00- Estudio Deformaciones Vigas Pref Continuas

PROYECTO O TESINA DE ESPECIALIDAD Ttulo Estudio de la influencia de las deformaciones impuestas en el proyecto de puentes integrales de ferrocarril. Autor/a Yeray Salv Lpez

Tutor/a Enrique Mirambell Arrizabalaga

Departamento 706 - Ingeniera de la Construccin (DEC)

Intensificacin Anlisis y Proyecto de Estructures

Fecha Noviembre de 2010

Resumen

ESTUDIO DE LA INFLUENCIA DE LAS DEFORMACIONES IMPUESTAS EN EL PROYECTO DE PUENTES INTEGRALES DE FERROCARRIL

Autor: Yeray Salv Lpez Tutor: Enrique Mirambell Arrizabalaga (DEC, UPC)

RESUMEN

Durante losltimosaosenEspaa seestndiseandoyejecutandopuentesque tiene como

principal caracterstica el monolitismo estructural a diferencia de sus predecesores puentes

convencionales. El inters de los ingenieros y administraciones por esta tipologa estructural

reside en las grandes ventajas que estos ofrecen para un determinado rango de puentes que

comprendeelmayornmerodeestasconstrucciones.Enpasesconunamayorexperiencia,tanto

desde el punto de vista constructivo como tcnico y de diseo en esta tipologa estructural

EEUUyReinoUnidoentrelosprincipalesseconstatanlosbeneficiostcnicos,porsurespuesta

estructural, y econmicos que representa la supresin de los aparatos de apoyo y juntas de

dilatacin, en medida de lo posible. No obstante, dicha experiencia reside esencialmente en

puentes de carretera y la gran variedad de soluciones manifiesta an incertidumbres sobre

criteriosdediseoespecficosqueinfluyenensucomportamientoenservicio.

Lastradicionalesjuntasdispuestasestratgicamentealolargodelalosaestructuralylosaparatos

de apoyo entre la misma y los elementos verticales (pilas y estribos) permiten a la

superestructura absorber las deformaciones impuestas (retraccin, fluencia y variaciones de

temperatura) y liberarse de los incrementos de esfuerzos hiperestticos durante su vida til.

Contrariamente,en lasestructura integralesdebidoasumayorgradodehiperestatismo,deben

conocerseyevaluarsedemanerarigurosayfidedignalosefectosdelasdeformacionesimpuestas

paraasegurarunadecuadocomportamientodelpuenteenservicio.Paraello,deberecurrirse a

estrategiasdeclculonolineales,debidoalareologadelosmaterialesyalefectodiferidodela

retraccinyfluenciadelhormign.

Elconocimientodelcomportamientorealdeestasestructurasyelusodemodelosadecuadosen

suanlisispermitirndetectar lasposiblesproblemticas inherentesa la tipologaen cuestin,

confirmar labondaddeunasolucindeproyecto integralosemiintegralyestablecerbasesde

diseo y construccin para lograr estructuras ms eficientes estructural y econmicamente.

Adems,eldesarrollode laAltaVelocidadenEspaay lacarenciadeunaguadediseopara

Puentes Integrales de Ferrocarril plantea la necesidad y fomenta el inters de su estudio.

Resumen

STUDY OF THE EFFECTS OF THE IMPOSED DEFORMATIONS ON THE DESIGN OF INTEGRAL RAILWAY BRIDGES.

Author: Yeray Salv Lpez Tutor: Enrique Mirambell Arrizabalaga (DEC, UPC)

ABSTRACT

Duringtherecentlastyearstheinterestinanewtypologyofbridges,whichareknownasIntegral

abutmentbridgesor Jointlessbridges,hasgrown inSpainamong thebridgeengineersand the

administrations.Thesearedesigned,unliketheconventionalones,withoutanyexpansion joints

andthedeckisrigidlyconnectedtothesubstructure(piersandabutments).Themostimportant

benefitsofthesetypesofstructuresarethereductionoftheconstructionandmaintenancecosts

sincebearingsandjointsareexpensivetobuyandinstallandithasbeenprovedthatmostofthe

serviceabilityproblemsaredirectlyrelatedwiththeseinterconnectionelementsbecauseoftheir

reduced inservice life compared with the whole structure. Additionally, their suppression

providessaferandmore rigidstructures in frontofaccidentalactionsand theirgood inservice

behaviourhasbeenprovedinroadbridgesinothercountrieswithmoreexperiencei.e.U.S.Aor

U.K.

The traditional joints along the bridge deck and bearings between the superstructure and

substructure allow the bridge to accommodate the imposed deformations due to concrete

behaviour(creepandshrinkage)andthermalnondirectactionwithoutconsideringrelevantextra

forcesduringtheirinservicelife.Butrestraintforcesaredevelopedinintegralabutmentbridges

due to their static configuration which can be as important as those coming from the direct

actions.Therefore,thereisaneedtousenonlinearanalyticalprocedures,takingintoaccountthe

timedependenteffects, inordertodeterminethesecondaryeffects(forcesandstresses)along

eachelementofthestructureandtoevaluatethemovements(displacementsandrotations)on

thetopofthepiersandalongtheabutments(soilstructureinteraction).

The proper knowledge of these structures behaviour and the suitable models used in their

analysiswillbeuseful for theengineers toestablishbasisofdesignandconstructioncriteria to

make themmore efficient structurally and economically. In addition, thedevelopmentofhigh

speed railway in Spain and the lackof adesign guideor standards for IntegralAbutmentRail

Bridgesarisestheinterestoftheirstudy.

ndice

NDICE

1. INTRODUCCIN 11

1.1. Antecedentesyrazonesdeestudio. 111.2. Objetivos. 121.3. Contenidodeldocumento. 12

2. ESTADODELCONOCIMIENTO. 15

2.1. Puentesintegralesysemiintegrales.Definicinyconsideracionespreliminares. 152.2. Evolucin,experienciaynormativa. 162.3. Ventajaseinconvenientesdelospuentesintegrales. 182.4. Deformacionesimpuestas:retraccin,fluencia,temperatura,pretensadoycargadefrenado. 222.5. Estudiosexperimentalesynumricos. 36

2.5.1. ModelosnumricosdeElementosFinitos. 362.5.2. Esfuerzoshiperestticos.Formulacin. 372.5.3. Otrosmodelosparaelestudioyanlisisdepuentesintegrales. 412.5.4. Estudiosdeinvestigacinydesarrollosobreelcomportamientodepuentesintegrales. 44

3. REALIZACIONESDEPUENTESINTEGRALES. 47

3.1. Ejemplosdepuentesreales. 473.1.1. ViaductodeCornell.PlataformalneadealtavelocidadMadridZaragozaBarcelona

FronteraFrancesa.Tramo:SantJoanDesplHospitaletdeLlobregat.2005. 473.1.2. PuentesobreelRoUrumea.VariantedelaGI131entreDonostiaSanSebastiny

Hernani.TramoMartuteneHernani.1998. 473.1.3. PasosuperiorsobrelosaccesosaLleidadeL.A.V.delTramo:ZaragozaLleida.

PlataformadelosaccesosaLleidaenlalneadealtavelocidadMadridZaragozaBarcelonaFronteraFrancesa.2003. 48

3.1.4. PuentesobreelFerrocarrilenlaRondaNortedelPadrePio(Sevilla).2002. 493.1.5. PasosuperiortipoenautovavilaSalamanca.TramoPealbadevilaSanPedro

delArroyo.2003. 493.1.6. Otrosproyectosyrealizaciones. 50

4. MODELONUMRICO. 53

4.1. Generalidades. 534.2. Campodeaplicacin. 534.3. Basesdelmodeloyformulacinterica. 54

4.3.1. Acciones. 544.3.2. Esquemaestructural:Idealizacindelaestructura. 564.3.3. Comportamientoaniveldeseccin. 574.3.4. Comportamientoaniveldepunto. 58

4.4. Procedimientosdeanlisisestructural. 62

5. PREDIMENSIONAMIENTOYANLISISESTRUCTURAL. 69

5.1. Descripcindelaestructuraydelprocedimientodeestudio. 695.1.1. Descripcindelasolucingeomtricapropuesta. 695.1.2. Metodologadeanlisis. 69

ndice

5.1.2.1. Cuadroresumendelprocedimiento. 705.1.2.2. Descripcindelosprogramasutilizados. 70

5.2. Predimensionamientodelaestructurapropuesta. 725.2.1. Idealizacindelaestructura.Definicingeomtrica. 725.2.2. Accionesconsideradas. 755.2.3. Consideracionesenelclculo,justificacindelasolucinycombinacindeacciones. 885.2.4. Predimensionamientodelpostesado. 935.2.5. VerificacinE.L.U.resistente.DeterminacindeAs. 102

5.2.5.1. Elementosverticales:pilasyestribos. 1035.2.5.2. Elementolongitudinal:tablero. 107

5.3. Estudioparamtricosobreelelementoconcretodeanlisis. 1215.3.1. Definicingeomtrica. 1215.3.2. Accionesdeestudioyevolucindelaestructura. 122

5.3.2.1. Accionesdeestudio. 1225.3.2.2. Evolucindelaestructura. 124

5.3.3. Evaluacindelosefectosdelasaccionesconsideradassobrelosmovimientosimpuestoseneltablerodelpuente. 126

5.3.3.1. AnlisisnolinealbajoGyG*:comportamientoevolutivoycomparacinconanlisislineal. 127

5.3.3.2. AnlisisnolinealbajoGyG*conefectodelaaccindefrenado. 1335.3.3.3. AnlisisnolinealbajoGyG*conefectodelaaccintrmica. 137

5.3.3.3.1. Incrementouniformedetemperatura. 1375.3.3.3.2. Gradientedetemperaturapositivo. 140

6. CONCLUSIONESYPERSPECTIVASFUTURAS. 145

6.1. Conclusiones. 1456.1.1. Conclusionesrelativasalospuentesintegrales. 1456.1.2. ConclusionesrelativasalprogramaCONS. 1456.1.3. Conclusionesrelativasalanlisis. 147

6.1.3.1. Conclusionessobreelmodelo. 1476.1.3.2. Influenciasobrelaestructuradelprocesoconstructivoydelosefectosdiferidos. 1486.1.3.3. Conclusionessobrelainfluenciadelasaccionesvariablesdefrenado,TyT. 149

6.2. Perspectivasfuturas. 153

7. NDICEDEANEJOS. 154

REFERENCIAS 155

A menudo, la aparente preocupacin por labuena conducta del puente en servicio frustraposibilidades e impone soluciones ortopdicascuajadas de juntas verticales y horizontales, quedesmenuzantablerosylosdesolidarizandepilasyestribos,empeorando laseguridaddelpuentesinser evidente que mejoren necesariamente suservicio.Las deformaciones impuestas pretensado,retraccin y fluencia en el hormign, variacionesde temperatura suelen ser el origen depreocupaciones que, en algunas ocasiones,imponendictatorialmentesolucionesdiscutibleseinvalidanotrasquelosonenmenormedida.Los puentes integrales y semiintegrales laopcin del monolitismo estructural en sumaexigenconsiderarlasdeformacionesimpuestasensuconcepcingeneral,ensudimensionamientoyen el detalle, gestionando adecuadamente lasincertidumbres inherentes al concepto yrecordando que la ductilidad puente sobrenuestra ignorancia,esunatributo imprescindibleconelquedebemosgestarnuestrasestructuras.JavierRuiWamba.

