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VI CONGRESO DE 1/10
Realizaciones: puentes y pasarelas
PUENTE EN CASTIELFABIB – REHABILITACIÓN DE UN PUENTE ARCO
DE SILLERÍA CON MICROPILOTES Y PRETENSADO
Proyectos y realizaciones: puentes
Pablo VILCHEZ
Ingeniero industrial
FREYSSINET S.A.
Ingeniero DT
Ricardo MASSON
Ingeniero civil
FREYSSINET S.A.
Ingeniero DT
Patrick LADRET
Ingeniero superior
FREYSSINET S.A.
Director Técnico
José Antonio Martínez
Ingeniero Técnico Industrial
FREYSSINET SA
Jefe de obra
Palabras clave: arco, sillería, refuerzo, reparación, micropilotes, pretensado
1. Introducción
1.1. Descripción de la estructura
En el PK 5+150 de la CV-470 se encuentra el paso superior que permite el cruce del barranco
situado en la comarca de Ademuz, en el término municipal de Castielfabib, correspondiente a la
Diputación de Carreteras de Valencia.
Se trata de un puente arco de sillería que se eleva 13,10 m sobre el fondo del barranco. La
longitud de la estructura de fábrica es de unos 48 m, presentando un arco de medio punto central
de 4 m de luz. Los estribos, también de sillería, sobre los que apoya el arco, tienen sus
paramentos ligeramente inclinados, a modo de contrafuertes.
Figura 1: Alzado. Grieta entre bóveda y tímpano
1.2. Descripción de los daños
En las inspecciones realizadas en octubre de 2011 se observaron las siguientes anomalías:
fisuras muy abiertas en planos verticales longitudinales en la unión del tímpano (de 6-10 cm de
espesor) y la bóveda, y entre los contrafuertes y el tímpano (ver Figura 1).
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Conforme análisis estructural del estado previo a la reparación, la causa más probable de las
fisuras formadas han sido los empujes horizontales del relleno sobre los tímpanos, incrementados
gradualmente por el tráfico, lógicamente creciente con el transcurso del tiempo.
1.3. Análisis de posibles causas
La hipótesis inicial de que la causa de las fisuras y grietas fueron los empujes del relleno quedó
confirmada por análisis estructural realizado con un modelo formado por elementos finitos del tipo
shell (tímpanos y bóvedas) y elementos sólidos (relleno). El modelo fue calibrado para obtener en
la base de los tímpanos el mismo empuje real de Rankine bajo carga uniforme. Sobre dicho
modelo se aplicaron las cargas concentradas conforme a IAP-98, puesto que ésta era la normativa
vigente en la fecha de presentación del anteproyecto. El módulo de elasticidad del relleno,
coeficiente de Poisson y peso específico fueron estimados a partir de ensayos geotécnicos.
En la estructura real, las tracciones horizontales son resistidas por el esfuerzo rasante entre
bloques de fábrica, generado por la carga normal vertical y el rozamiento. Las grietas observadas
entre tímpanos y bóveda se deben al eventual desequilibrio entre empujes y rasantes.
Este estado de tensiones ha aparecido gradualmente, a medida que el relleno era compactado por
las acciones repetitivas del tráfico, creciente con el paso del tiempo.
Las grietas pueden haber sido amplificadas por filtraciones posteriores, que suelen arrastrar
material de los rellenos. Las sales de carbonato de calcio observadas en las superficies de la
bóveda y muros son indicativas de estas filtraciones.
Figura 2: Análisis estructural bajo solicitaciones frecuentes
En la Figura 2 puede observarse que en el modelo de cálculo la tensión normal alcanza un valor
máximo de tracción en la unión bóveda – tímpano de F11k,max = + 326 kN/m.
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Debido a la ligera excentricidad del tráfico que supone la presencia de una acequia en uno de los
laterales del tablero, el desplazamiento transversal de la estructura se concentra cerca de la unión
bóveda - tímpano del otro alzado, muy cercano a los carriles.
Las tensiones ofrecidas por el modelo de cálculo corresponden al estado inicial; pese a no contar
con las relajaciones que debieran introducirse para un análisis más riguroso, sí nos proporciona
información suficiente del origen del problema (empujes de tierra bajo tráfico).
1.4. Estudio de alternativas de reparación
Se presentaron a la Diputación de Carreteras de Valencia las siguientes alternativas para la
reparación:
1. Reforzar los tímpanos y la bóveda con una capa de hormigón armado proyectado con grapas
de conexión a los sillares existentes, y bulones transversales en los tímpanos para equilibrar el
empuje. El hormigón estructural sería a continuación revestido con sillares para conservar la
estética de la estructura.
