Anclajes Y Apoyos Puentes 4su7

ANCLAJES, APOYOS Y JUNTAS EN PUENTES DE CARRETERA, TRABAJO FINAL. DIANA CRISTINA ARIAS ALDANA WILLIAM OSPINO DIAZGRANADOS INGENIERO CIVIL UNIVERSIDAD SANTO TOMAS MAESTRIA EN CONSTRUCCIÓN DE OBRAS VIALES CONSTRUCCIÓN DE OBRAS CIVILES

TABLA DE CONTENIDO INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 3 ANCLAJES....................................................................................................................................... 4 APOYOS DE PUENTES ................................................................................................................... 20 Apoyos de Neopreno Zunchado ................................................................................................... 21 Esquema de Funcionamiento ....................................................................................................... 21 Rango de Utilización .................................................................................................................... 22 Apoyos tipo Caja .......................................................................................................................... 23 Esquema de Funcionamiento ....................................................................................................... 24 Rango de Utilización .................................................................................................................... 24 Apoyos Deslizantes ...................................................................................................................... 25 Esquema de funcionamiento........................................................................................................ 26 Rango de Utilización .................................................................................................................... 27 Apoyos de Neopreno Zunchado Anclado...................................................................................... 27 Apoyos Metálicos ........................................................................................................................ 29 Apoyos Fijos................................................................................................................................. 29 Apoyos Móviles ........................................................................................................................... 30 Otros Apoyos ............................................................................................................................... 31 Apoyos de Concreto ..................................................................................................................... 31 Rotulas de Concreto..................................................................................................................... 31 Péndulos de Concreto .................................................................................................................. 33 Sistema de Colocación de los Apoyos. .......................................................................................... 34 JUNTAS DE DILATACIÓN EN PUENTES........................................................................................... 37 CONCLUSIONES............................................................................................................................ 43 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 44

INTRODUCCIÓN Las obras de construcción deben sortear todo tipo de dificultades para lograr durabilidad y estabilidad, en muchas ocasiones las mayores dificultades se presentan debido a movimientos y empujes que no se pueden evitar, es en este caso que la ingeniería recurre a elementos de apoyo y soporte para amortiguar los desplazamientos y/o empujes producido y que pueden afectar la estabilidad y buen funcionamiento de la obra, un ejemplo son los anclajes utilizados como elementos de soporte, las juntas de dilatación que permiten los movimientos producidos por cambios de temperatura, retracción entre otros y de igual manera los apoyos utilizados en puentes para transmitir la carga de la superestructura y permite los movimientos producidos durante su funcionamiento. El objetivo de este trabajo es presentar características, cuidados, tipologías, métodos y procedimientos constructivos para anclajes, sistemas de anclajes, juntas y apoyos para puentes de acuerdo a la recopilación de información, procedente de la literatura, investigaciones y estudios realizados, con el fin de comprender el adecuado proceso de construcción y los factores que influyen el comportamiento de este tipo de elementos.

ANCLAJES Conceptualmente, un anclaje es un elemento estructural instalado en suelo o roca y que se utiliza para transmitir al terreno una carga de tracción aplicada. Consta básicamente de cabeza, zona libre y bulbo o zona de anclaje. Las presiones que desarrollan los suelos detrás de un talud pueden absorberse interponiendo estructuras de retención. Estas estructuras pueden estar constituídas por muros rígidos ó por sistemas flexibles. Los sistemas flexibles, como las tablestacas, los muros pantalla, ó los tabiques necesitan para su estabilidad, estar ligados a puntos fijos. En excavaciones grandes o en taludes naturales las retenciones flexibles logran su estabilidad generalmente con anclajes en suelo. Cuando los materiales involucrados son rocas, sobre las cuales se implantan estructuras que están sometidas a tracción, ó se trata de mejorar el comportamiento de un talud frente a la posibilidad de un derrumbe o un deslizamiento los anclajes serán anclajes en roca. CLASIFICACIÓN Los anclajes se clasifican, según el nivel de carga inicial que se les aplica, en activos y pasivos. A los primeros se les somete a una carga de tesado, después de su ejecución, generalmente del mismo orden de magnitud que la máxima prevista en proyecto, y nunca inferior al 50% de esta última, mientras que a los segundos se les deja con una carga inicial baja, aunque nunca inferior al 10 % de la máxima de proyecto, que adquieren normalmente por los movimientos de la estructura. También, en función de los elementos constituyentes de los tirantes, se clasifican en anclajes de cables o anclajes de barra. Otra clasificación que debe hacerse es atendiendo a su vida útil, así, se denomina anclaje permanente al proyectado para una vida superior a los dos años, y anclaje provisional al que debe actuar durante un periodo inferior a esos dos años, o menor en el caso de ambientes y/o terrenos especialmente agresivos. En cuanto a la facultad de efectuar operaciones que varíen la carga sobre los anclajes durante su vida útil, se clasifican en retesables y no retesables. Finalmente también se clasifican, según se efectúe o no la reinyección del bulbo, como: de inyección única global (IU), de inyección repetitiva (IR) o de inyección repetitiva y selectiva (IRS).