Captulo1:Introduccin

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1. INTRODUCCIN

1.1. Antecedentesyrazonesdeestudio.

En los ltimos aos en Espaa se estn diseando y ejecutando puentes que tienen como principalcaractersticaelmonolitismoestructuraladiferenciade suspredecesorespuentes convencionales.Elintersde los ingenierosyde lasadministracionesporestatipologaestructuralresideen lasgrandesventajasqueestosofrecenparaundeterminadorangodepuentesquecomprendeelmayornmerodeestasconstrucciones.Enpasesconunamayorexperiencia,tantodesdeelpuntodevistaconstructivocomo tcnicoydediseoenesta tipologaestructuralEEUUyReinoUnidoentre losprincipalesseconstatan los beneficios tcnicos, por su respuesta estructural, y econmicos que representa lasupresinde losaparatosdeapoyoy juntasdedilatacin,enmedidade loposible.Noobstante,estaexperienciaresideesencialmenteenpuentesdecarreteray lagranvariedaddesolucionesmanifiestaanincertidumbressobrelosfactoresdediseoqueinfluyenensucomportamiento.El mencionado inters es creciente, sin embargo el uso de esta tipologa estructural no se hageneralizadoanivelestatalpordiversosmotivos,entreellos,porlafaltadedatosrealesquepermitancorroborar labonanzade lasolucinodetectarposiblesproblemasquepudieranproducirse. Unidoaello, el emergente desarrollo del ferrocarril (lneas de alta velocidad) y la carencia de una gua onormativaespaolaqueestablezcalasbasesdediseoyejecucindeestasestructurasenelmbitodelas infraestructuras de ferrocarril plantea la necesidad de su estudio para detectar las posiblesproblemticasdeclculoydiseo inherentesa latipologaencuestinyparaconfirmar labondaddeunasolucindeproyectoadecuadadeunpuenteintegralosemiintegralparaelmencionadosector.Estas circunstancias, y como antecedentems reciente,hanmotivado en2008 elplanteamientodelproyectodeinvestigacin,desarrolloeinnovacinSeguridadyfuncionalidaddelospuentesintegralesdeferrocarrilfrenteaaccionesaccidentales:Investigacinparaelestablecimientodecriteriosdediseoyconstruccindentrode laconvocatoriadeproyectosdeI+D+ienmarcadosenelPlanEstratgicodeInfraestructuras y Transporte, en la lnea de investigacin prioritaria definida por el Ministerio deFomento relativa a la Seguridad de Infraestructuras del Transporte que establece, entre otras, lanecesidaddedesarrollarnuevastcnicasdeproyectoycriteriosdediseoquedenlugaraestructurascon un mayor nivel de seguridad frente a situaciones accidentales de proyecto. Para abordar esteproyecto se ha formado un consorcio en el que participan, en distintas actividades delmismo, tresentidades:unequipodeinvestigadoresdelDEC(DepartamentdEnginyeriadelaConstruccidelaUPC)ylasempresasEsteycoyPrincipiaIngenierosConsultores.Losobjetivosprincipalesdelproyectoson:

Estudioyevaluacinde tipologasestructurales yparticularidadesdel transporte ferroviario.Establecimientodelalcancedelospuentesintegralesdeferrocarril.

Evaluacinnumrica,analticayexperimentaldelosefectosdiferidosenpuentesintegralesdeferrocarril:retraccin,fluenciayefectosdepretensado.

Evaluacin numrica, analtica y experimental de los efectos de temperatura en puenteintegralesdeferrocarril.

Evaluacindelosefectosdinmicosenpuentesintegralesdeferrocarril. Interaccinvaestructura. Tipologasdepilasenpuentesintegrales:lapiladctil.

Con todoelloelobjetivoglobaleselde impulsarunasolucin integralenpuentesde ferrocarrilbajocriteriosdediseoyconstruccinsegurosyquecumplan losrequisitosde funcionalidadydeservicioque exige dicha infraestructura, siempre sujeto a procedimientos y modelos numricos que seancapacesde reproducirde forma rigurosa y fidedigna su comportamiento ante cualquier situacindeproyecto,yasistemasconstructivosmsidneos,enlafasedeejecucin.

Elpropioconcepto integralde laestructuraconllevaunclculoquedifieredelanlisisde lospuentesconvencionales.Eneste casoaparece lanecesidaddeutilizary/odesarrollarmodelosanalticosparadeterminar los efectos inducidos por las deformaciones impuestas diferidas sobre el tableroprocedentesde la reologadelhormign, retracciny fluencia,yde lasaccionesconorigen trmico,incrementos de temperatura o gradientes y que afectan al comportamiento de pilas y estribos, y


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consecuentemente alde laestructuraengeneral.Aspues,es inapropiadoobviarelefectodeestasacciones sobre la estructura y es preciso hacer frente a las incertidumbres que stas generan en elanlisisydiseo.Enlapresentetesina,quesuponeuntrabajodecolaboracinparaelproyectoarribamencionado, se hace uso del modelo numrico CONS que permite considerar la no linealidad delmaterialyde lageometraenunanlisisdiferidoenel tiempoy contemplarelprocesoevolutivodeconstruccinqueinfluye,tambin,enelresultadodelanlisis.

1.2. Objetivos.

Elprimerobjetivoe introductorioen lamateriaquesetrata,esestablecerunestudiosobreelestadodelconocimientoacercalospuentesintegralesenbase,principalmente,aartculostcnicospublicadosdecongresosoponenciasnacionaleseinternacionales(debidoalaescasabibliografareferenteaestetema,especialmenteanivelnacional)yalanormativaactualvigentesobrelaevaluacindelasaccionesobjeto de anlisis. Cabe remarcar que la informacin disponible sobre puentes integrales se refiereprcticamenteapuentesdecarretera,nosiendoaspara laevaluacinde lasaccionesque tienenuncarctergeneral,exceptoparalaaccionesvariablesdefrenadoytemperaturalascualesaplicansegnlainstruccin IAPF 07. Realizar dicho trabajo permite tener los conceptos claros de cmo actan lasacciones,quformulacinymodelosexistenparadeterminarlosvalores,yenelcasodelaretraccinyfluencia cmo estn implementadas en elmodelonumricoCONS.Porotro lado, el estadodel artereferentea lasestructurasensya losmodelosutilizadosen estudiosanalticospermitedeterminarculhasidoelcomportamientodeestasestructurashastaelmomento,qucaractersticastienen lospuentes diseados y tenerpresente las consideraciones oportunas al abordar un anlisis estructuralparaestatipologa.Esnecesariotambin plantear laestrategiadetrabajoantesdeabordarelanlisissobre laestructuraintegral propuesta. Previamente, es conveniente familiarizarse con el modelo numrico CONS yconstatar su aplicabilidad y detectar posibles errores en problemas de resolucin sencilla. Tambinformapartedel trabajodisear lacorrespondienteaccindepretensado,enestecasoparticularconarmaduraspostesasadherentesytrazadoparablico,ascomolaarmaduranecesariaparaobtenerundiseo real a analizar. Para ello es imprescindible realizar un anlisis estructural bajo loscorrespondientes E.L.S. y E.L.U. bajo las especificaciones de la IAPF 07, Instruccin de acciones aconsiderarenpuentesdeferrocarril.El objetivo final del trabajo es valorar y cuantificar los movimientos que las acciones de fluencia,retraccin,pretensado, cargade frenado y temperaturageneranenunaestructura tipopropuesta ydeterminarlosefectosquestosproducensobrelaspilasyestribos,ycomoconsecuenciaenelglobalde la estructura, mediante un anlisis no lineal diferido en el tiempo y contemplando el procesoconstructivodelamisma.Serealizaparalelamenteunanlisislinealparapodercuantificarlosefectos:movimientos,esfuerzosyestadostensionales.Conocerelcomportamientode laestructurabajoestasaccionespermitemejorarsudiseoparaconseguiruncomportamientosatisfactorioaniveldeservicioyestructurasmsseguras.Yporltimo,extraerlasconclusionesoportunasparacadaunadelasetapasdeltrabajo.

1.3. Contenidodeldocumento.

El presente trabajo se divide en 6 bloques o captulos bien diferenciados: el presente captulo queincluye los antecedentes, las motivaciones de estudio y los objetivos del trabajo; estado delconocimiento;ejemplosdepuentesreales;definicindelmodelonumrico;predimensionamientodelaestructurayanlisisestructuralyconclusionesyperspectivasfuturas.Seresumebrevementecadaunodelosbloquesconlastareasrealizadas.Enelbloquen 2serecogeelestadodelartecorrespondientea3aspectos importantes:elprimerohacereferenciaalospuentesintegralesens,esdecir,seincluyeladefinicin,lasventajasdelasolucinintegralascomosus limitacionesdeaplicacine inconvenientes, laevolucinhaciaestatendencia, la


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experiencianacionale internacionaly lanormativaexistente.Elsegundo,tratadedefinir lasaccionesquesevanaconsiderarenelanlisisylaformulaciny/omodelosexistentessegnnormativavigentepara su aplicacin. Y como tercer aspecto, se presenta el estado del arte de estudios y modelosnumricosdembito internacional,enconcretodeEEUU,referenteapuentes integralesdecarretera.Tambin, incluidoenesteltimoaspecto,sepresentan las lneasdeestudioactualesanivelnacionalqueincluyenactividadesdeinstrumentacinyauscultacindepuentesintegrales.Dichainformacinesinexistenteyesunafuenteimportanteparaelconocimientorigurosodesucomportamientoestructuralrealyquepermitir,aposteriori,validary/ocompararlosresultadosdelosmodelosempleadosenlosclculosanalticosEnelbloquen3seincluyeunareseadeobrasrealesdiseadasyejecutadasanivelnacionalconestasolucin.Elbloquen4defineelmodelonumricoempleadoenestetrabajoparallevaracaboelanlisisdelaestructura integraltipopropuesta.Sedetallan lascaractersticasgeneralesdelprograma,sucampodeaplicacinylasbasesfundamentalesyformulacintericanecesariaparacomprenderelpropiomodeloytipodeanlisis.Sedefinenlasestrategiasdeanlisisutilizadas.Elbloquen5 recoge toda la informacinnumrica,deanlisisy resultados.Sedefinen3apartadosbien diferenciados: primero se describe la solucin estructural objeto de estudio as como elprocedimientoquesehaempleadoparaabordarelanlisis, tantode los trabajospreviosnecesarios,comodelospropiosdelpresenteestudio.Seadjuntauncuadroresumenquerecogetodoslostrabajosrealizadosencadaetapaylasherramientasutilizadasparaabordardichastareas.Segundo,sejustificael dimensionamiento final de la solucin bajo las especificaciones de las normativas vigentes: sepresentan losvaloresde lasacciones consideradasenelpredimensionamientode laestructuray losresultadosfinalesdeformaresumida.Yporltimo,obtenidoeldimensionamientode laestructura,seprocedeapresentarlosresultadosobtenidosparacadaunodelosanlisisbajolasaccionesconcretasyobjetodeestudio,desarrollando losoportunoscomentariosyconclusionesdecadaunodeellos.Losanlisisrealizadossonlossiguientes:AnlisisnolinealbajoGyG*:comportamientoevolutivoycomparacinconanlisislineal.AnlisisnolinealbajoGyG*conefectodelaaccindefrenado.AnlisisnolinealbajoGyG*conefectodelaaccintrmica.Lasdeformacionesimpuestasreferentesalaretraccin,fluenciaypostesadoseconsideranencadaunode los anlisis por ser intrnsecas de la propia estructura, pues no tendra sentido tratarlasindependientemente.El ltimo bloque n 6 recoge las conclusiones oportunas de cada uno de los bloques generalesdesarrolladosalolargodeltrabajoyseplanteanposiblesmejorasyperspectivasfuturasdeestudio.Seaade tambin la informacinrecopiladaen losanejos.Bsicamente,stacomprende informacinadicional, no menos relevante, que forma parte de las etapas realizadas en el trabajo. Se incluye:resultados adicionales; planos de la estructura integral propuesta; resultados del diseo de laestructura: principales leyes de esfuerzos y resultados numricos del predimensionamiento delpostesadoylosmodelosdeanlisisparaCONS(entradadedatos).

Captulo2:Estadodelconocimiento

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2. ESTADODELCONOCIMIENTO.

2.1. Puentesintegralesysemiintegrales.Definicinyconsideracionespreliminares.

Puenteintegral.Sedefinecomopuenteintegral,segn[23]y[24],aqulquesediseasinaparatosdeapoyoenpilasyestribos, ni juntas de dilatacin en tablero y estribos, distinguindose as el monolitismo comocaractersticaprincipal,conelobjetivodedeaprovecharlacapacidaddelaspilasparaabsorberaccioneshorizontales, ya sean directas o indirectas. As, el tablero se empotra directamente en las pilas sinaparatosde apoyo intermedios. La silladelestriboesprolongacin y rematedel tablero y sepuedecimentar en pilotes metlicos hincados, muy flexibles transversalmente. Los empujes horizontalesprovocadosporlastierrasylassobrecargasenlosestribos,sedifundendeunestriboalotroatravsdeldintel.La losade transicin,particularmente recomendableeneste tipodeestructuras,esprolongacindeltableroypuedeestarmonolticamenteunidaaste.As,lafronteraentrelaestructurayelterreno,enlaque tradicionalmente se suelendisponer las juntasdedilatacin, sealejade la zona conflictivadecompactacinderellenosydedrenajedelagua.Cuandoenlugardesillaesnecesarialaconstruccindeunestriboelevado,enunpuentedemoderadalongitud,tambinsepuede integrarelmurofrontaldelestriboeneltablero.Paraevitar lacoaccinalosmovimientosdel tablero, lasaletas se independizandelmuropormediode juntasverticales. Losmurosfrontales,alestarempotradosalacimentacinyaltablero,puedensermuyesbeltossinperdersucapacidadparatransmitirlosempujesdetierraenpartealtableroyenmayormedidaalcimiento.

