Las 5 principales tipologías constructivas para la realización de tableros de puentes de hormigón
Los puentes y viaductos son la infraestructura por excelencia de la obra civil. De hecho, permiten la conexión de transporte (puede ser vehicular, ferroviario o peatonal) entre dos localidades, en un área urbana o extraurbana.
Hay muchos tipos, clasificados según el material utilizado, la longitud, la forma, la altura y muchas otras variables.
En este artículo analizaremos juntos aquellos puentes que tienen un tablero de hormigón in situ: Veremos cuáles son los tipos más comunes y cómo proceder con su encofrado.
Primero, ¿cómo se pueden clasificar los tableros de puentes de hormigón?
Clasificación por geometría
Los tableros de puentes de hormigón se pueden clasificar por geometría según 5 tipologías principales:
Puentes rectos: Esta geometría pertenece a todos aquellos tableros de puentes y viaductos que son rectos y sin grandes inclinaciones. Esta tipología es geométricamente la más sencilla de resolver a nivel de encofrado, aunque es necesario analizar el tipo de sección (ver párrafo siguiente): la sección constante no presenta complicaciones particulares, en cambio una sección variable debe estudiarse con atención.
Puentes con geometría curva: Existen algunas complicaciones más en el caso de geometría curva, o cuando el tablero del puente o viaducto tiene una cierta curvatura y, por tanto, un cierto peralte. En este caso se requerirá un estudio más profundo de la superficie del encofrado y la solución, que tendrá diferentes alturas en las distintas direcciones.
Puentes arco: El tipo más complejo es sin duda el de puente arco, donde el arco tiene una función de carga para los pilares y la calzada superior, descargando todas las fuerzas sobre las cimentaciones a través del arco. Este tipo se elige para superar grandes distancias cuando no es posible apoyarse en el suelo.
Puentes suspendidos: los puentes suspendidos permiten la superación de luces muy importantes, y se caracterizan por la presencia de unas pilas que transmiten las cargas a la cimentación soportando el tablero, mediante elementos de tracción (tirantes o cables de acero).
Clasificación por sección
Hay muchas secciones que pueden estar presentes en los tableros de los puentes de hormigón in situ, y la elección del diseño puede depender de muchas variables: las cargas de diseño, la longitud del tramo, el ancho y muchos otros factores en juego.
Entre los tipos más utilizados, se pueden considerar las siguientes secciones:
Sección cajón simple: Esta es la sección menos complicada de diseñar y construir, ya que la sección tiene una geometría simple y constante. En general, la sección cajón puede proporcionar una alta resistencia a las cargas de torsión, normalmente debido a la excentricidad de las cargas debidas al movimiento de los vehículos.
Sección de cajón mono celular (sección constante o variable): La necesidad de reducir las dimensiones transversales de las subestructuras (pilares y dinteles), factor importante especialmente para sobre elevadas urbanas y extraurbanas, ha llevado a un diseño frecuente de secciones cajón con un núcleo reducido en relación al ancho total de la sección de tablero.
Sección de ala de gaviota aligerada (constante o variable): La sección de ala de gaviota aligerada (generalmente con cilindros de porexpan) permite reducir espesores manteniendo intactas las características de resistencia a las principales cargas.
Sección con vigas en T: La sección abierta con vigas en T es la sección más simple desde el punto de vista estructural, pero también la de menor rendimiento desde el punto de vista de los propios pesos estructurales y resistencias a la torsión.
Cimbrado de la superestructura
La superestructura o tablero, se puede cimbrar con diferentes métodos dependiendo de las características del tablero en sí y de la situación orográfica subyacente.
Existen 5 tipos principales de construcción para cimbrado de tableros de puentes de hormigón, vamos a verlos en detalle:
- Cimbra cuajada
- Cimbra porticada
- Carro en avance
- Vigas prefabricadas in situ
- Cimbra lanzadera
Cimbra cuajada
La cimbra cuajada es una estructura formada por torres de elementos multidireccionales arriostradas entre sí, que tienen la función de trasladar al suelo las cargas que actúan sobre el terreno, es decir, el peso propio, el peso del encofrado y el del hormigón.
Este sistema permite alcanzar incluso alturas importantes, apoyando el encofrado del tablero a la altura requerida. El encofrado de tablero se compone típicamente de un doble entramado de vigas metálicas y de madera cubiertas con un manto fenólico (ver último párrafo).
La cimbra cuajada puede ser óptimo en las siguientes condiciones:
- Alturas hasta 20 metros;
- Posibilidad de apoyo en el suelo;
- Bajo número de vanos.
Cimbra porticada
La cimbra porticada es una versión del anterior que permite superar vanos de hasta 20 metros sin apoyo en el suelo. Se utiliza en los casos en que es necesario asegurar el paso de vehículos durante la fase de ejecución, o en los casos en que es necesario superar un obstáculo o un curso de agua.