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Tabla 1 Clasificación por tipo de inyección y vida util

• Las reinyecciones, o inyecciones repetitivas en varias fases tienen por objeto aumentar la capacidad del anclaje en la zona de bulbo. Los parámetros de presión y caudal deben definirse en el Proyecto. • Los anclajes del tipo IU suelen ser los más adecuados en rocas, terrenos cohesivos muy duros y suelos granulares. • Los anclajes del tipo IR se emplean generalmente en rocas fisuradas blandas y en aluviales granulares gruesos e incluso finos. • Los del tipo IRS se recomiendan en suelos con predominio de finos y de consistencia media- baja. • Los anclajes de cable son preferibles frente a los de barra en terrenos que puedan sufrir movimientos, para evitar una rigidez excesiva en la cabeza que pueda llegar a su rotura, y cuando hay que absorber acciones que requieran gran capacidad. • En los anclajes por encima de la horizontal, en que pueden existir problemas de estabilidad del taladro, o de obturación durante la inyección, es conveniente inyectar a presión en varias fases (tipos IR o IRS).

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Anclajes en Roca: Los anclajes en roca constituyen piezas que generan, en el o estructura-roca, fuerzas de compresión, en consecuencia la roca y la estructura prácticamente “se adhieren” como consecuencia del proceso. Cuando una tensión es aplicada a un anclaje en roca, la carga es soportada por la masa de roca en la cual esta embebido el anclaje.El mecanismo por el cual la carga es transmitido desde las barras de acero a la roca circundante y que afecta directamente la capacidad de los anclajes tensionados, dependen de los siguientes factores: La carga aplicada es transmitida desde el anclaje a la roca, específicamente a las paredes de la perforación taladrada, desarrollada por las tensiones de corte que se desarrollan en las interfaces anclaje grout y grout-roca. Las tensiones son desarrolladas entre la roca de la vecindad inmediata al anclaje y la roca alrededor. La capacidad de resistencia de la roca se ve influenciada significativamente por la orientación de las fracturas en la roca. Si la carga aplicada actúa en una dirección por encima de la horizontal, la masa de roca en la cual está el anclaje, actúa como una fuerza resistente gravitacional. Se clasifican en Pretensados y Post-tensados.

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Figura 1 Anclaje

de Roca

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Figura 2 Anclajes de Roca Post-tensados

COMPONENTES BASICOS. Un anclaje de post-tensado comprende los siguientes componentes principales (Figura 3):

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• • • • • •

•

Anchorage (cabeza): elemento que transmite la carga al anclaje anclado en la estructura portante Tendón: elemento que transfiere la carga de anclaje del anclaje al cuerpo de anclaje Grout body: elemento que transmite la carga de anclaje al suelo Length of anchor l (longitud total del anclaje): distancia entre la cabeza y el extremo del anclaje en el suelo o en la roca Bond length lv (longitud de anclaje): longitud sobre la que la carga se transmite al cuerpo de anclaje Apparent tendon free length lfr(longitud libre aparente): La longitud entre la cabeza del anclaje y el comienzo de la longitud de enlace, según lo dispuesto por el resultado de los cálculos estáticos y mecánica de suelos Effective tendon free length lf (longitud libre efectiva): longitud de la parte del tendón que efectivamente aumenta cuando se lleva a cabo tensado.

Figura 3 Componentes de un anclaje

Un anclaje de roca pretensado es un tendón de acero alta resistencia, equipado con un anclaje hincapié en un extremo y un medio que permite la transferencia de fuerza a la lechada y roca en el otro extremo. El tendón de anclaje de roca se inserta en un orificio 9

preparado de longitud y diámetro adecuados, fijado a la roca y pretensado a una fuerza determinada. Un anclaje en roca puede fallar según uno o más de los siguientes mecanismos: 1- Falla en la masa de roca donde se aloja el anclaje. 2- Falla en la interfase inyección-roca. 3- Falla en la interfase tendón-inyección. 4- Falla del tendón de acero o falla de la cabeza.