Esta es una solución que puede ser la más indicada en los casos como los siguientes:
a) No hay posibilidad de cortar el tráfico.
b) La estructura se encuentra muy cerca del colapso (pues es la solución de rápida
ejecución).
c) La estética es un factor secundario frente a la importancia del puente como medio de
producción del conjunto de empresas atendidas por la carretera, y como medio de
transporte público en general. Es decir, se trata de una estructura que no forma parte del
patrimonio histórico.
2. Ensanchar la calzada con un nuevo tablero de hormigón pretensado que apoyase en unos
cabezales soportados por micropilotes. El principio de esta solución es el de descargar los
tímpanos de los arcos de las acciones del tablero, de tal modo que solo tengan que soportar su
peso propio.
3. Descargar bóveda y tímpanos conforme a la alternativa anterior sin ensanchar la calzada, sin
afectar a la estética del puente y manteniendo los muretes de contención actuales. Se ejecutaría
un tablero de hormigón pretensado de 4,7 a 5 m de ancho y, como para la alternativa anterior,
apoyado en cabezales soportados por micropilotes.
1.5. Solución adoptada
El cliente optó por la tercera solución, al ser la alternativa que mejor aunaba el refuerzo estructural
y la conservación de la estética, por lo que se procedió a realizar los correspondientes planos y
documentos del proyecto de ejecución.
2. Desarrollo de la solución
2.1. Refuerzo estructural
Se proyectaron dos actuaciones principales:
a) Retirada parcial de tierras sobre la zona del arco con el objeto de reducir empujes de peso
propio.
b) Construcción de un puente integral o pórtico formado por un tablero apoyado en cabezales
cimentados por medio de micropilotes:
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El tablero está constituido por una losa de hormigón de 40 cm de canto y 12,0 m de longitud
apoyado sobre micropilotes por medio de encepados, con la función de eliminar las sobrecargas
actuales sobre el relleno y por tanto su empuje sobre los tímpanos (ver Figuras 3 y 4). También se
consiguió una reducción de las acciones permanentes al eliminar la calzada existente y parte del
relleno bajo ella, sobre tímpanos y bóveda. La losa se ejecutó en hormigón HP-30/B/20/IIa, y lleva
un pretensado longitudinal de 12 tendones 4C15,2 (4 cordones adherentes no autoprotegidos de
140 mm2), en acero Y 1860 S7. El trazado es fundamentalmente recto, situado a 8 cm de la cara
inferior de la losa, y subiendo al centro de gravedad de la misma en sus dos extremos mediante
sendas transiciones parabólicas en los 2,0 m finales de cada lado. El tesado se realizó de manera
individual cordón a cordón mediante gato unifilar.
Los micropilotes, de unos 30 m de longitud, tienen un diámetro de perforación de 185 mm, con
camisa metálica en acero S-355 de diámetro 127 mm y espesor 8 mm. El sistema de inyección fue
repetitiva – selectiva (RS). Se anclan en los macizos laterales al arco hasta el sustrato con una
capacidad portante suficiente.
2.2. Reparaciones de sillería y actuaciones de durabilidad y estética
Otro trabajos adicionales propuestos fueron: sellado e inyección de fisuras, de juntas abiertas y de
grietas en los muros (para evitar fugas de relleno), incluidos los muros ataludados de los laterales,
relleno del material perdido por medio de la mismas inyecciones (por bataches en altura y sin
presión para no ocasionar sobresfuerzos de empujes), mejora de las condiciones de drenaje
(instalación de drenes, sustitución parcial en accesos de la base actual por un espesor de 20 cm
de hormigón en masa), reposición del pavimento, corrección de pendientes, impermeabilización
de acequia, etc.
2.3. Adecuación a normativa
Queda pendiente para completar la adecuación del puente a los requisitos vigentes en seguridad
frente a impacto lateral de vehículos, el ensanche del conjunto a 8,0 m, incluidos los tramos de
acceso, para, de este modo, posibilitar la instalación de pretiles metálicos H2 conforme la Orden
Circular 2872009 del Ministerio de Fomento (ver secciones longitudinal y transversal con pretiles
conforme a OC23/2008 en la Figura 3).
Figura 3: Sección longitudinal y transversal
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Esto podría ser objeto de una actuación futura; no se llevó a cabo durante esta fase de ejecución
debido en parte a que no acabó de resolverse por la propiedad la problemática entre adecuación
completa a normativa y conservación estética y del patrimonio. No obstante, en el diseño de la
cimentación de micropilotes se previó esta posibilidad, de tal modo que la futura ampliación y
adecuación a normativa fuese posible con una reducida afección a la estructura y su operatividad
(solo se requerirían cortes alternos a cada lado e independientes).