PuenteSemiintegral.Respecto al puente semiintegral, como se indica en [23] y [24], es aqul en el que es necesario oconveniente disponer aparatos de apoyo en ciertos puntos, pero sin abandonar la idea esencial deintegridad,esdecir,buscandoelmonolitismocomocomportamientoestructuraldominante.Enelcasodepuentesen losque la silladelestribodescansa sobre terrenospocodeformables,puede sermsconveniente disponer aparatos de apoyo bajo el extremo del tablero que se puede prolongarmonolticamenteconlalosadetransicin.Tambinpertenecenaestatipologaaquellospuentesenlosque por diversas causas, siendo la ms frecuente la importancia de su longitud, se disean pilasempotradasal tableroen laparte centralde laestructura,mientrasqueen las zonas cercanasa losestribossedisponenaparatosdeapoyo.Medianteestaconcepcinsetransfierenlascargasverticalesyhorizontales al terreno, sin coaccionar significativamente el libre movimiento del tablero bajo lasdeformacionesimpuestas.

Aplicabilidad.Comoestableceelautorde[24],dichomonolitismoentrepilaytableronoesfactibleentodotipodepuentesenloqueaseccintransversalyalmtodoconstructivoserefiere.Aspues,elempotramientoesmsdifcildealcanzarconsolucionesprefabricadas,oenelcasodeseccionesmixtas,puedesuponerunproblemaplantearnudosrgidos.Porotrolado,laintegridadestructuralesimposibledealcanzarenpuentesen losque se requiera liberargradosde libertadentrepilay tableroduranteprocedimientoconstructivocomosonlospuenteslanzados,yaseanporempujetotalosegmentado,ripadotransversalorotacindeltablero.Tambines importantedestacarparaunbuencomportamientode lospuentesintegrales, longitudes de tableros de reducidas fundamentado en puentes prtico como puenteintegralms esencial amoderadas y geometras sin grandes esviajesomarcadas curvaturas. Por lotanto, la integridad estructural condiciona tanto la tipologa del puente desde el punto de vista deseccintransversaldeltablero,comodelageometralongitudinal(alturadepilas)yenplantaodeltipodeprocesoconstructivo,oviceversa,perosiempreatendiendoaestosaspectos,comoes lgico,paraconunbuendiseoingenieril.


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2.2. Evolucin,experienciaynormativa.

Enelpresenteapartado se realizaunadescripcinde laevolucinde la tendenciahacia lospuentesintegralessegn[12]ydelaexperienciaynormativaexistentehastaelmomentosegn[26].Elconceptodepuente integral,yanmseldepuentesemiintegral,noesnuevo,muyalcontrario,hastaelsigloXIXtodoslospuenteseranintegrales:hastalaRevolucinIndustrialtodoslospuentesdemampostera, de gran inercia trmica y los cuales distribuan los movimientos inevitables de latemperaturaatravsde lasnumerosas juntasdemampuestos;yen losorgenes,muchospuentesdehormignarmadotambinloson.Coneldesarrollo,desdeprincipiodelsigloXIX,delospuentesmetlicosdemenorinerciatrmica,ydelos puentesde hormign, desde finales del XX, surge la necesidad de absorber losmovimientos deltablero de origen trmico y reolgico y con ello la proliferacin del uso de juntas de dilatacin yaparatos de apoyo. Adems, la revolucionaria tcnica del hormign pretensado que increment lasdeformacionesimpuestasygirosenlostableros,debidoalosacortamientoselsticosydiferidos,juntoa laaparicinpaulatinadenuevas tcnicasdeconstruccinmssofisticadasyquepermitanalcanzarmayores luces, exigan la evolucin de dichos elementos, tanto des del punto de vista de nuevosmateriales ms apropiados (desde acero y hormign de las tradicionales rodillos y rtulas, hastaneopreno,neoprenozunchadoyteflnde losactualesaparatosdeapoyo;osellosplsticos,morterosepxicos,groutsexpansivos,polmerosasflticos,siliconasoselloselastmerosde lasactuales juntasrellenasmoldeadas),comodesdelpuntodevistatecnolgico(desdelossimplesrodillosyrtulashastaaparatosdeapoyo tipopotoneopreno zunchado;o juntasdepeine,modulareso juntas conplacasdeslizantes para grandes movimientos), contribuyendo a la mejora de su comportamiento y a lageneralizacindelusodelosmismos.Unclaroejemplofueelaugedelospuentesdevigasprefabricadasenlosaos60,graciasaladifusindel pretensado, de soluciones isostticas con diafragmas transversales que conllevaba el uso denumerososapoyosdeneoprenobajo losextremosde lasvigasyde juntasdedilatacin intermediasentreellas.Los inconvenientes funcionales consecuencia de comportamientos inadecuados y el coste deconservacindelasjuntaspuestosenmanifiestopromovieronsoluciones,aplicadasenAlemaniayotrospases (apartirde los70),consistenteseneliminarparcialo totalmente las juntas intermediasdandocontinuidad a la losa de compresin y dotndola de una gran flexibilidad, y ms recientemente,soluciones con continuidad posterior mediante pretensado. Paralelamente, tambin foment eldesarrollohastalaactualidaddepuentescontinuosdehormignpretensadoymixtosdisminuyendolasjuntas intermedias entre vanos pero requiriendo apoyos de neopreno demayor altura y juntas conmayorrecorrido.Frutodedichasupresinde juntas intermedias,seadmitaunapotencialfisuracinyun comportamiento incierto de los elementos solicitados por deformaciones y esfuerzos alternadosdifcilesdeevaluar.Sinembargo,laexperienciafueindicandoquealeliminarlasjuntasintermediassesolucionabandichosinconvenientesiniciales.El mejor conocimiento del comportamiento de los materiales y la evolucin de los procesosconstructivospermitieronaplicar,enalgunoscasos,lasventajasdelempotramientodeltableroenpilasesbeltas, eliminando aparatos de apoyo; tal es el caso de algunos puentes construidos mediantevoladizossucesivos.Tambinenobrasmspequeas,seponademanifiestolaposibilidaddeeliminarapoyos,enelencuentrodepilasy tablero,yen la literatura tcnicasehanencontradopublicacionesabogandoporlasventajasdeutilizarlacapacidaddeformacionaldepilasadecuadamentearmadasparaasegurarsuductilidad.Resumiendo, la evolucin en los ltimos 100 aos en la concepcin de puentes parte del usogeneralizadodetableros isostticosconnumerosas juntasyapoyoshacia laprogresivaeliminacindelasjuntasintermediasyreduccinenelnmerodeapoyos.Aspues,lagranmayoradelospuentesdehormignpretensadoymixtosdemoderadalongitud,disponendeunajuntaentretableroyestriboencadaextremodepuente, yel tablero seapoyaenpilas, sillasoestribosa travsde losaparatosdeapoyo.Sehandiseadotambinsolucionestipoprtico,conlaspilasrgidamenteunidasaltablero.


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Enlassiguientesfigurasseresumelaevolucinhacialospuentesintegralesquesedescribesegn[12].

Fig.2.1.Puentesde1generacin.Tablerosdevigasmltiples:conapoyosdoblesenejesdepilas,apoyosenestribosyjuntasenestribosyejesdepilas. 1.a)Connumerososdiafragmastransversales. 1.b)Condiafragmassloenejesdeapoyos. 1.c)Sindiafragmas.

Fig.2.2.Puentesde2generacin.Tableroscontinuossobreapoyosdeneopreno:conapoyossimplesenejesdepilas,apoyosyjuntasenestribos.

Fig.2.3.Puentesde3generacin.Tableroscontinuosconpilasempotradasentableroyapoyosenestribos:conjuntasenestivos.

Fig.2.4.Puentesde4generacin.Puentesintegrales:tablerosempotradosenpilasyestribos.

La creciente y justificada preocupacin por la durabilidad de los puentes, en su doble faceta deconseguirprolongar suvidatilyminimizar los costesde conservacin,estproduciendounanuevageneracindeestructuras,tantoenpuentesdehormigncomoenmixtos,en losqueseeliminan lasjuntasde calzada, incluso lasde losencuentrosde tablerosyestribos,y tambinde losaparatosdeapoyo, mediante el empotramiento de pilas flexibles (pilas dctiles) en tableros, siempre que lanaturalezadelpuentelofacilite.Sonlospuentesde4generacinopuentesintegrales.En los pases desarrollados los costes demantenimiento de los puentes se han desbordado en losltimos aos. Consecuentemente, junto a la necesaria sensibilidad hacia la conservacin de lasestructurasexistentes,desdeelpuntodevistadeproyectoydiseosedebenconcebirestructurasquereduzcan,enmedidadeloposible,futurasnecesidadesdeconservacin.EnEuropa,losprimerospasesen tomarmedidas paramejorar la durabilidad de los puentes han sidoAlemania y Reino unido. EnEspaael intersdelMinisteriodeFomentopor la conservacinde lospuentesexistentesesmayorcada ao y seha visto reflejadoen lasnormativasdesdeelpuntode vistade laeleccin yniveldecontroldelosmateriales,recubrimientosyexigenciasenestadolmitedeservicio.


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Latendenciamostradaparaabordarelproblemasetraduce,entreotrasmedidas,enlareduccineneluso, siempre que sea posible y aconsejable, de los elementos que con mayor frecuencia exigenoperacionesdemantenimientoyconservacinyquepuedenafectaraladurabilidaddeotroselementosestructurales,esdecir,losaparatosdeapoyoyjuntas,queposeenunavidatilmuyinferioraladelospuentes y que por tanto requieren de operaciones de inspeccin, mantenimiento y sustitucinperidicas.Talycomoestableceelautorde [26], lospasesquemshanavanzadohaciaesta tendenciason losEstadosUnidosyelReinoUnido.EnlosE.E.U.U.sevienenrealizandopuentesintegralesdesdelosaos50poralgunosdesusestadosycongranprofusinporlasautoridadesdetransportedelamayoradelosestadosenlas3ltimasdcadas,existiendonumerosaspublicaciones,congresosyguasdedetalleseditadosporsusdepartamentosdetransporteypor lasuniversidadesnorteamericanas.MientrasqueenelReinoUnidoel interspor lospuentes integrales sehaproducidoen losltimos30 aos, connumerosos ejemplos de aplicacin y publicaciones especializadas como la SCIP163 Integral SteelBridgesDesignguidanceolaguaCIRIAC543publicadaen2001porelConstructionIndustryResearchandInformationAssociationporencargodelaQualityServicesCivilEngineeringDivisionoftheHighwayAgency,dedicadaadivulgardetallesyprcticasconstructivasencaminadasareducir losproblemasdedurabilidad, que dedica un captulo a la concepcin de puentes integrales. Recientemente se hapublicadoenelReinoUnidolanormativadediseoDesignforDurabilityBA&BD57/01yBA42/96TheDesignofIntegralBridges.Elautorde[26]establecequeenEspaaelintersporlospuentesintegralesporpartedelMinisteriodeFomentoseremontaalao1996cuandoencargaalaempresaEsteycolarealizacindelaGuaparalaconcepcindepuentes integrales en carreteras.Dicha guaesunapublicacinque recoge tanto losantecedenteshistricosyejemplosdeutilizacinenelmundohastalafechaenelmbitointernacional,comounaherramientapara lacomprensindelproblemaestructuralyelcorrectodimensionamientode lospuentes integrales.Asimismo, recogeuna recopilacindeejemplosdedetallesconstructivosypropuestasdetrabajosdecampoeinvestigacinquepermitenmejorarlaconcepcinaprendiendodelaexperienciadelasrealizaciones.Sinembargo,pordiversosmotivos,elusodepuentesintegralesnosehageneralizadoenEspaacomoenotrospases, ypor tantonohaydatosquenospermitan comprobar labonanzade la solucinodetectarlosposiblesproblemasquepudieranproducirse.En otros pases tambin se han construido puentes integrales y existe un inters por este tipo desolucionescomomedioparapaliarlosproblemasdeconservacinymejorarlafuncionalidaddelpuenteensuencuentroconlainfraestructuraquesoporta.

