puentes mixtos.pdf

COLEGIO DE INGENIEROSDE CAMINOS,CANALES Y PUERTOS 30

ESTADO ACTUAL DE SU TECNOLOGA Y ANLISIS

Madrid 22-26 de enero de 2001

Direccin y Edicin: JULIO MARTNEZ CALZN

Comunicaciones y Mesas Redondas de las III Jornadas Internacionales

M.A. AstizP.R. Taylor

P. CruzM.E. GiulianiG. Hanswille

R. DuboisG.E. ThomasM. VirlogeuxM. ReventsJ.A. SobrinoJ. Manterola

J. Jimnez CaasJ. Martnez Calzn

G. CausseA. Martnez CutillasM. Gmez Navarro

H.G. DaunerJ.P. Lebet

G. SeidlP. Castro

N.J. GimsingT. ForsbergJ.J. Arenas

E. VivieroW. Kaufmann

F. MillaresP. Tanner

J.L. BellodH. Pommer

H. CorresP. CrespoJ.M. Gonzlez BarcinaR.P. JohnsonM. Martn PardinaM. SchlaichJ.L. Lpez RuizW. HoorpahF. Ramrez ChascoA. MonnickendamJ. Rui-WambaA.J. ReisJ. OrtzJ. PascualJ. BernabeuJ.M. CremerJ.Y. del FornoJ. CombaultD. FriotL. ViuelaV. de Ville de GoyetE. MirambellA. MarA. BerthellemyB. PluR. SaulJ. CalvoJ. Martnez SalcedoA. Kurita

Puentes Mixtos

C o l e c c i ns e i n o r

REINER SAULSocioLeonhardt, Andr und Partner GmbHLenzhalde 1670192 StuttgartAlemania

Remodelacin y reemplazo de grandes puentes metlicos y mixtos

53 Saul 17x24 03/07/2002 15:43 Pgina 897 (Negro plate)

899

1. Introduccin

Mientras en el pasado el mundo de la construccin estaba dominado por la construccin de rutas, ferroca-rriles, puentes y edificios nuevos, en las ltimas dcadas el mantenimiento, la remodelacin y el reemplazode estructuras existentes han logrado una importancia siempre ms grande.

La remodelacin y el reemplazo de puentes metlicos y mixtos son requeridos, en la vasta mayora de loscasos, por el incremento del volumen de trfico y de las cargas tiles y no por el envejecimiento o/y mante-nimiento malo. El en comparacin con puentes de hormign pretensado peso reducido permite elmontaje y desmontaje en secciones grandes y el uso de pilas y/o fundaciones existentes, lo que reduce losinconvenientes para los usuarios al mximo.

Se ha preferido mostrar sistemticamente la vasta gama de posibilidades en vez de profundizar unas pocas.

2. Remodelacin

2.1. Generalidades

Las remodelaciones aqu tratadas tienen la finalidad de duplicar el ancho til. Para esto hay bsicamente2 alternativas:

El puente existente se transforma en una calzada direccional y se construye un puente independien-te al lado para la otra direccin.

El puente existente se ensancha mediante el agregado o el intercalado de elementos nuevos.

2.2. Transformacin del puente existente en una calzada direccional

Ejemplo: Puente sobre el Rin Kln-Deutz [1], Fig. 1.

a) Historia del puente

El puente Kln-Deutz, construido en 1947-1948 sobre las fundaciones de un puente colgante derrumbadodurante la guerra, tiene luces de 132,1 184,5 120,7 = 437,3 m.

El ancho til de 20,6 m est compartido por 2 tranvas, automviles, bicicletas y peatones.

El puente est formado por:

la losa de hormign armado, directamente transitada, sobre

el tablero metlico, apoyado en

ribs tipo I distanciados entre s cada 730 mm

las vigas transversales y

la viga cajn tricelular con un ancho de 11,56 m. Su altura de construccin es 3,3 m en el centro delpuente y 7,8 m sobre las pilas, correspondiendo a esbelteces de L/56 y L/24 respectivamente.


