El viaducto sobre el Arroyo de las Piedras: una obra singular

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El viaducto sobre el Arroyo de
las Piedras: una obra singular
Traigo de nuevo hoy a estas páginas de nuestra revista CIMBRA otra obra singular de la Línea de Alta
Velocidad Córdoba-Málaga. Se trata del viaducto sobre el Arroyo de las Piedras, en el término municipal de
Álora, provincia de Málaga. Entre las características más especiales de este viaducto se encuentra la altura
de sus pilas -algunas de ellas de mas de 90 m-, lo que constituye un verdadero record en la alta velocidad
y su gran longitud -1.220 metros- lo que hace inviable disponer de un único punto de estribo. En este
artículo describiré las soluciones más destacadas.
Por Antonio Navas Montes
Ingeniero Técnico de Obras Públicas
Jefe de Infraestructura L.A.V. Córdoba-Málaga
E
l tramo donde se encuentra el
viaducto sobre el Arroyo de
las Piedras tiene una longitud
de 3.980 m de los que éste, finalmente construido, ocupa 1.208 m.
Las obras fueron adjudicadas a la
Empresa Constructora ALTEC el
01/03/02 con un plazo de ejecución de 24 meses y un presupuesto
de adjudicación de 34.491.028,64
euros. La Asistencia Técnica para el
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Control y Vigilancia de las Obras fue
adjudicado a la UTE PAYMACOTASIDEAM.
SOMERA DESCRIPCIÓN DEL
PROYECTO ADJUDICADO
Inicialmente se había proyectado,
por la Dirección General de
Ferrocarriles de la Secretaría de
Estado de Infraestructura del
Ministerio de Fomento, un viaducto
de 1.220 m de longitud con 25
vanos; el primero y el último de 35 m.
y 23 vanos de 50 m. Tablero de hormigón pretensado ejecutado con
cimbra autoportante que permite ejecutar longitudes de 50 m y 3 m de
canto, con una esbeltez de 1/16.
El trazado en planta de la estructura
se compone de una clotóide de
giro a izquierdas de parámetro
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A = 1.940 y longitud 519,117 m. A
continuación comienza otra clotóide
de giro a derechas, de parámetro A =
2.412,47 y 600 m de longitud. En
este punto comienza una curva circular a derechas de 9.700 m de radio y
una longitud de 100,883 m.
El alzado del viaducto lleva, desde
su inicio, hasta el final, una pendiente constante de 24 milésimas.
yos del tablero y situar los dispositivos
amortiguadores-transmisiores de
impacto, trasmitiendo la fuerza que
estos comunican, a la cimentación.
En la Memoria de este Proyecto se
justificaba la solución del viaducto, en dintel continuo de hormigón
postesado, construido en situ
mediante cimbra autoportante, en
vanos de 50 m.
El viaducto tenía 24 pilas de tipo troncocónico hueco, con sección variable
rectangular, iniciándose en coronación con un perímetro exterior de
2,50 x 5,50 m, formadas por paredes
de espesor variable según la altura de
la pila. La sección tiene formas redondeadas en las esquinas.
Si tenemos en cuenta las especiales características del mencionado
viaducto como son:
La altura de las pilas va desde 13,20
m de la pila 1 hasta los 92,20 de la
pila 12. La cimentación es profunda
con pilotes en todas las pilas menos
en la pila 17 que es cimentación directa. Los estribos son cerrados de hormigón armado con estructuras de
aparato de dilatación de vías, cimentación superficial con zapatas de 2,50
m de canto. La función principal de
estos estribos es la de recoger los apo-
• Una gran longitud de viaducto,
1.220 m, lo que hace inviable
disponer de un único punto fijo
en un estribo, dada la magnitud
que generaría las aperturas/cierres de los sistemas de dilatación
en el estribo opuesto.
• Una gran altura de pilas, algunas
de ellas de mas de 90 m, lo que
constituye un verdadero record
en la alta velocidad.
