiles de Hormigón Estructural.

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