REINER SAUL

900

Fig. 1. Puente sobre el Rin Kln-Deutz:a) Vista, b) Seccin original, c) Seccin remodelada


b) Concepto global del ensanchamiento del puente

El incremento del trnsito automotriz provoc diariamente congestiones sobre el puente impidiendo tam-bin el avance de los tranvas.

Para mejorar dicha situacin insostenible se decidi dar vas independientes al tranva y dos manos de doscarriles cada uno al trnsito automotriz, resultando, conjuntamente con las veredas y vas para ciclistas, unancho total de 32,6 m.

Dada la importancia del puente y del Rin como va navegable, el trnsito de tranvas, automviles y barcosno se pudo interrumpir durante todo el tiempo de construccin. Consecuentemente, se construy un puen-te nuevo aguas arriba del puente existente, que toma el trnsito dirigido de Kln a Deutz, y se remodel elpuente existente para tomar el trnsito dirigido de Deutz a Kln.

Las fases ms importantes de construccin eran:

1. Prolongacin de las pilas y remodelacin de los estribos.

2. Construccin del puente nuevo. Por la vecindad inmediata del puente existente, el puente nuevodeba tener la forma y la altura de construccin del puente existente, pero es normalmente de hor-mign pretensado B55 y LB45 en el centro de la luz principal.

3. Demolicin de las mnsulas aguas arriba del puente existente y desplazamiento del puente nuevo5,3 m hacia aguas abajo.

4. Remodelacin del puente existente.

c) Remodelacin del puente existente

Debido al concepto global resultaron las siguientes remodelaciones principales del puente existente:

demolicin de las veredas y colocacin de un canal de desage aguas arriba;

colocacin de rieles nuevos sobre durmientes en el borde aguas arriba;

eliminacin de los rieles de tranva ubicados en el centro del puente;

construccin de una defensa de hormign lavado y de un canal para cables entre la calzada y el tran-va;

reemplazo de la cubierta de la vereda aguas abajo de placas de hormign prefabricadas por unaestructura metlica. Para facilitar la adaptacin en obra, los ribs de la misma tienen luces rcord de7,5 m;

colocacin de una carpeta asfltica de 7 cm de espesor en la calzada;

reemplazo de las juntas.

2.3. Ensanche de puentes existentes

Ejemplo: Puente de autopista sobre el Rin Kln-Rodenkirchen [2], Fig. 2.

Dicho puente colgante, con luz principal de 378 m, fue construido entre 1938 y 1941. Despus de su bom-bardeo y destruccin en 1945, se reconstruy entre 1951 y 1954 con un tablero mixto. De 1990 a 1994, elancho del puente se duplic de 26,4 m a 52,8 m, agregndose un tercer plano de cables. Para evitar tensio-nes inadmisibles en el cable central, la losa de hormign fue reemplazada por una placa orttropa y las rios-tras transversales se modificaron en forma tal que parte de la carga permanente fue transferida desde el cablecentral a los dos cables externos.

Debido a este proceso, la ocupacin de terreno se pudo reducir al mnimo, lo cual fue decisivo para la acep-tacin pblica del ensanchamiento.

REMODELACIN Y REEMPLAZO DE GRANDES PUENTES METLICOS Y MIXTOS

901


REINER SAUL

902

Fig. 2. Puente de autopista sobre el Rin Kln-Rodenkirchen: a) Puente original, conjunto,b) Puente original, seccin del tablero, c) Puente original, torres,

d) Puente ensanchado, torres, e) Fases de construccin


3. Reemplazo

3.1. Generalidades

Los ejemplos para el reemplazo de puentes metlicos y mixtos tienen en comn que:

se siguen usando partes del puente original, p. ej. pilas, estribos y fundaciones y/o

los ejes del puente original y nuevo coinciden.