El pórtico se obtiene utilizando diferentes perfiles metálicos en función de la longitud del vano. Para vanos de hasta 12 metros es posible utilizar perfiles HEB-400 que se apoyan en perfiles HEB-300 y HEB-140.
Para vanos mayores es necesario utilizar vigas reticulares que apoyan sobre torres de gran capacidad (ya no formadas por andamios multidireccionales sino por perfiles metálicos).
La cimbra porticada puede ser óptimo en las siguientes condiciones:
- Alturas de más de 30 metros
- Cruzar un curso de agua o una carretera para garantizar el paso de vehículos, que no supere los 20 metros de longitud.
- Cuando hay muchos vanos a cubrir, se gana en cuanto a rendimiento, frente a trasladar (con montaje y desmontaje) todo el volumen de cimbra utilizado en cada vano.
Carro en avance
El sistema carro en avance consta de estructuras metálicas trasladables que soportan el encofrado en voladizo, hormigonando simétricamente a ambos lados de las pilas. Estas estructuras permiten el encofrado, desencofrando y traslación, que se realiza mediante gatos apoyados sobre el tramo de puente recién hormigonado (o, en algunos casos, mediante grandes grúas).
La realización de puentes por este método se considera desde el momento de su proyecto, ya que hay que determinar cuál es la longitud de avance, el ángulo de avance (el peso de la ménsula crea una flecha que hay considerar para conseguir enlazar con el resto del puente), la longitud del tramo de apoyo y la resistencia necesaria del hormigón entre otros muchos cálculos.
El proceso empieza por la pila, avanzando en voladizo por ambos lados al mismo tiempo y con el fin de mantener el equilibrio al hormigonar. Después de la primera hormigonada, se montan las estructuras metálicas en cada lado, apoyándose en el tramo ya hormigonado con 3-5 metros de voladizo.
El proyecto del encofrado debe estudiarse por cada hormigonada, ya que se diseñan para que sea adaptable a varias secciones.
El carro en avance puede ser óptimo en las siguientes condiciones:
- Alturas superiores a 20 metros;
- No hay posibilidad de apoyo en el suelo;
- Puentes arco.
Vigas prefabricadas in situ
Una opción que se puede utilizar en algunos casos es prefabricar in situ las vigas del tablero, de manera que solo haya que colocarlas con la grúa a una altura por encima de los pilares, y luego colocar la losa de remate. Este proceso permite evitar el transporte de vigas prefabricadas en fábrica, operación que podría resultar muy compleja por su longitud, y acelerar el proceso constructivo frente a una solución no prefabricada.
Por otro lado, aún es necesario estudiar una solución de encofrado para el posterior hormigonado de la losa de remate, y además esta solución no permite curvaturas y / o inclinaciones excesivas.
El sistema con vigas prefabricadas in situ puede ser óptimo en las siguientes condiciones:
- Puentes / viaductos rectos
- Tiempos de construcción breves
- Diseño con sección en T.
Viga lanzadera
La viga lanzadera es una máquina que debe tratarse como tal, más que como un sistema de encofrado. Consiste en una estructura de soporte formada por una enorme viga longitudinal, que actúa como estructura de soporte y como guía de la estructura transversal móvil que soporta el encofrado.
Se puede colocar encima del tablero (en este caso el encofrado queda colgado) o debajo del tablero (en este el encofrado queda apoyado). La maquinaria se acciona con cilindros hidráulicos, que se trasladan del trozo recién hormigonado a la siguiente pila, apoyándose así en 2 pilas consecutivas y en el trozo recién hormigonado; por lo tanto, su longitud debe ser al menos el doble de la longitud del tramo.
Es un sistema de montaje lento (entre 1 y 2 meses, dependiendo de la longitud) y costoso, por lo que se justifica solo en puentes de gran longitud (mínimo 7 u 8 vanos) y/o alturas tales que el cimbrado en el suelo sería demasiado caro (por encima de los 20 metros).Y también, cuando la orografía no es favorable a colocar cimbra.
Una variante de este sistema es el lanzador de vigas y dovelas en el que la estructura longitudinal es muy similar, pero en lugar de mover sobre ella la estructura encofrante, se mueven elementos prefabricados.
La viga lanzadera puede ser óptima en las siguientes condiciones:
- Gran número de vanos
- Alturas importantes desde el suelo
- Puentes / viaductos rectos de sección constante.
Encofrado del tablero
El encofrado del tablero está formado por un doble tramo de vigas, una de madera y una metálica, que apoya sobre la estructura subyacente. Puede ser una cimbra cuajada, una cimbra porticada, u otro tipo de cimbrado.
El revestimiento de la cubierta en contacto con el hormigón está formado únicamente por paneles de madera o, más a menudo, por paneles de tablero fenólico.
Mientras que la ejecución de una losa maciza requiere un solo hormigonado, la ejecución de la sección cajón requiere al menos 2.
La construcción de puentes y viaductos requeriría muchas otras investigaciones, que por limitaciones de espacio no es posible abordar en este artículo.
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