• La gran altura de las pilas en la
zona central del viaducto impide,
por otra parte, la disposición de
un punto fijo indispensable en la
zona intermedia del viaducto, así
como la disposición de un tramo
inerte central para reducir la
carrera de las juntas.
• La situación del viaducto en zona
sísmica de elevada intensidad,
penaliza la recogida de las flexiones
de origen sísmico por las pilas y
cimentación, acentuada por la gran
masa del tablero de hormigón y la
gran altura de las pilas.
Las características aquí enumeradas
invalidan el recurso a la mayor parte
de las alternativas del hormigón, tal y
como se analiza en el estudio de tipologías del proyecto licitado:
• Las soluciones isostáticas no
resultaban posibles por la gran
deformabilidad de las pilas para
recoger los esfuerzos de frenado.
• Las soluciones prefabricadas no
resultaban viables dada la gran
altura de las pilas.
• Los voladizos sucesivos de hormigón postesado requerirían un
número inviable de carros de
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avance para mantener unos plazos razonables.
• Las soluciones empujadas de hormigón resultaban técnicamente
desaconsejables, por los problemas resistentes y deformacionales
de las pilas de gran altura, bajo la
acción de los rozamientos de los
teflones durante el empuje.
• La solución con montaje tramo
por tramo, con cimbra autoportante de 50 m de luz está en el
límite de los rangos admisibles
por el mercado de esta tecnología para viaductos pesados,
como son los de alta velocidad.
Por todo lo dicho anteriormente se
pensó que este viaducto encajaba
mejor dentro de una solución mixta,
acero y hormigón, como ya es habitual en las línea de alta velocidad
europeas, principalmente francesas,
donde la administración SNCF avala
técnica y económicamente esta tipología, como lo demuestra el gran
número de viaductos ya construidos y
en funcionamiento en aquel país. El
viaducto de Orgón, en dintel continúo
mixto, con sección transversal bijáce-
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na, y vanos de 63 m de luz, constituye el record actual en Francia de
dicha tipología y se encuentra en la
L.A.V. del T.G.V. Mediterraneé, en una
zona de sismisidad análoga a la que
nos ocupa.
La solución de estructura mixta
del tablero ofrece, entre otras
cosas, las siguientes ventajas:
• Su menor peso reduce significativamente las solicitaciones derivadas de los efectos sísmicos, tanto
en pilas como en cimentaciones.
• Permite el montaje por empuje de
la parte metálica, cuyo peso es significativamente menor a la de la
sección completa de hormigón.
• El sistema de empuje de secciones mixtas resulta muy sencillo
de realizar, dada la flexibilidad y
ligereza de las subsecciones
metálicas empujadas, lo que simplifica las servidumbres propias
del empuje de largos viaductos
de hormigón. El empuje de tableros metálicos mixtos reduce de
manera importante las complicaciones del paso sobre pilas,
aumentando y simplificando
condiciones de seguridad de
plataformas a disponer en
coronaciones de las pilas,
hasta 95 m de altura.
las
las
las
de
• Esta solución permite finalmente
plantear una solución con vanos
tipo de 63,5 m, frente a los de 50 m
de hormigón armado, mas acorde
en el óptimo técnico-estructural
para esta altura de pilas y condiciones de cimentación en la línea del
viaducto de origen francés.
SUCINTA DESCRIPCIÓN DE
LA SOLUCIÓN PLANTEADA
Se describe a continuación el proyecto variante en solución mixta
hormigón-acero, redactada por el
Ingeniero de Caminos, Canales y
Puertos D. Francisco Millares,
Catedrático de Estructuras Metálicas
de la ETSICCP para el viaducto
sobre el Arroyo de las Piedras,
incluido como saben, en la línea de
alta velocidad Córdoba-Málaga.
La sección transversal del tablero
esta construida por dos vigas
armadas metálicas en doble T, de
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canto 3,85 m, sobre las que se
apoya una losa superior de 0,41 m
de espesor máximo en el eje de la
sección dando lugar a un canto
máximo total constante de 4,26 m.