Segn las fases de construccin en el sentido transversal se distinguen:

empuje lateral de la seccin completa;

empuje lateral de la superestructura para una o ambas calzadas;

construccin de una calzada nueva a continuacin de la demolicin parcial del puente existente;

demolicin del puente existente y construccin del puente nuevo poco a poco;

procedimientos especiales que usan el puente existente para el montaje del puente nuevo y del puen-te nuevo para el desmontaje del puente existente.

3.2. Empuje lateral de la seccin completa

Ejemplo: Puente sobre el Rin Dsseldorf-Oberkassel [3], Fig. 3.

a) Historia del puente

El primer puente en dicho lugar, un puente en arco de hierro dulce, fue construido en los aos 1896/98.Tena dos luces principales de 181,25 m y un ancho til de 12,26 m. El incremento del trnsito oblig aaumentar su ancho til a 22,8 m en los aos 1925/26.

Destruido en el ao 1945, fue reemplazado por un puente provisional permanente, un puente de celosacon luces de 94,5 m y un ancho til de 12,5 m. Dicho puente no respondi a exigencias modernas en dospuntos esenciales:

situado en una curva del Rin, las luces reducidas significaron un peligro permanente para la navegacin;

el ancho de trnsito reducido, compartido por tranvas, automviles, ciclistas y peatones, provocabacongestiones importantes.

b) El puente nuevo

Las condiciones de borde fundamentales para el diseo del puente nuevo eran:

Debido a las interconexiones de trnsito existentes en las dos mrgenes de Rin, el eje del puente nuevotuvo que coincidir con el eje del puente existente.

Para dar abasto al trnsito futuro, se requirieron dos calzadas de dos carriles cada uno, dos veredas, dospistas para ciclistas y una franja central para tranvas, con posibilidad de ser transformado en subterrneo.

Dado que el puente es el nico que brinda trnsito de tranvas, la interrupcin del trnsito tuvo quelimitarse a un mnimo.

El puente nuevo tiene entonces las siguientes caractersticas principales:

longitud total de 590,75 m con una luz principal de 257,75 m;

ancho total de 35 m;

tablero metlico, formado por una viga cajn de tres clulas y losa orttropa;

cables dobles, cada uno formado por 7 cables cerrados con dimetros de 78 a 92 mm;

una torre metlica unicelular, con una altura de 100 m encima del tablero.


903


REINER SAUL

904

Fig. 3. Puente sobre el Rin Dsseldorf-Oberkassel: a) Puente en arco,b) Puente de celosa provisional, c) Puente nuevo, d) Seccin



905

Fig. 3. (Cont.) Puente sobre el Rin Dsseldorf-Oberkassel: e) Fases de construccin,f ) Pista de desplazamiento lateral en pila 6


REINER SAUL

906

Fig. 4. Puente de autopista sobre el valle del ro Werra: a) Vista, b) Seccin original, c) Puente nuevo, seccin total en las pilas, d) Seccin del puente ensanchado, f ) Fases de construccin


c) Construccin

Las fases de construccin principales fueron:

1. Construccin del puente nuevo 47,5 metros aguas arriba de su posicin definitiva, conexin con lasvas existentes mediante accesos provisorios y traslacin de trfico sobre el puente nuevo.

2. Demolicin del puente antiguo.

3. Construccin de las pilas y de los estribos nuevos en el eje definitivo y de las vas para el desplazamiento.

4. Desplazamiento lateral del puente nuevo en su eje definitivo y demolicin de las pilas, estribos yaccesos provisorios.

3.3. Empuje lateral de la superestructura para una o ambas calzadas

Ejemplo: Puente de autopista sobre el valle del ro Werra [4], Fig. 4.

Este puente de autopista cruza el valle de ro Werra con luces de 80 96 96 80 64 = 416 m y tena unancho total de 22,3 m y vigas de alma llena con canto de 6 m.