2.3. Ventajaseinconvenientesdelospuentesintegrales.

Enesteapartado,secomentandeformaconcretalasventajasylosinconvenientesprincipalessegnlosautores de [12], [23], [24], [26] y [27], y en base a la reciente experiencia adquirida sobre estasestructurasquegeneradebatesobre lamejoraconsiderabledeestasestructurascomparadascon lospuentes convencionales con juntas y aparatos de apoyo con los inconvenientes que stas ltimasconllevan,tantodesdelpuntodevistafuncional(servicio)comoestructural(resistencia),reflejndoseencosteseconmicos.De forma introductoria se puede establecer que las principales ventajas de los puentes integralesconsisten en lasmenores necesidades demantenimiento al prescindir de las juntas de dilatacin yaparatos de apoyo que son los elementos que con mayor frecuencia exigen operaciones demantenimientoyconservacin,yunamayor funcionalidadalmejorar la transicinentre terraplndeaccesoy laestructura,por loque resultanpuentesmseconmicosque lospuentes convencionalesdesmenuzados,tantodesdelpuntodevistadelaconstruccincomodelmantenimiento.


19

Capacidaddelaspilas,estructurasmsesbeltasydisminucindelimpactoenelentorno.Unade lascaractersticasprincipalesde lasestructurasdel transporte ferrocarril,comparadascon lasdel transporteen carretera, son suselevadas cargas tantoen sentido vertical,debido alpesode laslocomotorasyde losvagonesdemercancas,comoensentido longitudinal (aspectoqueataeaestetrabajo), causado por el frenado y arranque de los trenes. En los puentes convencionales, por suconcepcin,sedesaprovecha lapotencialcapacidadde laspilasysuscimientosparatransmitirdichasacciones longitudinales, lo que se traduce, en muchos casos, en construir estribos de grandesdimensionesparapoderabsorberlosempujesytableroscongrandescantos,robustos,queimponenlassolucioneslanzadasodevigasisostticasprefabricadas.Juntoaesteltimoaspecto,unacaractersticainherente a la infraestructura del ferrocarril y principalmente a la alta velocidad (incipiente ydesarrollndoseennuestropas)esquerequiereradiosdetrazadoamplios,loqueconllevaaproyectargrannmerodeviaductosydelongitudesmoderadasconunaltoporcentajeenzonasmontaosasquerequiereninfraestructurasintegradasenelmedioreduciendoelimpactovisual.Nosloesto,sino,enelmediourbano,esespecialmente importantemantenerelgliboreduciendoalmximoelcantode losviaductos, sinolvidar tambin su integracinenelentorno.Aspues,elmonolitismode lospuentesintegralespermiteaprovecharlacapacidaddelaspilasycimientosparasoportaraccioneshorizontalesy,consecuentemente,disearestructurasmsesbeltasyeconmicasyporlotantomssostenibleseintegradasenelentorno,tantoruralcomourbano,reduciendoelimpactovisual.

Estructurasmseconmicasyconmayorvidatil.Lospuentes integralessonmseconmicosque lospuentesconvencionales tantodesdeelpuntodevista de la construccin, como se apuntaba anteriormente, como desde el punto de vista delmantenimiento. Los aparatos de apoyo y los materiales utilizados en juntas son caros de adquirir,instalar,mantener, repararo sustituir, repitindoseestasoperacionesperidicamentepor ser lavidatildeestoselementosmuyinferiorcomparadaconladelaestructura.Losproblemasdecorrosinmsfrecuentesyacumulacindesalesporprecipitacinespecialmenteproblemticoenpuentesdevigasprefabricadasodeacero seproducenporelpasodeaguadesde lacalzadaa travsde juntasa losextremos de los tramos de tablero, a los apoyos y a la infraestructura. Las juntas se colmatan consuciedad y sedimentos pudiendo perder su funcionalidad. Losmayores costes demantenimiento enpuentes son debidos a problemas originados por juntas en mal estado. Adems, las juntas estnsometidasalpasocontinuodetrficoyalfuerteimpactodecargascclicas,ascomoalosmovimientosdeexpansinycontraccinporloscambiosdetemperatura,yadeformacionesymovimientosdiferidoscausadosporretraccin,fluencia,efectosdepretensadoyasientosdiferencialesymovimientosde losestribosporelempujedelterreno.

MejorrespuestaalasexigenciasdelosE.L.S.Tan importante es en eldiseodeuna estructura el cumplimentode los E.L.U (criterios resistentes,estabilidadyequilibrio)comolosE.L.S.(durabilidadyfuncionalidad)paracumplirconlosobjetivosparalacualhasidodiseada.Enlazandocon laltimapartedelpuntoanterior (accionescclicasa lasqueestn sometidas las juntas), las juntas como elemento de discontinuidad del tablero en los puentesconvencionales, cuando se reduce su funcionalidad, afectan al nivel de servicio de la estructura,influyendoen la seguridadyconfortde lospasajerosyen lasexigenciasparticularesdel ferrocarrilyespecialmentedelostrenesdealtavelocidad.Lasnormasdefinennivelesdeconfortqueserelacionanconlasdeformacionesyaceleracionesquesufreeltablero,mientrasquelasexigenciasdelavaprestanatencinalosgirosportorsindeltableroylosgirosalfinaldelmismo.En resumen,en lospuentes integrales, seminimiza las toleranciasque se requierenenpuentes conaparatosdeapoyoyjuntasdedilatacin.

Optimizalatransicinentreterraplndeaccesoylaestructura.Continuandocon lasdiscontinuidadesde laestructura,otragranventajade lospuentes integralesserefierealamejoraenlatransicinentreelterraplndeaccesoylaestructura,quedebidoalosasientosdelosterraplenesydelrelleno,dedelicadocompactadoeneltrasdsdelosestribos,puedenproducir


20

escalones dejando a la estructura totalmente fuera de servicio. Adems la reparacin de dichosescalonesescostosa.Lasolucin tradicionalconsisteen laejecucinde la losade transicin (solucin recogidaenNotadeserviciosobrelosasdetransicinenobrasdepaso),perolaexperienciadesdeentoncesnohasidodeltodo favorablecomo seesperaba,por loqueenelPliegodePrescripcionesGeneralesparaObrasdeCarreteras y Puentes (PG3) y en la Gua de Cimentaciones de Puentes de carreteras se recogensoluciones introduciendocuasdetransicinen lostrasdosesde losestribos,recomendando limpiarysanearbienlabasedondetienequeejecutarseelrellenodeltrasdsdelestriboyrealizarloconmaterialgranularparadrenaryevitarsobrepresionesdeagua.Enlospuentesintegralesseoptimizalasolucinporlassiguientesrazones:Lalosa,altenercontinuidadconeltableroseconfiguracomounelementodetransicinentreelfirmede la calzada y el pavimento del puente, evitando la generacin de escalones y favoreciendo laseguridad.Enelcasode latipologadeestriboconformadoporunasillacimentadaenpilotes,noesnecesaria laejecucin de cua de transicin ya que al no tener un estribo convencional, la compactacin delterrapln se ejecuta en dos fases, una primera hasta el plano de apoyo del estribo integral,posteriormente seejecutan lospilotesdelestribo, luego seejecuta lasillay se terminade rellenarycompactarmanualmenteunacapadepequeoespesor.Elposibleasientodeestemodosermenorynosepercibirgraciasa la losadetransicin,quealnodisponerde juntaevita lafiltracindeaguaalterraplnyevitamodificacionesensucomportamiento.Lacompactacinmanualesmenorenestetipodeestribosqueenlosconvencionaleselevados.Otraposibilidadqueofrecenlospuentesintegralessetraduceenlamenorsustitucindeestructuras,yaque losestribos cimentados sobrepilotespueden ser construidosalrededorde las cimentacionesexistentessinrequerirsudemolicincompleta.

Estructurasresistentes.Estructuralmente lospuentes integrales sonms segurosencasosdecatstrofedebidoa suelevadogradodehiperestatismo.Lasjuntasdelospuentesconvencionalesconstituyenunpotencialmecanismodecolapsoenlaestructura.Losestribosintegraleseliminanlacausadedaomsfrecuenteencasodesismo,lafaltadeapoyodeltablero,especialmenteenpuentesdevigas.EnEstadosUnidos,dondehayuna experiencia ms dilatada y existen ms estudios acerca del comportamiento de esta tipologaestructuralcomparndoloconelde lospuentesconaparatosdeapoyosy juntasdedilatacin,sehacomprobado que en caso de sismo los puentes integrales han funcionado mejor que aquellos quedisponande juntasyapoyos,yportantodiscontinuidadesopuntosdbilesen laestructuraglobal,yquesufrierondaosespecialmenteenestoselementos.LaFHWA(FederalHighwayAdministration),porejemplo,recomiendaelusodepuentesintegralesenzonasdealtogradossmico.Porotro lado, como se apuntaba en el apartado2.1 definicin y consideracionespreliminares lasolucindeintegridadnoesidneaparatodotipodepuentes.Aspues,lasnormasorecomendaciones,enbasea losconocimientostcnicosyexperienciasprevias, imponenunas limitacionesaestetipodeestructuras.Lasprincipales limitacionesparaeldiseodepuentes integralesysus inconvenientes,deformamsdetallada,sonlossiguientes:Limitacionesgeomtricasyaspectosdeproyectocontempladosen[12]y[26]:

Limitacin de la longitud: Tradicionalmente se ha considerado como longitudes mximasadmisibles la realizacin de puentes integrales entre 80 y 100 m dependiendo de lasadministracionesdecadapas.EnEspaa laGuapara laconcepcindepuentes integralesencarreteraslimitalosdesplazamientoshorizontalesmximosprevisiblesenlosestribosa30mm,loqueconducealasmismaslongitudesmximas.Lamayoradelospuentesqueseconstruyenen el mundo (80% aprox.) tienen longitudes inferiores a 100m. y por lo tanto seran


21

susceptibles de adoptar esta tipologa. En E.E.E.U.U. se han diseado puentes integrales dehormigndevigasprefabricadasdehasta240m.ydeseccinmixtadehasta120m.,aunqueencasosexcepcionalessehanrealizadopuentesintegralesdemayorlongitud.

Limitacin del esviaje: en Espaa se limita el esviaje a 30, medidos desde una lneaperpendicularalejedelpuente,recomendacinhabitualenlamayoradelasadministracionesde losE.E.U.U.,perosinembargo,seha llegadoadisearpuentes integralesconesviajesdehasta70.Elproblemadelesviajeesdebidoa la fuerzanecesariaparaestabilizar larotacindelestribo.Segnelestudio Integralabutments forsteelbridges,encargadopor laFHWAdeTennessee,paraunesviajede30senecesitamovilizarel50%delempujepasivodeltrasdsdel estribo y para un esviaje de 45se requieremovilizar el 70%. Estos valores exceden laresistenciaporrozamientodelrellenocontraelestriboolaresistenciaalcortedelrelleno,porloqueen casosdegranesviaje seranecesario realizar taconespasivosoutilizar la solucinsemiintegralconapoyosenlosestribos.

Limitacindel radiodel radiode curvaturaenpuentes curvos:el radio se suele limitara10veceslaanchuradeltableroyelngulodeaperturaa40.

En terrenos rocososomuydeformablesno resultaadecuada la solucindepuente integral,siendomsrecomendablelatipologadepuentesemiintegral.

Limitacinsobre losasientosmximosadmisibles: ladistorsinangularse limitaenEspaaa0,4%envasprincipalesy0,8%envassecundariasynoserecomiendanenterraplenesmuyelevadosyenobrasasentadassobreterrenosmuydeformables.

Otrascuestionesquesegn[24]generanincertidumbreyquesolopodrserreducidaconlaexperienciaobtenidaenpuentesejecutadose instrumentados,con trabajosdeestudioe investigacinymodelosnumricosquepermitirnprogresarenlasolucinsonlasquesecomentan:

Lamayorproblemticadeldiseoydimensionamientodelospuentesintegralesconsisteenlasincertidumbresqueseplanteanenladeterminacindeladeformacindelpropiotableroydelosmovimientosquesteinducesobrepilasyestribosporlapropiaconcepcinintegraldelaestructura,ascomolosesfuerzosquestosgeneranportenerungradodehiperestatismomselevado que los puentes convencionales.Dichosmovimientos son debidos a deformacionesimpuestas,ocasionadosporlaretraccinyfluencia,latemperaturaylafuerzadepretensado,yson losquehan llevadoaemplear lastradicionales juntasyaparatosdeapoyoque liberan lasubestructura de los esfuerzos resultantes. Conociendo bien los efectos y la respuestaestructural a estos fenmenos es posible disear soluciones monolticas y calcularlasdebidamente.