El fondo de la sección (losa inferior),
se cierra mediante unas placas de
hormigón prefabricadas pretensadas de 0,14 m de espesor, reforzadas con un pequeño muro en la
zona de flexión negativa junto a las
pilas, que sirve de encofrado colaborante para el hormigón de la losa
de fondo, de espesor mínimo de
0,25 a unos 10-15 m del eje de la
pila y de un espesor máximo de
0,50 m. en el eje de la pila.
La losa superior del tablero se construye en dos fases, previa colocación
de una placa prefabricada colaborante que soportará el hormigón in situ.
La losa apoya sobre perfiles transversales cada 2 m ubicadas entre las
vigas metálicas. Los perfiles utilizados
son IPN 320 laminados, en acero S355-J2G3, y se apoyan en los rigidizadores verticales, a través de cartelas soldadas, proyectadas con severas
exigencias de ejecución para mejorar
su respuesta en fatiga.
La solución del forjado mixto con
nervios transversales ha permitido
reducir el espesor de la losa a 0,35
m frente al espesor variable obtenido por extrapolación en la sección de hormigón, cuyos valores
variaban entre los 0,33 m en el
centro del vano entre almas, y los
0,50 m sobre las almas.
Las celosías transversales se sitúan cada 8 m y están constituidas
por perfiles laminados que van
desde el centro del perfil transversal de losa a las esquinas inferiores de la sección. La unión de
dichas diagonales al perfil superior
se realiza mediante soldadura a
una cartela. La unión de las diagonales al rigidizador, en su parte
inferior, se realiza también por soldadura sencilla.
El acero utilizado en el dintel metálico es de tipo cortén, de límite
elástico 355 N/mm2 y los espesores utilizados varían, en almas,
desde 25 a 40 mm y en platabandas de 20 a 40 mm. El acero de
los perfiles transversales del forjado superior es de 355 N/mm2 pintado. El acero de celosías transver-
sales es laminado pintado de 275
N/mm2 de límite elástico.
La estructura metálica del tablero
se construyó en los talleres de
Metalurgia del Guadalquivir, S.A.
(MEGUSA), de Sevilla y fue transportado en dovelas de unos 30 m de longitud por carretera, a las explanadas
que a tal efecto se construyeron para
su acopio en el entorno de los estribos. Estas explanadas sirvieron de
parque de montaje de las dovelas
metálicas para su posterior empuje,
como mas adelante se explicará.
El esquema constructivo del tablero
se hizo pensando en que debía ser
empujado; por lo tanto se conjugó el
acero de la estructura con los elementos de hormigón imprescindibles, para que el peso a empujar
fuera el que movieran los gatos
correctamente. Así se empujaba las
vigas metálicas armadas laterales, la
prelosa inferior, dos zunchos laterales
inferiores de hormigón y las prelosas
superiores. Y en la zona de pila, el
hormigón de fondo.
El trazado en planta del eje del
tablero construido corresponde a:
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• Una circunferencia de giro a derechas desde el estribo 1 (PK
901+675) hasta el PK 902+285,
de radio R = 31.000 m.
• Una circunferencia de giro a derechas desde el PK 902+285 hasta
el estribo 2 (PK 902+295) de
radio 9.800 m.
El empuje se realizó desde
ambos estribos, siguiendo el trazado en planta del eje del tablero. La diferencia entre el trazado
en planta del eje del tablero y del
eje de la vía, supone una excentricidad de la vía de entre 0,273
m en el primer tramo y de 0,027
m en el segundo, que se tuvierón
en cuenta en el dimensionamiento del tablero. Con este trazado
en planta el tablero metálico es
matemáticamente empujable.
La secuencia de actividades en
los parques de empuje era la
siguiente:
- Colocación de vigas armadas
laterales en la longitud de las
dovelas correspondientes y soldadura a las dovelas anteriores.
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- Colocación de perfiles transversales y celosías y mamparos
verticales.
- Colocación de prelosas inferiores prefabricadas.
- Hormigón de fondo y de zunchos laterales.
- Colocación de prelosas superiores
- Empuje del conjunto.