APLICACIONES Los anclajes en la tierra son utilizados en ingeniería civil para muchas aplicaciones (Figura 4): • • • • •

Para resistir el empuje lateral de los muros de contención y/o muros pantalla excavados in situ. Para la estabilización de taludes y deslizamientos de tierra. Para resistir a la elevación en los sótanos y otras fundaciones Fortalecer la mampostería y presas de hormigón Para las pruebas de pilotes de gran diámetro

Algunas obras de aplicación: Muros de contención, Bases de torres, Estructuras de concreto, Armazones de concreto, Tuneles, Minas, Presas, Puentes, Estabilidad de Taludes, Protección contra caída de rocas.

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Figura 4 Aplicaciones de anclajes

DATOS DE DISEÑO: • Tiempo de servicio del anclaje (Permanente o temporal) • Carga de diseño para el anclaje • Estudio de Suelos para los siguientes factores: • Registro completo del pozo indica los tipos de suelo y rocas encontradas con respecto a la profundidad. La profundidad de penetración en roca con la perforación de base debe ser como mínimo de 10 m • Un barrido de la resistencia a la corte y la densidad aparente a diferentes profundidades • Resistencia al corte y peso de la unidad de roca • Contenido de sulfato y cloruro en el suelo, así como las aguas subterráneas MATERIALES CONSTITUYENTES DE LOS ANCLAJES Aceros El acero de los tirantes deberá cumplir, en cuanto a su calidad y resistencia, lo especificado tanto en la normativa nacional 11

La cabeza del anclaje debe permitir tesar el tirante hasta la carga de prueba, o carga inicial. Deberá asimismo ser capaz de absorber el 100% de la tracción correspondiente al límite de rotura del acero. Tabla 2 Principales características mecánicas de los aceros (Mpa)

Normalmente las tensiones de trabajo de estos aceros son del 60 % de su límite elástico en los anclajes permanentes y del 75 % en los anclajes provisionales. No se permitirán empalmes de los tirantes en la zona de bulbo del anclaje, salvo justificación específica en los tirantes de barra y con un diámetro de perforación adecuado. Dichos empalmes no interferirán ni en el libre alargamiento ni en la protección anticorrosión. Los tirantes en la zona de bulbo pueden ser barras corrugadas, cables (o trenzas). Sólo en casos excepcionales, previa justificación adecuada y con la autorización del Director de las Obras, se podrán emplear aceros lisos ayudados con dispositivos especiales. Se colocarán los centradores necesarios que garanticen la correcta colocación del tirante, denlos elementos de protección contra la corrosión y del resto de los elementos en la perforación; éstos no deben impedir el flujo correcto de la inyección. El recubrimiento mínimo entre el elemento metálico y el terreno será de 10 mm. Lechadas de cemento Las lechadas de cemento utilizadas en la protección anticorrosión en o con las armaduras, deberán tener una dosificación agua/cemento (a/c) no superior a 0,4 para limitar el agua libre. Las lechadas empleadas en la formación del bulbo, dependiendo de las características del terreno, se dosificarán con una relación agua/cemento (a/c) comprendida entre 0,4 y 0,6, salvo indicación contraria del Director de las Obras.

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El cemento será resistente a la presencia de sustancias agresivas en el terreno (p.e. sulfatos). Son de aplicación la vigente Instrucción para la Recepción de Cementos RC, la EHE y el PG3. Previa autorización del Director de las Obras, y siempre que no sean dañinos al tirante y a la inyección, se podrán utilizar aditivos para aumentar la manejabilidad y compacidad de la lechada, para reducir el agua libre y la retracción y para acelerar el fraguado. No deben contener más de un 0,1% en peso de cloruros, sulfatos o nitratos. Si fuera necesario, y para limitar las perdidas en la perforación, se podrá incorporar arena a las lechadas de cemento. En este caso debe ensayarse previamente la mezcla para estudiar su inyectabilidad. MÉTODO DE CONSTRUCCIÓN: •

Perforación del agujero en la roca

•

Impermeabilización del agujero

•

Fabricación de anclajes

•

Colocar anclajes

•

Fijado con concreto

•

Tensado

•

Pruebas de campo de anclajes

Perforación. Perforación a través de terrenos de recubrimiento se lleva a cabo normalmente por un equipo adecuado. Para mantener la estabilidad lateral, para estabilidad provisional se hace circular lodo bentonitico. El tamaño del orificio depende de la capacidad hasta el anclaje. En caso de uso taladros inclinados de tubo de revestimiento será obligatoria. Perforación a través de roca se lleva a cabo mediante el uso de cualquiera de los métodos rotatorios con descarga de agua o mediante el método de percusión neumático con aire y/o agua

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Figura 5Perforación de anclajes.