Del punto anterior se desprende, para el caso especfico del ferrocarril, el necesario ycomplicadoestudiodelainteraccinentrevaytablerodelpuente.Conelprogresode lasiderurgia, las juntasdedilatacinen loscarrilessonyaunaexcepcin,solamentenecesarias sihay interrupcionesuobstculos, comopuede serunviaducto largo.Perosiguesiendodeseableevitarestospuntosdedilatacinparamejorarsucomportamientoen servicio y reducir su mantenimiento. Aunque en ellos se controlan las tensiones porvariaciones de temperatura y se asegura que no pandeen, el distinto comportamientohorizontalentretableroyestoscarrilessinfinpuedeconllevaraunincrementodelriesgoderoturafrgilodeinestabilidad,provocardesplazamientostransversalesindeseables,modificarel perfil longitudinal aumentado la generacin de impactos perjudiciales tambin para laestructura,generandounaumentodevibracionesnocontempladas,desconslidacinencasodeexistenciadebalasto,etc.,todoelloinfluyendoenelcomportamientodelcarrilenservicioyexigiendounmantenimientomsseveroyfrecuente.

Otroaspectodelicadoeinterrelacionadotambinconlosmovimientosenpilasyestribos,eslainteraccin sueloestructura y asiento de la calzada de acceso. El buen comportamiento


22

estructural que ofrecen el monolitismo del puente puede reconvertirse en problemas decarctergeotcnico:enelprimero, losmovimientosquesufren losestribos,consecuenciadelasdeformacionesimpuestaseneltablero,ysobretodoalosciclostrmicosanuales,puedengenerar incrementosde tensiones lateralesenelmedio, traducindoseenunadensificacindelsueloadyacente,provocandoempujesmayoressobreelestriboqueparalosquesehabadiseado. Este fenmeno se repite estacionalmente y sus efectos son acumulativos, de talmanera que, dada la larga vida til de estas estructuras, puede devenir en problemasestructurales localizadosen losestribosa largoplazo.El segundoasientodel terrenoeneltrasds del estribo tiene origen tambin en los movimientos inducidos al estribo, y esconsecuenciadirectadelcomportamientodelterrenoduranteelprocesodedensificacinenlainteraccin sueloestructura. ste efecto puede desarrollarse, a diferencia del primero, enpocosaos.

2.4. Deformaciones impuestas: retraccin, fluencia, temperatura, pretensado y carga defrenado.

En el presente punto se hace referencia a las acciones consideradas en el anlisis y que sonindispensablesa tenerencuentaeneldiseode la tipologaestructuralquese trata.En lospuentesconvencionales, juntasyaparatosdeapoyosehandiseadoparafavorecerelmovimientodeltablerorespectode lossoportesde lospuentes imitigaroanular losesfuerzosquegeneransucoaccin.Porello,esnecesario revisar las causasquegenerandichosmovimientos,evaluar su importancia y,as,poderjustificarlaviabilidaddelospuentesintegrales.Deentre losmovimientosquesedanen lostablerosde lospuentes,aquellosquetienemayorefectosobre los elementos verticales y de los cuales quedan liberados en gran medida en los puentesconvencionales,sonlosmovimientoshorizontales;porestemotivoelestudiosecentraenlasaccionesque los generan. Obviamente, las acciones gravitatorias generan rotaciones significativas quedeterminan el diseo de los aparatos de apoyo y la coaccin de dichas rotaciones en los puentesintegralestambingeneranesfuerzosquetambindebenserevaluados.Se aborda este apartado, entonces, definiendo cada tipo de accin segn su clasificacin [21], laformulacinexistenteparavalorarcadaunadeellas,rdenesdemagnitud,ascomo las indicacionesmsrelevantesatenerencuentaenelclculoydiseodeestructurasquesedetallanen[12] laGuaparalaconcepcindepuentesintegralesencarreteras,[15]laInstruccindeaccionesaconsiderarenelproyectodpuentesdeferrocarril(IAPF07)yen[4]y[5]Instruccionesdehormignestructural(EHE98EHE08).

Retraccin.La retraccin es una accin indirecta, permanente de valor no constante, de carcter reolgicoindependiente del estado tensional que induce deformaciones impuestas irreversibles sobre lassecciones de la estructura. Tiene su origen en una disminucin de volumen diferida en el tiempocausadaporlasreaccionesdelagua,bienseaconlosotroscomponentesdelhormignoconelmedioambiente. Contrariamente, el fenmeno de lamisma naturaleza pero con aumento de volumen sedenominahinchamiento.Enamboscasos,losprincipalesfactoresqueinfluyenenelgradodedesarrollodelaretraccinson:gradodehumedad;eltipo,claseycategoradecemento;lafinuradelmolidoylacantidaddeaguadeamasado.De entre las diferentes tipos omecanismos de retraccin plstica, trmica, bsica, de secado y decarbonatacinsegnlascausasqueproducenelfenmenoyelinstantedelprocesoenquesegeneransepuedepuedendeterminardos tipologasde retraccinbiendiferenciadas:una retraccin inicialoendgenadebidaa lasreaccionesfsicoqumicasquesedanenelprocesodeprefraguadoyfraguadodel hormign y que son independientesdelmedio exterior, y una retraccin exgenadiferida en eltiempoqueseproduceenelhormignyafraguadoporcambioshigromtricosconelmedioambiente.


23

{2.6}

Dicha disminucin o aumento de volumen se traduce en un comportamiento dominante dedeformacin axial diferido en el tiempo (contraccin o dilatacin) en elementos estructuralesunidimensionales,comoeselcasodelosqueconformanlasestructurasreticuladasyquesonobjetodelpresentetrabajo.Estadeformacinimpuestageneraunestadodetensionesautoequilibradasaniveldeseccin,esdecir,nogeneranesfuerzossielesquemaestructurales isostticoatendiendoalmododedeformacinde laestructura (girosodeformacionesaxiales),encambio,sieshiperestticaaparecen,porcompatibilidaddedeformaciones,esfuerzoshiperestticosmantenindoseelequilibrio.Paraevaluarelvalordelaretraccin,handetenerseencuentalasdiversasvariablesqueinfluyenenelfenmeno. Existen diferentes mtodos de clculo que difieren en la contemplacin de variablesdependiendodelanormaoinstruccin:EHE98,EHE08,Eurocode2:Part11,ComitEurointernationalduBtonCEB09,AmericanConcretInstituteACI209,ModelodeBazantB3,entreotros.A continuacin se expone elmtodode clculopara evaluar la retraccin y entumecimientoque sedefineen[4] laantiguanormaEHE98yqueeselquesecontemplaenelmodelodelprogramaCONSparaelclculonolineal,ascomolasmodificacionesrealizadasen[5]lainstruccinvigenteEHE08.

, Donde: Edaddelhormignenelinstantedeevaluacin,endas. Edad del hormign al comienzo de la retraccin, en das. Se toma como origen el final del

curado. Coeficientebsicoderetraccin.

570 5 10con en/.Paraestructurasalaire 100%:

1,55 1 100

Paraestructurassumergidas:

0,25 Humedadrelativaentantoporciento. Coeficientequedefinelaevolucintemporaldelaretraccin.

0,035

Espesormedioenmm.

2

A readelaseccintransversal.u Permetroencontactoconlaatmsfera.Estemodelo contempla la retraccin bsica ypermite la utilizacinde coeficientes correctoresparaconsiderar la influencia del tipo de cemento y temperatura de curado para una formulacin msexhaustiva.

{2.1}

{2.2}

{2.4}

{2.3}

{2.5}


24

Lanueva instruccin [5]dehormignEHE08 contemplauna seriedemodificaciones en cuanto a laestimacinde laretraccin.Enestecaso,seconsideraque laretraccintotalestcompuestaporunaretraccinautgenayunaretraccindesecado.Ladeformacindelaretraccinautgenasedesarrolladuranteelendurecimientodelhormign,mientrasquelaretraccindesecadosedesarrollalentamentediferidaeneltiempo.

Donde: Deformacinderetraccinporsecado. Deformacinderetraccinautgena.Lacomponentedesecadopuedecalcularsealolargodeltiempocomo:

,Donde: Edaddelhormignenelinstantedeevaluacin,endas. Edad del hormign al comienzo de la retraccin, en das. Se toma como origen el final del

curado. Coeficientedeevolucintemporalqueseobtieneatravsdelasiguientefrmula.

0,04

Espesormedioenmm. Coeficientequedependedelespesormedio.

Tabla2.1.Valoresdelcontenido.

, Coeficientederetraccinatiempoinfinito,queseobtienecomo:

, 0.85 220 110

10

Delamismaformaqueenlaversinanterior,sehaceunadistincinsegnlahumedadambientalparaladeterminacindelcoeficientequetienelasmismasexpresiones.Ydonde: Resistenciamediaacompresindelhormignalos28das. 10.ysoncoeficientesquedependendelavelocidaddeendurecimientodelcemento.

Tabla2.2.Coeficientesy.

Porotraparte,lacomponenteautgenapuedecalcularsecomo:

,

{2.7}

{2.8}

{2.9}

{2.10}

{2.11}


25

{2.12}

{2.13}

Donde:

, 2,5 10 10

1 exp0,2

En [12] laGua para la concepcin de puentes integrales en carreteras se establece que los valoresfinalesdelaretraccindelhormignysuevolucineneltiemposedeterminansegnloexpuestoenlainstruccindehormignEHE08.Respecto a estadeformacin impuesta, los valores finalesms frecuentes segn [12], en el casodeelementosdehormignarmadoopostesadodepuentes,suelensituarsegeneralmenteenelrangodedeformacionesunitarias250 10 300 10.Encuantoa su influenciaen lospuentes integrales,convienediferenciarentreelmovimientoqueseproduceenlaseccindeltablerosobreelestriboyelmovimientoqueseproducealfinaldelalosadetransicin. Los estribos estarn unidos al tablero desde elmomento del hormigonado y, por tanto,estarn afectados por el valor total de la retraccin. Los estribos de los puentes integrales, por suflexibilidad, no ofrecen una coaccin efectiva al acortamiento por retraccin, y por consiguiente ladeformacindecontraccinaniveldeseccindeestriboser:

, , 2

Siendoladistanciaentreejesdeestribos.Respectoalalosadetransicin,convienehormigonarlalomstardeposible,yconseguirconelloqueelacortamientohorizontalgeneradoporlaretraccinseasolamenteunapartedesuvalortotal:

, , , Siendo, elvalordelaretraccineneltiempo,transcurridoentreelhormigonadodeltablero 0yelhormigonadodelalosadetransicin.Sieslalongituddedichalosa,elacortamientocorrespondienteser:

, 2 ,

Porotraparte,hayquedistinguirtrestiposdepuentesintegralessegnsuseccin:Puentesdehormignpostesado.Puentesdevigasprefabricadasdehormign.Puentesdetableromixto.Enelprimercaso,el tablerodehormignpostesadoseconstruir insituyelvalorde laretraccinatomarencuentaenlosclculosdelosacortamientosserelquesehaexpuestoanteriormente.Sinembargo,enelcasode lospuentesdetableromixto,elacortamientoporretraccinde la losadehormign se ver coaccionadopor el cajno las vigasmetlicas, ypor ello, el valor corregidode laretraccinaconsiderarenlosclculosser:

, ,

{2.14}

{2.17}

{2.15}

{2.16}


26

Donde: readelaseccindehormign. readelaseccinmetlica. Coeficientedeequivalencia,entrelosmdulosdeelasticidaddelaceroyhormign.Aestosefectossepuedetomar 12.Para las geometras habituales en puentes de luces reducidas, la relacin

, para puentes de

carretera, puede estar entorno de 0,70, lo que significa una reduccin significativa del valor de laretraccinquesedebeconsiderarenelclculodelosacortamientos.Otro tantoocurreenelcasodetablerosdevigasprefabricadas,coronadasporuna losadehormignejecutadainsitu,aunqueenestecaso,hayqueevaluarlapartedelaretraccinquesehaproducidoenlasvigashastaelmomentodehormigonadodeltablero,ytomarloenconsideracinenlaevaluacindelparmetrodereduccin.Estas consideracionesy la interaccinentre losdistintoselementosde la seccinque seexponenen[12], laGuapara laconcepcindepuentes integralesencarreteras, sepuedendeterminarde formams rigurosa y fidedigna introduciendo el modelo de retraccin expuesto en la EHE en modelosnumricosdeclculoquetenganencuentaunanlisisnolinealeneltiempoylaconstruccinevolutivaadelasestructuras.TaleselcasodelprogramaCONS,delcualsehablaenelcaptulo4.