La intensificacin del trfico requiri a principios de los aos ochenta el ensanche del puente a 37,5 m. Lasnuevas superestructuras tienen una viga cajn trapezoidal y una losa de hormign armado longitudinalmen-te y pretensado transversalmente. El canto de 5,85 m corresponde a 1/16,4 de las luces ms grandes.

Al principio se construy la primera superestructura nueva para el trfico hacia el sur al oeste del puen-te existente y luego el trfico completo se desvi a la misma. Despus del desmontaje de las superestructurasviejas y la remodelacin de los estribos y de las pilas, la segunda superestructura nueva se pudo construir ensu eje definitivo. Despus, el trfico completo se desvi a la misma y la primera superestructura se rip trans-versalmente hasta su posicin definitiva.

3.4. Construccin de una calzada nueva a continuacin de la demolicin parcial del puente existente

Ejemplo: Puente de autopista Wilkau-Halau [5], Fig. 5.

El puente viejo, construido en 1938/39, cruza el valle del ro Zwickauer Mulde con luces de 69,9 110,0 110,0 99,0 99,0 99,0 88,0 = 674,9 m. La superestructura tena un ancho de 24,5 m, un canto de6,2 m = L/17,7 y 4 vigas principales de alma llena. Dado que la autopista adyacente no se haba habilitadototalmente, el trfico pasaba solamente por la calzada norte del puente.

El puente nuevo tiene un ancho de 30 m y, como en el caso anterior, dos superestructuras con viga cajn tra-pezoidal y un canto de 5,08 m = L/21,6. En un primer paso, el medio puente sin trfico fue desmantelado.Luego, la primera mitad de los estribos y de los cabezales de las pilas se adaptaron a la situacin nueva y elprimer medio puente se construy en su eje definitivo. El segundo medio puente y las partes correspon-dientes de estribos y pilas se construyeron como el primero.

3.5. Demolicin del puente existente y construccin del puente nuevo en pedacitos

Ejemplo: Puente Heinrich-Ehrhardt-Strae en Dsseldorf [6], Fig. 6.

a) El puente viejo

El puente Heinrich-Erhardt-Strae en Dsseldorf da paso a las rutas nacionales 1, 7 y 8 sobre la conexinferroviaria principal entre la cuenca del Ruhr y el sur de Alemania.

El puente viejo, construido en el ao 1909, era un puente de celosa metlica con una longitud total de 153,3 my con un ancho de la calzada de 10,5 m.


907


REINER SAUL

908

Fig. 5. Puente autopista Wilkau-Halau: a) Vista, b) Fases de construccin



909

Fig. 6. Heinrich-Erhardt-Strae en Dsseldorf: a) Puente viejo,b) Puente nuevo, vista, c) Puente nuevo, seccin, d) Fases de construccin


Daado durante la segunda guerra mundial y por corrosin, la capacidad portante del puente disminuya pesar de varias reparaciones y pilas auxiliares de emergencia en un grado tal, que el trnsito tuvo quelimitarse a dos manos y a la clase 30. Esto convirti el puente en un verdadero obstculo.

b) El puente nuevo

El diseo del puente nuevo fue determinado por las condiciones siguientes:

El eje del puente nuevo tuvo que coincidir con el eje del puente existente. Para el trnsito futuro serequirieron dos calzadas de tres carriles cada uno, dos veredas y dos pistas para ciclistas.

Dada la importancia del puente y del ferrocarril, el trnsito sobre y bajo el puente no se pudo inte-rrumpir de ninguna manera.

Cumpliendo con dichas condiciones se dise un puente atirantado con las siguientes caractersticas:

longitud total de 176,8 m con una luz principal de 88,8 m;

ancho total de 39 m;

cruce con el ferrocarril 30 vas con lneas areas bajo un ngulo oblicuo de 70;

tablero metlico, formado por tres vigas cajn y una losa orttropa;

cables formados por 8 cables cerrados de 78 mm;

torres con una altura de aproximadamente 15 metros sobre el tablero.

c) Construccin

La construccin del puente nuevo y la demolicin del puente existente se efectuaron segn las fases siguien-tes:

1. Demolicin de las veredas del puente existente.

2. Construccin de la parte surea del puente nuevo, por lanzado desde el estribo occidental.

3. Construccin de la parte nortea del puente nuevo en la misma forma.

4. Demolicin de la parte central del puente incluyendo pilas y estribos mediante una gra prticocirculando sobre las dos partes laterales del puente nuevo.