La reacción máxima durante el proceso de empuje es de 416 T, sin mayorar, por apoyo. El plan de empuje del
tablero incluía las adecuadas medias
de control para garantizar que no se
supera el valor de dicha reacción, que
ha servido de base al dimensionamiento de las pilas, de gran altura, y
del espesor y rigidización de las almas.
El tablero se colocó, una vez empujado desde los dos estribos, sobre unos
apoyos provisionales, aproximadamente unos 0,70 m por encima de los
apoyos definitivos.
Una vez concluidos los empujes, se
llevó a cabo la operación del cierre
del tablero, mediante la correspondiente soldadura de todos los elementos metálicos que componen el
tablero. Tras esta operación que se
hizo in situ, pero con tanta precisión
como si se hubiera hecho en taller,
hubo que llevar a cabo la bajada de
todo el tablero, desde su posición
provisional, a la definitiva, transfiriéndose así la carga de los apoyos provisionales de empuje, a los apoyos
definitivos. Esta operación se llevó a
cabo, mediante la utilización de
gatos, en tres fases. La primera bajada fue de 0,25 m, empezando por el
estribo 1, vano a vano, hasta llegar al
estribo 2. La segunda fase partió del
estribo 2 y con la misma secuencia
hasta llegar al estribo 1. La tercera y
última empezó en el estribo 1 hacía el
estribo 2, dando por finalizada esta
complicada operación y dejando el
tablero en su sitio.
Llegado a este punto se hormigón la
losa superior en varias fases, dando
por concluido el viaducto, que se remata con acera y barandilla quitamiedos.
A continuación se resumen las
características más destacadas del
viaducto:
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Solución Tablero Mixto
• Viaducto de 1.208 m de longitud, entre los PKs 901+675 y
902+883.
• Se proyecta con 20 vanos, el primero de 50,40 m, 17 vanos de
63,50 m un vano de 44,00 m y el
último de 35,00 m.
• Tablero mixto con dos almas
acero cortén y losas superior e
inferior de hormigón armado.
• Cimentación profunda con pilotes de 1.800 y 2.000 mm en
pilas P17 y P18.
• Cimentación superficial en el
resto de pilas.
• Estribos de hormigón armado,
con estructuras de aparato de
dilatación de vías, cimentados
superficialmente con zapatas de
2,50 m de canto.
• Hormigón utilizado en el viaducto
3.
30.276 m
• Ejecutado por empuje del tablero desde los dos estribos con
una pequeña nariz de avance
para el paso de las pilas.
• Acero utilizado en el viaducto
9.177,41 Toneladas.
• Sección de tablero de 14 m de
ancho por 4 m de canto (esbeltez
de 1/16).
Conviene señalar que los apoyos, dos por pila, son del tipo
POT y que se colocan una vez
terminadas las operaciones de
empuje.
• 19 pilas de hormigón armado de
sección rectangular hueca de
sección variable, iniciándose en
coronación con un perímetro
exterior de 2,50 X 6,70 m, ejecutadas con encofrado trepante.
El sistema de aislamiento sísmico
está garantizado con la capacidad
de los amortiguadores viscosos
situados en ambos estribos.
• Altura de pilas entre 18 y 94 m.
turas auxiliares construidos a tal
efecto en ambos estribos.
El tablero es transitable por su
interior, de punta a punta, ya que
en los mamparos sobre cada una
de las pilas se ha dejado un hueco
(paso de hombre). Asimismo se
puede acceder desde dentro del
viaducto a la coronación de todas
las pilas para la conservación y el
mantenimiento de los apoyos.
No es necesario subrayar que se
han extremado todos los controles
de calidad de los procedimientos,
la ejecución y soldaduras de los
detalles mas sensibles, tanto en
las exigencias del pliego y del plan
de control de calidad, al que se
ajustará posteriormente el PPI del
taller metálico, como en la exhaustiva definición de detalles y exigencias de su ejecución, incluidas
en los planos del Proyecto.
Se disponen de aparatos de dilatación de vías sobre las estruc-
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