FluenciaLa fluencia es una accin indirecta, permanente de valor no constante, de carcter reolgico quedependedelestadotensionale inducedeformaciones impuestassobre lasseccionesde laestructura.Dichasdeformacionespueden serde carcterelsticooplsticoy sondiferidasenel tiempobajoelefecto de cargas permanentes, es decir, la fluencia no contempla las deformaciones instantneas(elsticaso remanentes),pero seadmitequedichadeformacin tensionaldiferida tiendeaun valorasintticoproporcionala ladeformacinelstica instantneatalycomosemuestraen laformulacinquecontinua.Los principales factores que influyen en el fenmeno de la fluencia son: las condicionestermohigromtricas;elespesor ficticio; lascaractersticasdelhormign (resistenciacaracterstica );edad del hormign en el momento de puesta en carga; duracin propia de la carga; y cuanta dearmadura.De formaanlogaa la retraccin, la fluenciaoriginadistintosefectosestructuralesanivelde seccindependiendodelesquemaestticodelaestructura,esdecir,silasdeformacionesimpuestasdebidasalafluencianosoncompatiblesconlascondicionesdecontornodelaestructura,segenerarnesfuerzoshiperestticosquerestituyenlacompatibilidaddedeformacionesyquecumplenconlascondicionesdeequilibrio. En caso contrario, en una estructura isosttica en la deformacin que origine la fluencia,dichas deformaciones diferidas sern proporcionales a las instantneas sin desarrollarse esfuerzoshiperestticos.Acontinuacinseexponeelmtododeclculoparaevaluarlafluenciaquesedefineen[4]laantiguanormaEHE98yqueeselquesecontemplaenelmodelodelprogramaCONSparaelclculonolinealdiferidoeneltiempo,ascomolasmodificacionesrealizadasen[5]lainstruccinvigenteEHE08.Estarelacinlinealesvlidasiemprequeelestadotensionalsea0,45 , :

, ,

,

{2.18}


27

{2.25}

{2.26}

{2.27}

Donde: Instantedeevaluacindeladeformacin. Instante de aplicacin de la carga permanente que genera el estado tensional

responsabledelfenmeno., Deformacindebidaalafluenciaproducidaporlatensin., Mdulodedeformacinlongitudinalinicialdelhormignalos28dasdeedad., Coeficientedefluenciaenporunatensinaplicadaen.

, Coeficientebsicodefluencia,dadoporlaexpresin:

1 100 9,9/

16,8

8

1

0.1 .

Donde, ysonelcoeficientedeinfluenciadehumedadrelativa,elfactorquetieneencuentalaresistenciadelhormignyelfactordeinfluenciadelaedaddecargarespectivamente.

Funcinquedescribeeldesarrollodelafluenciaeneltiempo.

.

1,51 0,012 250 1.500

Laformulacinempricaestablecida,contemplalosprincipalesfactoresqueinfluyeneneldesarrollodelfenmenoypermite lautilizacindecoeficientescorrectoresparaconsiderar la influenciadeltipodecementoydelatemperaturadecurado,quepuedentenerseencuentamodificandolaedaddepuestaencargadelhormign,yparaunrangodetensiones0,45 , 0,6 ,.Lanolinealidaddelafluenciaenestecasoseevalamultiplicandoelcoeficientebsicodefluenciaporunaexpresinquedependede la relacin tensinaplicada/resistenciayqueparaellodebe consultarsebibliografaespecificada.En [5] la reciente instruccin EHE08 se han efectuado pequeas modificaciones respecto a loscoeficientesy,en losquesediferencianexpresionessegn la resistenciamediaa28dasdelhormign .Para:

1 100 9,9/

Si 35/.

1 100 9,9/

Si 35/

{2.19}

{2.20}

{2.21}

{2.22}

{2.23}

{2.24}


(1)AnlisislinealpararealizarelpredimensionamientodelaestructurapropuestatipomedianteSAP2000yanlisisnolinealdiferidoeneltiempomedianteelprogramaCONS.

28

{2.29}

Para:

1,51 0,012 250 1.500 Si 35/.

1,51 0,012 250 1.500 Si 35/.

Dondelostienenencuentalainfluenciadelaresistenciadelhormign:

35

,

35

,

35

,

Cabe comentar que en [12], la Gua para la concepcin de puentes integrales en carreteras, no sedetallanespecificacionesconcretasrespectoaestadeformacin impuestay larelacionadirectamenteconlacargadepretensado,sininstruccionesdecmoabordarlaparaotrascargaspermanentes,comoelpesopropio,nivaloresindicativosencuantoardenesdemagnituddedichaaccin.

PretensadoEsunaaccinpermanentedevalornoconstanteproducidaporlatransmisindelafuerzadetesadoalasseccionesdehormignmedianteelanclajedelasarmadurasactivas.Setieneencuentaenelclculocomoaccionesosistemasdecargasequivalentesporequilibriodelcableelementoaelementooportramos,comounsistemadeaccionesexternasestticamenteequivalentes,dependiendodeltipodeanlisis(1).Laprecompresindelhormigndeltablerosetraduceenacortamientosquetienendoscomponentes:una instantneayotradiferida.Enelclculode lacomponente instantneasedebentenerencuentalasprdidasde la fuerzadepretensado,dependiendode la tipologadeste: armaduraspostesasoarmaduraspretestas.Losmodelosquetienenencuenta lasprdidasson losqueseestablecen [5] laEHE08. Y para la componente diferida, se tiene en cuenta la retraccin, la fluencia deformacindiferida de origen tensional debido a la accin del pretensado y la relajacin prdida de tensindiferidadebidoalapredeformacindelaceroactivo.Lainteraccindeestosdosltimosefectosdebeen cuentaen comndebidoaque laprdidade tensinenelacero tieneefectosen la fluenciadelhormign.Estosefectosdiferidoseneltiempodebentenerseencuenta,comosehacomentado,enunanlisisnolinealeneltiempo.Tanto losmodelosdeprdidasde fuerzadepretensado [5], como la formade tratar las fuerzasdepretensado como acciones exteriores equivalentes en la estructura [19], los efectos instantneosdeformaciones elsticas contabilizando las prdidas y los efectos diferidos retraccin, fluencia yrelajacinsecomentancondetallecomosetienenencuentaenelmodelodeclculono linealenelcaptulo4.Esinteresanterecordar,amodoorientativo,elordendemagnituddelasdeformacionesquegeneralaaccindelpretensadoyde las consecuenciasque sederivanparael casodepuentes integralesqueestablecelaGuaparalaconcepcindepuentesintegralesencarreteras[12].Aesterespecto,convienedistinguirvariostiposdetableros:

Acortamientosinstantneos,.(deformacionesmecnicas). Losasmacizas: 120 10 Losasaligeradas: 180 10 Cajones: 240 10 Vigasprefabricadas: 360 10

{2.28}

{2.30}


29

Acortamientos diferidos por fluencia asumiendo . , tomando como valor medio 2,5.Seobtienen: Losasmacizas: 300 10 Losasaligeradas: 450 10 Cajones: 600 10 Vigasprefabricadas: 900 10

Comparandoestosvaloresque,siendordenesdemagnitud,puedenenlaprcticavariarentrelmitesmuyampliosconlosdelosotrosfactoresqueinfluyenenlosmovimientosdelospuentes,seponedemanifiesto su importancia, de la que a su vez se deriva una serie de consecuencias prcticasimportantes.En primer lugar, la utilizacin de soluciones pretensadas en puentes integrales est fuertementepenalizada.Solamenteesposiblesuuso,enpuentesmuycortosoenpuentesdelongitudesmoderadas,conlosaspostesadas.Enlassolucionesprefabricadas,lgicamente,lasdeformacionesinstantneasqueseproducen en laplantadeprefabricadono influyen en el comportamientodel tablero y lomismoocurreconunapartede lasdeformacionesdiferidas.Perosiendostas tan importantes,esnecesarioevaluar cul es la parte de fluencia que resta por producirse cuando se integra el tablero con loselementosverticales.Esporotrapartemuy importante, talycomo seha comentadoalhablarde laretraccin,lacoaccinalacortamientoporfluenciaresidualquegeneralalosadehormigndeltablero.Por todo ello, la deformacin unitaria que hay que tomar en consideracin en la evaluacin de losacortamientosoriginadosporpretensadoenlostablerodevigasprefabricadas,puedeserdelordende300 10. El valor ser tanto ms pequeo cuanto ms tiempo haya transcurrido desde laprefabricacinentallerhastaqueseejecutelacontinuidadaltablero;porello,convienedejarlasjuntasdeconstruccinentretableros,yentrestosypilasyestribos,hastaelltimomomento.LoanteriormenteexpuestocontribuyeaexplicarporquenEEUUnoesfrecuenteelusodetablerosdehormign postesado, ejecutados in situ, con el concepto de puente integral. Las referencias msfrecuentes tratan de puentes de hormign con vigas prefabricadas, pequeos puentes de hormignarmadoypuentesdeestructuramixta.Porotraparte,una formadepaliar losefectosde losacortamientosdebidosalpostesado ser laderetrasar laconexindeltablerocon loselementosverticaleshastadespusdehaber llevadoacaboeltesado.Otra forma ser tambin el uso de puentes semiintegrales, en los que el tablero se puededesplazarenrelacinconloselementosverticalesalnoestarunidosrgidamente.

Temperatura.Lasaccionesderivadasde los cambiosde temperatura sonacciones indirectasdeorigen trmico,decarctervariable,yaunquedichoscambiosdetemperaturaseproducenpaulatinamenteenperiodosdetiempomsomenoslargos,stasseconsiderancomounaaccininstantnea.Al considerar estas acciones se tendr en cuenta tanto la componente de variacin uniforme detemperatura que experimente el elemento, asociada fundamentalmente al rango anual de latemperatura ambiente en el lugar de su emplazamiento, como la de los gradientes trmicos en lassecciones transversales, asociados a variaciones diarias de temperatura y radiacin solar. Para lospuentes mixtos, el efecto del gradiente trmico sobre cada una de las secciones parciales no essignificativo; en su lugar se utilizar una accin trmica especfica,muchoms relevante, que es ladiferenciade temperaturasentreseccionesparcialesdebidoa ladiferente respuesta trmicadecadamaterial,considerando losefectostrmicosde laradiacinsolarsobre lacarasuperiordeltableroy/osobrelaseccinparcialmetlica.Dichasacciones,deigualmodoquelaretraccinylafluencia,producendeformacionesimpuestasenlaestructuraperoconcarcterinstantneo,adiferenciadelasanterioresdiferidas.Paraladeterminacindelvalordelasdeformacionesimpuestasseconsiderarnloscoeficientesdedilatacinlinealtrmicade


30

loscorrespondientesmaterialesutilizadosaniveldeseccin.Dichocoeficienteexpresaladeformacinunitariaqueseproduciraporcadaincrementodetemperatura.ElqueproponelaEHE98yEHE08paraelhormignes 10 6 .LaGuapara laconcepcindepuentes integralesencarreteras[12]constataque losefectoscausadospor latemperaturason losquemayortranscendenciatienenen laconcepcindepuentes integralesylosquemscondicionanloslmitesdeutilizacindeestatipologadepuentes.Elloesdebidonosolamentealamagnituddelasdeformacionesqueprovocan,sinoalhechodequesetrata de deformaciones alternadas que se producen durante toda la vida de la estructura. Lo quecontrastaconlosefectosdelaretraccinyfluencia,queproducenexclusivamenteacortamientosyqueacabancesandoprcticamentealcabodemuypocosaos.Teniendoen cuentaelorigende laaccindevariabilidadenel tiempo conun rangodevaloresquepuede llegara ser importante yque las consecuenciasqueello comportapueden serdeterminantesparalospuentesintegrales,esnecesarioevaluarconprecisinlosvaloresautilizarenlosclculos.Entalsentido,yaefectoscomparativos,serelacionanacontinuacinalgunosdelosdatosquefiguranendiversosdocumentosnormativosreferentesavariacionesuniformesdetemperatura[12].1.IAP,InstruccindeaccionesenpuentesdecarreterayIAPF07,Instruccindeaccionesenpuentedeferrocarril.