5. Construccin de la viga cajn cntrica. Una vez llevado a su posicin definitiva, las tres partes se aco-plaron y se soldaron entre s. Luego se posicionaron las torres y se montaron y tensaron los cables,liberndose as las pilas auxiliares.

3.6. Procedimientos especiales

Ejemplo: Puente ferroviario sobre el Schwarzbach cerca de Wuppertal [7], Fig. 7.

a) El puente viejo

Dicho puente, construido en 1885, cruza dos calles y viviendas en una altura de hasta 23 m. Las tres lucesprincipales fueron reconstruidos en 1928 con vigas en forma de vientre de pez.

Una corrosin fuerte requiri un saneamiento a fondo que se licit en 1980. Una empresa constructora ofre-ci como alternativa un puente nuevo.

b) El puente nuevo

El puente nuevo tiene dos vigas de alma llena con altura constante de 2,08 m L/15 y una losa ort-tropa.

REINER SAUL

910



911

Fig. 7. Puente ferroviario sobre el Schwarzbach cerca de Wuppertal:a) Vista, b) Seccin original, c) Seccin nueva


REINER SAUL

912

Fig. 7. (Cont.) Puente ferroviario sobre el Schwarzbach cerca de Wuppertal:d) Fases de construccin


c) Proceso de construccin

Debido a las calles y la edificacin existentes una reconstruccin con gras result imposible. Por lo tanto, elpuente nuevo se ha posicionado sobre el puente viejo y los dos se han unido por una rueda giratoria paragirarlos unos 180. Al final, el puente viejo sali sobre el puente nuevo.

Esto permiti reemplazar el puente en solamente 2 meses.

4. Resumen

4.1. Remodelacin

Los ejemplos para la remodelacin han demostrado que puentes metlicos pueden ser adaptados fcilmentea las necesidades modificadas del trfico. No obstante, si aparte de la remodelacin propiamente dicho serequieren refuerzos de envergadura se alcanza rpidamente un nivel de costo que hace una reconstruccinms econmica.

El diseo y el dimensionamiento del puente existente establecen tantas condiciones de borde que general-mente hay una solucin nica. Los costos de la remodelacin se pueden reducir sustancialmente si uno seabstiene de reforzar elementos de construccin que estn subdimensionados segn los cdigos adicionales,pero han quedado bien durante dcadas. Esto se puedo lograr por ejemplo mediante la reduccin de la cargatil o la consideracin de estados lmites. Esto aconseja licitar remodelaciones de envergadura no en base declculos preliminares sino de clculos definitivos controlados por un revisor independiente.

4.2. Reconstruccin

La reconstruccin de puentes sin interrupcin o con interrupcin de muy corto plazo del trfico es undesafo grande, tanto para el ingeniero diseador como para la empresa constructora. El en comparacincon puentes de hormign pretensado peso reducido de puentes metlicos y mixtos es una ventaja grande,pues permite el desmontaje y montaje rpidos en secciones grandes.

El ensanchamiento de muchas autopistas ha requerido, en los aos pasados, la reconstruccin de algunospuentes sobre valles. Tambin aqu, el peso reducido de puentes compuestos ha sido una ventaja decisiva:permiti mantener pilas viejas de mampostera en muchos lugares protegidas como monumentos deherencia cultural a pesar del ancho del puente ms grande [8]. Dado que el concepto de reconstruccindepende esencialmente de la capacidad portante de las pilas viejas, se recomienda tambin aqu una revisinindependiente antes de la licitacin.