2.3.1. Análisis estructural de los nuevos elementos
2.3.1.1. Modelo estructural
El modelo de cálculo empleado se compone de tres conjuntos de elementos finitos
isoparamétricos, correspondientes a cada parte de la estructura (ver Figura 4):
a) Tablero: modelización mediante elementos finitos tipo shell de 4 nodos.
b) Encepados: modelización mediante elementos finitos tipo shell de 4 nodos.
c) Micropilotes: modelización mediante elementos finitos tipo frame de 2 nodos.
Figura 4: Modelo de cálculo en SAP2000
En la Figura 5 se puede observar la introducción del pretensado en el modelo de cálculo.
Figura 5: Modelización del pretensado
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2.3.1.2. Metodología de cálculo
El modelo de cálculo empleado, desarrollado con el programa SAP2000 v15.1, posibilita
determinar las solicitaciones pésimas bajo cargas permanentes, variables, combinaciones y
envolventes tanto en servicio (ELS) como en rotura (ELU). La interacción estructura - terreno se
materializa en el mismo modelo mediante la introducción de apoyos elásticos horizontales de
rigidez compatible con las características del terreno indicadas en el informe geotécnico: para el
Nivel I (relleno granular consolidado) se adopta un coeficiente de balasto horizontal de 20000
kN/m3 (2,0 kg/cm3); en el Nivel II se considera de los micropilotes en su base vista la gran
resistencia del material (los momentos obtenidos resultan despreciables).
En las Figuras 6 y 7 siguientes se muestran resultados del cálculo tanto del nuevo tablero como
de los micropilotes.
Figura 6: Momento flector positivo en el tablero
Figura 7: Axiles en micropilotes
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3. Procedimiento de ejecución
Los trabajos de refuerzo y rehabilitación del puente se ejecutaron de acuerdo con las siguientes
fases:
3.1. Fase 0: Estado actual
Se realizó una inspección preliminar para localización e identificación de los daños principales.
Figura 8: Estado inicial
3.2. Fase 1: Actividades iniciales
Bajo este epígrafe se recogen las siguientes tareas:
Desbroce del barranco para despejar los paramentos en toda la longitud del puente.
Corte del tráfico sobre el puente con barreras de seguridad y señalización.
Replanteo topográfico y ejecución de micropilotes desde el tablero actual.
Limpieza de paramentos (retirada de vegetación, raíces, elementos sueltos, etc.).
Demolición del pavimento.
Excavación y transporte del material a vertedero. Se puso especial atención en dejar al menos 2,5
m de altura de tierras sobre la clave para no eliminar la autoestabilización que suponía el efecto
arco del terreno. El vaciado se realizó por capas, de forma simétrica desde el centro hacia los para
evitar cargas asimétricas sobre el arco.
Figura 9: Excavación con descubrimiento de micropilotes
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Ejecución de los drenes de fondo y la capa de hormigón de limpieza.
3.3. Fase 2: Reparación de muros, arcos y bóveda y ejecución de cimentaciones de refuerzo
En esta segunda fase se acometieron en paralelo las tareas de reparación de la estructura de
sillería y la ejecución de la cimentación del nuevo tablero:
Saneado de paramentos de sillería y sellado de grietas (ver Figuras 10 y 11).
Inyección de grietas y relleno perdido.
Rejuntado general.
Ejecución de encepados: encofrado, ferrallado y hormigonado (ver Figura 12).
Figura 10: Saneado de paramentos de sillería
Figura 11: Sellado de grietas
3.4. Fase 3: Ejecución del nuevo tablero
Montaje del sistema desmontable de apeo del nuevo tablero: sobre el fondo de excavación se
levantó una serie de puntales cortos que sostenían el encofrado perdido de prelosas del nuevo
tablero.
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Figura 12: Pasos de hombre en encepados y conexión a losas
Encofrado del tablero.
Colocación de armaduras pasiva y activa.
Hormigonado de la losa del tablero de 40 cm de espesor.
Tesado de los tendones con gato monocordón.
Comprobación de alargamientos e inyección de tendones y cajetines de tesado.
Figura 13: Ejecución de tablero con losa pretensada
Desmontaje del apeo del tablero: cuando se tesa el tablero, éste se levanta, pasando a apoyarse
sobre los encepados y descargando el apuntalamiento de encofrado. Al existir dos pasos de
hombre (en los extremos del tablero), se accedió a través de ellos a la cara inferior de la losa para
proceder a la retirada del apuntalamiento, y así evitar que en el futuro pudiera haber alguna
transmisión de cargas de tablero (permanentes o variables) al relleno entre tímpanos.
Ejecución de losas de acceso (ver detalle de conexión en Figura 12).
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3.5. Fase 4: Acabados
Finalmente se llevaron a cabo los trabajos de asfaltado del nuevo tablero y ejecución de
acabados, quedando el puente con un aspecto como el que se muestra en la Figura 15.
Figura 14: Estado final tras refuerzo y reparación – Vista inferior
Figura 15: Estado final tras refuerzo y reparación – Vista superior