Puentesdehormign:

Losasmacizas 2345 Losasaligeradas 2344 Cajones 2444 Vigas 2547

Puentesmetlicos:

Cajones 3656 Vigasmetlicas 3555

Para lospuentesmixtos,segn la IAP,apartirdeuna temperaturademontajede15sedefineunrangodevariacinuniformeque,prcticamenteesde20enelhormignyde35enelaceroencaso de calentamiento, y de20 a35 en caso de enfriamiento. As, la variacin media detemperaturaestarcomprendidaentrelosdosvaloresextremosde40y70.EncambiolaIAPF07,a partir de un en la seccin total, establece un incremento de18 en la seccin parcial dehormignoacero,dependiendodesiunasecalientamsquelaotra.2. Technical memorandum on expansion joints for use in highway bridge decks, n BE6 (UnitedKingdom.MinistryofTransport)Losvaloresextremosdetemperaturasylosrangosdevariacin,sonlossiguientes:

Puentesmetlicos 49 7 56 Puentesmixtos 43 7 50 Puentedehormign

Cajonesovigas 38 7 45 Losasmacizas 32 7 39


31

3.AASHTOBridgespecifications(1992.EEUU)

Puentesdeacero

Climamoderado 1849 67 Climafro 2949 78

Puentesdehormign

Climamoderado 1722 41 Climafro 2025 45

4.DIN1072.Roadandfootbridgesdesignloads.

Puentesmetlicos 35 70 Puentesmixtos 35 70 Puentesdehormign 20 30 50

5.Integralbridgeabutmentdetailsinpracticeandintheory.(E.C.Hambly,TRL)

PuentesdehormignParaunperiododeretornode120aos. +35 11 46

Puentesmixtos(20%mayor) 55 Puentesdeacero(50%mayor) 68

Enesteltimodocumentoseestablecequeunaposibleexplicacindelosescasosdaosquesesuelenapreciarenlospuentesintegrales,esquelasvariacionesmximasestablecidasseproducirnunavezalolargodelavidadeunpuente,yquesonlasvariacionesmsfrecuentes,comoenelcasodelafatigadelosmateriales,lasquepuedenprovocardaos.Peroalaumentarelnmerodeciclos,lavariacindetemperaturasereduce.Comoordendemagnitud ybasndoseenmedidasde algnpuentedehormign, consideraque lasvariacionesefectivasde temperatura,enunperiododeunda,nosuperan los4, 5, lasvariacionesmensualespuedensuponer16ylasvariacionesanualesnoalcanzanlos32.Porlotanto,amayornmero de ciclos, menores variaciones y menores desplazamientos alternados, lo que favorece elcomportamientodelpuenteintegral.Variacinuniformeanualdetemperatura:Esladiferencia,alolargodelao,delosvaloresmediosmximosymnimosdelatemperaturamediaefectivaensusseccionestransversales.Su valor depende de la tipologa estructural del tablero, de sus dimensiones, de los materialesconstituyentesydelatemperaturaambientedelazonaclimticaenquesevayaaubicarelpuente.LainstruccinIAPF07[15]utilizaunamismaformulacinparaobtenerelvalorcaractersticotantoparapuentesdehormigncomoparapuentesmetlicos,conosinbalasto:

Donde: Nmerorabequecorrespondealnmeroromanoquedesignaalazonaclimtica. Cantodeltableroenm.Con . Separacinentreejesdevigasenm.paratablerosdevigasdehormign.

Con1,5. 3,5.Enotroscasos 1., , , Constantes definidas en la tabla 2.4 para las tipologasde tablerosde hormign o

metlicosmshabituales.

{2.31}


32

Enlafig.2.5yenlatabla2.3seindicanlaszonasclimticasaconsiderar.

Tabla2.3.Zonaclimticasegnregingeogrfica.

Tabla2.4.Constantesparaladeterminacindelavariacinuniformeanualdetemperaturaeneltablero.

Fig.2.5.Mapadezonasclimticasparaladeterminacindelavariacinuniformeanualdetemperaturadeltablero.

Gradientetrmico:Esladiferenciadetemperaturasentrelasfibrasextremasenunadeterminadadireccindivididaporladistanciaentreambasfibrasdelaseccintransversaldeunelementoestructural.Semide,porlotanto,engradosCelsiuspormetro / .Dichavariacindetemperaturasesupondrlineal.La IAPF 07 [15] considera los gradientes trmicos verticales positivos y negativos, los gradientestrmicostransversalesy losgradientestrmicos localesen lasparedesdeseccionesdetablerodetipocajn.

Gradientetrmicoverticalpositivo:Se produce por la diferencia de temperatura positiva entre las fibras superior e inferior del tablerodebida al soleamiento.Paradeterminar el valor caractersticode ladiferenciade temperatura entrefibras , la instruccinIAPF07estableceunmtodocomnparatodas lastipologasdepuentesdehormignymetlicosqueconsisteenaplicarunoscoeficientescorrectoresaunosvaloresdediferenciade temperatura de referencia , obtenidos a travs de mapas de isolneas. Dichos mapas deisolneasylosfactoresdecorreccindependendelatipologadepuenteaniveldeseccin.


33

Losasdehormignmacizasyaligeradas.

,Donde: Factordecorreccinporcantodeltablero(Fig.2.7). Factordecorreccinporbalasto.Siexistebalasto 0,6,sinoexistebalasto

1,0. , dereferencia(Fig.2.6).

Fig.2.6.Mapadeisolneasparalaobtencinde ,entablerosdelosasdehormign.

LOSAMACIZA LOSAALIGERADA

h=cantodelalosaenmetros.

Fig.2.7.Factordecorreccinparalaobtencinde entablerosdelosasdehormign.

Tablerodecajndehormign:

,Donde: Factordecorreccinporcantodeltablero. Factordecorreccinporrelacinentreanchosdelosasuperioreinferiordel

tablero.

{2.32}

{2.33}


34

Factor de correccin por balasto. Si existe balasto 0,6, si no existebalasto 1,0.

, dereferencia.

Tablerodevigasdehormign:

,Donde: Factordecorreccinporcantodelasvigasyseparacinentreellas., , Mismosignificadoquelosasdehormign.

Tablerodecajnmetlico:

,Donde: Factordecorreccinporcantodeltableroyporrelacinentrelosanchosde

laschapassuperioreinferiordeltablero., , Mismosignificadoquelosasdehormign.

Tablerodevigasmetlicas:

,Donde:,, , Mismosignificadoquelosasdehormign.

Gradientetrmicoverticalinversoonegativo:Seproducepor ladiferenciade temperaturanegativaentre las fibras superiore inferiordel tablero,consecuencia de su enfriamiento durante la noche. Los gradientes ms desfavorables se dan eninvierno,antesdelamanecer.Enlatabla2.5,serecogenlasdiferenciasdetemperaturaentralasfibrassuperioreinferiordeltablero, ,aconsiderarenlosclculos.

Tabla2.5.Diferenciadetemperatura paraelgradientetrmicoverticalinversoonegativodeltablero.

Gradientetrmicotransversaldeltablero:Seproduceperladiferenciadetemperaturaentrelosdosparamentoslateralesdeltablero,causadaporladiferenteradiacinsolarsobreellos,consecuenciadelaorientacindelpuente.Estaaccinseconsiderarnicamenteen lospuentescuyoeje formeunngulo inferiora25con ladireccinesteoeste.Paraestoscasos,lasdiferenciasdetemperaturaentrelasdoscaraslateralesdeltableroaconsiderarenelclculosonlasindicadasenlatabla2.6.

Tabla2.6.Diferenciadetemperaturaparaelgradientetrmicotransversaldeltablero.

{2.34}

{2.35}

{2.36}


35

Fig.2.8.Definicindey.

Donde: Longituddelvoladizodeltablerosobresuparamentolateral. Proyeccinverticaldelparamentolateraldeltablero.(*) Dentrodel intervalo,elproyectistaadoptarelvalorqueconsideremsadecuadoenfuncin

delaorientacindeltableroconladireccinesteoesteydelarelacin/.

Gradientetrmicolocalenlasparedesdelasseccionesdelcajn:Seproduceporladiferenciadetemperaturaentrelasdosparedesdelasclulasdetablerosdeseccinen cajn, debida a cambios bruscos de temperatura ambiente. Para el clculo se consideran lasdiferenciasdetemperatura entrelascarasinterioryexterior,encontactoconelambiente,recogidasenlatabla2.7.

Tabla2.7.Diferenciadetemperatura entrelascarasinterioryexteriordelasparedesdeseccionesencajnparaelclculodegradientelocal.

Frenadoyarranque.Son acciones directas de explotacin o uso con origen ferroviario y de carcter variable, tanto enposicincomoenelmomentodelavidadelaestructuraenqueseaplican.Setienenencuentacomofuerzasexternasaplicadassobre laestructura(vectordefuerzasnodalesequivalentes)adiferenciadelasdeformacionesimpuestasporretraccin,fluenciaytemperatura.Lasaccionesde frenadoyarranquede losvehculos ferroviarios seasimilarna fuerzashorizontales,paralelasalava,repartidasuniformementealolargodeunadeterminadalongitudyaplicadasaniveldelplanomedioderodadura.LainstruccinIAPF07[15]determinaelvalorglobaldeestasacciones,paraunavacomo:

Arranque: , 20/ (con 300.) Frenado: , 33/ (con 30.)

Dondeeselcoeficientedeclasificacindeltipodevayysonlaslongitudesenquesesuponenrepartidaslasaccionesdelfrenadoyarranque,respectivamente.Dichaslongitudessetomarnigualesalalongituddelpuente,sinsobrepasarloslmitesindicados.Paraconsiderarelefectodeestasaccionessetendrencuenta,ensucaso,lainteraccinvatablero.Elcoeficientedeclasificacintendrunvalorde:

1,21paravasdeanchoibricooUIC(UnionInternationaledesCheminsdeFer). 0,91paravasdeanchomtrico.

Previapropuestadebidamentejustificadaporelproyectista,laAdministracinpodrautorizardistintaslongitudesderepartodelaaccindearranqueenaquellaslneasconcirculacinexclusivadetrenescontraccinsimultneaencabezaycolaotraccindistribuida.


36

2.5. Estudiosexperimentalesynumricos.

Como seha comentado,desde losaos50 losEEUUeselpas conmsexperienciaeneste tipodeestructuras,tantoenejecucincomoenestudiosyproyectosdedesarrolloquesehan llevadoacaboparaconocersucomportamientoyobtenercriteriosdediseoadecuados.Latipologamsutilizadayenlacualsebasandichosdesarrollosesladepuenteintegraldecarreterade2o3vanos,nomayora100m.de longitudtotal,conestribostipocargaderocimentadoenpilotesconperfilesmetlicosenH,orientados segn su eje fuerte paralelo al eje del puente, de tal forma que la flexin se produzcaalrededor del eje dbil, y con seccin transversal compuesta por vigas metlicas, prefabricadas dehormign pretensado o con losas prefabricadas pretensadas, con una losa superior de hormignarmadoinsitu,yconvigatraviesaencabezadelossoportesintermedios.Acontinuacinsedescribendiferentesestudiosexperimentales llevadosacaboparaelconocimientodelcomportamientodedichasestructuras,ascomolosmodelosyformulacionesusadosparaabordarel anlisis de las mismas, publicados en The 2005 FHWA Conference. Maryland, 2005: IntegralAbutmentandJointlessBridges:[1],[2],[3]y[16].

2.5.1. ModelosnumricosdeElementosFinitos.

ElproyectodeinvestigacindesarrolladoporlaUniversidaddeMassachusettsAmherstyfinanciadoporel laFHWAyelDOTdelestado, incluyeelestudio[2]delcomportamientodeunpuente integralreal,OrangeWendell Bridge, comparando los datos obtenidos experimentalmente medianteinstrumentacinconlosresultadosdelmodeloanaltico,yenelquelosresultadosdelcomportamientobajolosefectostrmicostienenespecialinters.Ensteestudiosehanrecogidodatosdepresioneseneltrasdsde losestribos,giros,desplazamientos,deformacionesytemperaturas,tantoenpilascomoen estribos. De entre estos, se destaca la importancia de los giros en los estribos debido a lasdeformaciones impuestasenel tablero.Elobjetivodelestudioesproporcionar informacinrelevantesobreparmetrosaconsiderareneldiseodepuentesintegralesconlatipologatpicadeestribo.Setratadeunpuenteintegralde82,3m.delongituddistribuidosen3vanosde24,4+33,5+24,4m.respectivamente, la seccin transversal es mixta y est compuesta por 4 vigas armadas separadas2,64m.yuna losadehormignacompresinde200mm.,conunanchototalde9,8m.Lossoportesestnformadosporunconjuntode3pilaspilotecircularesdehormign,mientrasquelosestribosson8perfilesmetlicosorientadosdetalformaquelaflexinseproducealrededordesuejedbil.Sehanutilizadodosmodelosnumricos2Dy3Ddeelementos finitosparaevaluaranalticamenteelcomportamientodelpuenteutilizandoelprogramaGTSTRUDL.