4.3. Palabra final

La conservacin de la capacidad y durabilidad de puentes mediante remodelacin y reconstruccin es unrequerimiento de nuestra poca. Comparado con el diseo de puentes nuevos, dicha tarea parece a primeravista ms bien ingrata. Pero la multitud de condiciones de borde, dadas por el puente existente y la necesi-dad de mantener el trfico, convierten la remodelacin y la reconstruccin de puentes en un trabajo inge-nieril exigente y atrayente. Muchas veces requiere desviarse de las normas establecidas para puentes de todoslos das y reflejar las bases de diseo totalmente de nuevo.

Bibliografa

[1] Leonhardt, F.: Die neue Straenbrcke ber den Rhein von Kln nach Deutz. (El nuevo puentecarretero sobre el Rin de Kln a Deutz), Die Bautechnik 26, 1949, pp. 193-199, 269-275, 306-315;y 332-338.


913


Andr, W. y Falkner, H.: Die Nachkriegsgeschichte der Rheinbrcke Kln-Deutz. (La historia post-guerra del puente sobre el Rin Kln-Deutz), Bauingenieur 54, 1979, pp. 306, 307.

Knop, D.: Die Verbreiterung der Rheinbrcke Kln-Deutz. (El ensanchamiento del puente sobre elRin Kln-Deutz), Beton-Informationen, 1979, tomos 2 y 3.

Zellner, W. y Saul, R.: ber Erfahrungen beim Umbau und Sanieren von Brcken. (Acerca experien-cias con la remmodelacin y el saneamiento de puentes), Bautechnik 62, 1985, pp. 51-65.

[2] Modemann, H.J., Rooser, W. y Hanesel, J.: Extention of the Rhine Bridge at Cologne-Rodenkirchen.(Ensanchamiento del puente sobre el Rin Kln-Rodenkirchen), Structural Engineering International3/91, pp. 41-46.

[3] Beyer, E., Volke, E., von Gottstein, F., Ramberger, G.: Neubau und Querverschub der RheinbrckeDsseldorf-Oberkassel. (Reconstruccin y desplazamiento lateral del puente sobre el Rin Dsseldorf-Oberkassel), Der Stahlbau 46, 1977, pp. 65-80, 113-120, 148-154 y 176-188.

[4] Deutsche Bundesbahn/Niederschsische Straenbauverwaltung/Leonhardt, Andr und Partner GmbH:Beratung fr die Gestaltung der Werratalbrcken Hedemnden. (Consultora para el diseo arquitectnicodel puente sobre el valle del ro Werra cerca de Hedemnden.)

Rabe, D.: Um- und Ausbau der Autobahnbrcke ber das Werratal. (Remodelacin y ensanchamine-to del puente de autopista sobre el valle del ro Werra). Baustatik-Baupraxis, 4, pp. 14.1-14.24.

[5] Autobahnamt Sachsen, Krebs und Kiefer GmbH: Ausschreibungsunterlagen fr die Talbrcke Wilkau-Halau. (Bases de licitacin para el puente de autopista Wilkau-Halau). Dresden, 1993.

[6] Beyer, E. y von Gottstein, F.: Ersatz von drei Straenbrcken in Dsseldorf ohne Verkehrseinschrnkung,Bauingenieur, 59, 1984, pp. 27-37.

[7] Gerhards, K., Rademacher, C.-H. y Ramberger, G.: Die Erneuerung der Schwarzbachtalbrcke (Larenovacin del puente sobre el Schwarzbach). Bauingenieur, 57, 1982, pp. 473-481.

[8] Leonhardt, F.: Zur Tragfhigkeit alter Brckenpfeiler mit Natursteinvermauerung. (Acerca de la capaci-dad portante de pilas de puente viejas con mampostera), Bauingenieur, 58, 1983, pp. 447-451.

REINER SAUL

914


puentes mixtos.pdf

Documents