Fig.2.9.ModelomedianteMEFdelpuenteOrangeWendell.[2]

Elmodelo2Dsedesarrollaparaproporcionarrecomendacionesparalafasedediseoenelclculoysecalibraparapodercompararlarespuestadelmodelo3Dydelosdatosexperimentales.Lospuntosmscrticosdelpreprocesoenelmodelo3Dsonlaidealizacinfsicadelasconexionesentrelas seccionesparcialesde acero yhormign y la entregadel tablero en los estribos. Las conexionestableroestriboyvigasarmadasviga traviesa (traviesaencabezapilaspilote)semodelanconunionesrgidasmientrasque launinvigasarmadaslosadehormign seutilizanelementos finitosadhocde


37

separacin.La interaccinsueloestructuraen losestribossemodela,deformaaproximada,medianteresortes no lineales. Tambin se considera la no linealidad geomtrica en todos los elementosestructurales,ylanolinealidaddelmaterialseincluyemediantelasdiscretizacindelaseccinenfibrasquepuedenplastificarenloselementoscrticos.El modelo simplificado 2D se construye mediante elementos finitos tipo barra. Para definir lasuperestructuramixtaseutilizanlaspropiedadesreducidasequivalentesdelaseccinmixtacompleta.Dichaspropiedadessecalculanen4seccionesdiferentesalolargodelejedeltablerodadoelcambiodeespesordelasalasdelasvigasarmadas.Loselementosdeltableroseconectanalosestribosalaalturadelejeneutrodelaseccinmixta.Otroaspectoatenerencuentaenelpreprocesodelmodeloesquelos dos soportes intermedios se consideran conectados a la viga traviesa mediante una rtulapermitiendoelgiro,ylosperfilesdelosestribosseasumenfijosaunaprofundidadde4,6m.Parasimularellechoelsticotraslosestribosseusaunmodeloabasederesortesnolinealesalolargode toda la longitudde los perfilesmetlicos. Se usan las curvas de diseo delNational CooperativeHighway Research Program para modelar los efectos del empuje activo y pasivo tras los estriboscomparndolocon lasespecificacionsdelMassachusettsHighwayDepartmentBridgeDesignManual,puesto que las rigideces de los resortes para el empuje pasivo segn las gua de diseo delMassHighwaysonmenoresque los incluidosenelNCHRP.Debidoa las incertidumbresdelcampodevaloresdelniveldecompactacindelsuelo,sehandeterminadovaloresderigidecesparasuelosdensosy suelos sueltos con la finalidad de poder comparar resultados. Paramodelizar la interaccin sueloestructura se hace uso de dichos resortes dispuestos simtricamente y basados en elmtodo de laHiprbolaTangenteyseasumequelos3,0m.superioresestnformadosporsuelosuelto,mientrasqueaestamismaprofundidad,elrellenodelosperfilescongravaproporcionamnimacoaccindelterrenopermitiendomovimientosadicionalesdelosperfilesmetlicosenlazonaqueseesperaqueplastifique.Elcoeficientedeempujepasivosecalculacomo:

0,43 5,71

Donde: Alturadesuelatraselestribo. Mximomovimientotrmico.Respecto a la interaccin sueloestructura, se han realizado modelos teniendo en cuenta laspropiedadesde la gravade relleno en losperfilesmetlicos, considerando tambin losdos tiposdesuelodensoysuelto,ymodelosmenospreciando ladiferenciadematerialsueltoy lagravaderelleno(asumiendo para stas las propiedades del material suelto), dadas las diferencias del nivel decompactacindelosdistintosmaterialesdurantelasestacionesdelaoyalolargodeltiempo(distintosaos).

2.5.2. Esfuerzoshiperestticos.Formulacin.

Como se ha venido comentando, el concepto integral, pilas y estribos unidos rgidamente a lasuperestructura,generaeldesarrollodeesfuerzoshiperestticosante laaplicacindedeformacionesimpuestas: fluencia y retraccin efectos diferidos y acciones de origen trmico. Por lo tanto, esnecesario desarrollar procedimientos analticos aproximados o ms rigurosos para determinar losefectos secundarios inducidospordichasaccionesquepuedenproducirestados tensionalesmayoresquelosdelpesopropiodelaestructura.Acontinuacinseespecificanlosmtodosexistentesparaelanlisisdelatipologaintegraldefinidaenelprrafoanterioryexpuestosen[1].

[2]{2.37}


38

ElmtodoaproximadoPCA(PortlandCementAssociation)desarrolladoenloslaboratoriosdelPortlandCementAssociationfuebasadoenelestudiodeuntablerocontinuodedosvanosduranteunperiodode2aosaproximadamente.Seobtuvieronlassiguientesexpresiones.Momentodiferencialuniformedebidoaretraccinparacualquierinstante:

/2

Donde: Deformacinporretraccin. Modulodedeformacinelsticodelalosadehormign. readelaseccintransversaldelalosadehormign.

/2 Distanciaentreelcentrodegravedaddelalosayeldelaseccintotaldeltablero.Momentohiperestticodeltableroenelapoyocentral:

3/2 1 3/2 1

Momentoproducidoporelpretensadorespectoelcentrodegravedaddelaseccintotal. Momentoencentrovanoproducidoporlacargamuerta. Coeficientedefluencia.Elmomento hiperesttico total es la suma de las tres componentes: retraccin, fluencia por cargamuertayfluenciaporpretensado.Seconcluyquelasdeformacionesdebidasaretraccinyfluencianoinfluanenlacapacidadltimadelasvigascontinuasperosianiveldeservicioenlasdeformacionesyfisuracin.Otromtodoaproximadoparaelmismo tipode secciones transversaleseselCTLdesarrolladoenelConstruction Technology Laboratories Inc., como parte del National Cooperative Highwat ResearchProgram. ste tiene en cuenta la rigidez y la longitud de la conexin en los soportes. El softwareBRIDGERM sedesarrollpara calcular losmomentoshiperestticosdebidoa losefectosdiferidosenpuentesdevariosvanos.Elanlisisdelmomentohiperestticoporefectosdiferidosseobtenacomosuma recurrente sobre ladiscretizacindeldominio tiempo en intervalos. Elmomentohiperestticoparacadaintervaloseobtienemediante:

1 1

Donde: Momentohiperestticodebidoalacargamuerta. Momentohiperestticodebidoalafluenciaporpretensado. Coeficientedefluenciaenelinstante.Elmomentototalenapoyo,entonces,esigualalasumadelas3componentes:retraccin,fluenciaporcargamuertayfluenciaporpretensado.Seconcluyqueelmomentohiperestticodependadeformaimportantedelinstanteenqueseejecutabalalosaacompresin.Aedadestempranassedesarrollaunmomentopositivoquedependedelacuantadearmaduraapositivosdispuestaenlaconexindelasvigasenlossoportes.Otromtodoqueproponeunclculodelmomentohiperestticoparalosasprefabricadaspretensadasquetieneencuentalarigidezylalongituddelosdiafragmasascomodiferentesinstantesdeiniciodelafluencia y el efectode la retraccindehormign ejecutado enobra,es elPMethod (PetermanandRamirez,1998).Elmomentodiferencialdebidoalaretraccinseestimamultiplicandoporlossiguientes

[1]{2.38}

[1]{2.39}

[1]{2.40}


39

factoresquetienenencuentalacoaccinentreloselementosprefabricadosylaarmaduradelalosainsitu:

1

1

1

1

Donde: Mdulodedeformacinelsticoyreadelaseccintransversaldelaslosasprefabricadas. Mdulodedeformacinelsticoyreadelaarmaduradelalosaacompresininsitu. Mdulodedeformacinelsticoyreadelalosaacompresininsitu.Elmomentohiperestticoen la seccindel soporte centraldeunpuente simtricodedos vanos seobtienesegn[1]:

3/2 , 1 ,1 3/2 1

Donde:

2

2 3

Momentodeinerciadeldiafragma. Longituddeldiafragma. Momentodeinerciadelaseccindevano. Longituddevano. Momentogeneradoporelpretensadoalrededordelcentromecnicodelaseccin. Momentodiferencialporretraccindeequilibrioporcoaccinentrelosaprefabricada

ylaarmaduradelalosainsitu., Momentoencentroluzdebidoalacargamuertadelaslosasprefabricadas., Momentoencentroluzdebidoalacargamuertadelalosadecompresininsitu. Coeficientedefluenciaconinicioenlatransferenciadelafuerzadepretensadoenlas

losasprefabricadas. Coeficientedefluenciaconinicioenlaejecucindelalosadecompresininsitu.1 Incrementodel valor 1 desde la ejecucinde la losa a compresin in situ

hastaelinstantedeclculo.Y por ltimo, se presenta elmtodoms riguroso: anlisis no lineal diferido en el tiempo. ste secomenta de forma ms concreta y con sus variaciones en el siguiente captulo por ser el mtodoutilizadoenelanlisisdelpresentetrabajo.Dichoanlisis incluyeno linealidaddelmaterialconsiderando la fisuracindelhormignascomo lasdeformaciones impuestasdiferidasdebidasa fluencia,retracciny temperaturaen lasuperestructuracompuesta por diferentes materiales, de tal forma que se puedan determinar la respuesta linealinstantnea as como lano lineal ydiferidaenel tiempo.Deesta forma ladeformacindebida a lafluenciaencualquierinstantedetiempoes:

1 ,

Donde:, Funcin fluencia desde elmomento de carga en el instante hasta el instantede

clculo.Ratiodedeformacinporfluenciasobreladeformacininstantnea

[1]{2.41}

{2.42}

[1]{2.43}

[1]{2.44}


40

Tensinsostenidahastadebidoalaaccinpermanente.. Mdulodedeformacinelsticalongitudinaldelhormignenelinstante.Larelacinlinealdelastensionesbajocargassostenidaspermiteaplicarelprincipiodesuperposicinenelcampodedeformacionesdebidoa lavariacino incrementesde tensionesypermiteconsiderar laretraccin de forma independiente. Por lo tanto, la deformacin total de origen tensional yconsiderandolaretraccinseobtienecomo:

1 ,

1 ,

,

Donde:, Retraccinproducidaentrelosinstantey. Incrementogradualdetensinenelhormignentrelosinstantesy.Se puede utilizar un coeficiente de fluencia reducido si las tensiones vara gradualmente. Con estasimplificacinlaformulacinintegralpuedemodificarsecomo:

1 ,

1 ,

,

Dondeeselcoeficientedeenvejecimiento.Para cualquier axil y momento la distribucin instantnea de deformaciones y curvaturas seobtienencomo:

1

Donde,y sonelrea,elmomentoestticoodeprimerordenyelmomentode inerciade lasseccin transversal compuestaequivalente referidos alpunto.Dichaspropiedadeshomogneas secalculanenbasealmodulodeelasticidaddelhormignenelinstantedeaplicacindelacarga.Los incrementosdedeformacinde la fibraextrema superior yde curvaturaproducidosporcualquier incrementodeaxilymomentoaplicadosgradualmenteyreferenciadossobre lafibrasuperior,sepuedeobtenercomo:

1

Donde,y sonelrea,elmomentoestticoyelmomentode inerciade laseccintransversalequivalenteenelinstantedeclculoreferidasalpunto.Laspropiedadesdelaseccinequivalentesecalculanenbasealmdulodedeformacindelhormignenelinstantedeclculo /1 .Puestoquelaspropiedadesdelaseccinvaranconeltiempo,elcentrodegravedad(centromecnico)delamismaaslohace.Conelobjetivodeevitarclculosdelcentromecnicoencadapasodetiempo,elpuntodereferenciaseescogeenlafibrasuperiordelaseccin.Finalmente, los esfuerzos hiperestticos se obtienen como la suma de los 4 trminos siguientes:fluencia,retraccin,relajacinyefectostrmicos,respectivamente.

[1]{2.45}

[1]{2.47}

[1]{2.49}

[1]{2.46}

[1]{2.48}


41

2.5.3. Otrosmodelosparaelestudioyanlisisdepuentesintegrales.Otraformadeabordarelmodeloanalticoenelanlisisdepuentes integraleseselpropuestopor[3]realizadoporelDepartmentofCivilandCoastalEngineeringde laUni

00- Estudio Deformaciones Vigas Pref Continuas

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