Impermeabilización. Esta se lleva a cabo después de la perforación. La longitud de anclaje (longitud fija) en todos los anclajes permanentes tiene que hacerse la prueba de impermeabilización para evitar la corrosión y la pérdida de agua si resulta excesiva, el agujero debe revestirse con una lechada. Se reviste la perforación y se repite la prueba de agua, todo el procedimiento se repite hasta que el valor de flujo de agua sea satisfactorio.

Fabricación de Anclajes. Las anclas se pueden fabricada en taller o fabricado en el sitio dependiendo de los requisitos de construcción. Los anclajes deben estar libres de suciedad, polvo o cualquier otra sustancia perjudicial. Los anclajes deben ser manejados y protegidos antes de la instalación para evitar daños por corrosión o física. Número requerido de hilos ha de ser cortado a la longitud requerida. El corte del cable se va a derivar como longitud fija + gratis + 1m longitud extra (para Tensionar)

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Los hilos se limpian a fondo y se elimina el aceite de su superficie. Una primera capa de pintura epoxi es aplicado inmediatamente con la ayuda de un cepillo. Después de 24 horas una 2 ª mano de pintura de epoxi. Al final se utiliza arena sobre la longitud fija de las hebras para evitar que queden pegajosas con la tercera capa. La longitud libre de la hebra se va a limpiar con la ayuda de papel de lija. Coloque el tubo flexible de polietileno de alta densidad llano, 2 mm de espesor en la parte de longitud libre. Las hebras de pretensado, se engrasan por la parte de longitud libre, esta debe estar entre la manga de PEAD, en los 2 mm de espesor que encierra cada hebra individual. Centralizadores fabricados en plástico o acero, se proporcionan para asegurar una cobertura min lechada de 5 mm para la longitud fija del anclaje. Fijar la soporte con la ayuda de soldadura fuerte en la parte inferior de cable. Espaciadores: El propósito de un espaciador es para ayudar a asegurar que la lechada que rodea cada hebra para protección contra la corrosión y para el desarrollo de fuerza de unión. Los diseñadores deben especificar la distancia deseada entre separadores (típicamente de 7 '- 10'). Centralizadores: Se colocan sobre el haz de filamento montado con el fin de mantener la separación requerida entre el anclaje y el pozo de manera que haya un espesor adecuado de la lechada (mínimo 0,5 ").

Colocación de Anclajes. Las anclas se colocan de acuerdo con el tipo de anclajes. Un sistema de guía adecuado y la fijación temporal del anclaje es necesario para evitar el movimiento del ancla durante la lechada. Se comprueba que los tubos de lechadas no estén obstruidos, también se instalan espaciadores adecuados cuando sea necesario para garantizar que el conjunto de anclaje no se enrede. Después se coloca el anclaje y se cementa, el concreto se bombea a una presión de 4-8 Kg/cm2 mediante la fijación de un empaque de compresión en la parte superior de la longitud fija o según sea necesario de acuerdo con el tipo de anclaje. Normalmente en la primera lechada se utiliza una relación agua cemento de 0,5 y se coloca un pared gruesa.

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Tensado. Se lleva a cabo después de 21 días de fraguado del concreto, cuando ha alcanzado la resistencia requerida. Según el tipo de anclaje el sistema de tensado puede variar. Los anclajes se tensionan hasta desarrollar el 10% de la deformación y la carga de diseño, a partir de ahí se toman mediciones. Luego se lleva hasta una carga y deformación 10% por debajo de la carga final, esto permite evitar errores. Luego se mide la deformación y se bloquea el ancla desarrollando la carga requerida.

Figura 6Tensionado de Anclajes.

Reinyecciones Se distinguen dos tipos de reinyecciones: a) Inyección repetitiva (IR): Es la efectuada normalmente a través de latiguillos, o con un circuito global con válvulas antirretorno en el bulbo, con un número de reinyecciones generalmente no superior a dos. Al final de la última fase de inyección, la presión medida en la boca del taladro no será inferior a la mitad de la presión límite del terreno y nunca inferior a 0,5 MPa. (Anclajes tipo 2A, 4A, 6A y 8A) b) Inyección repetitiva y selectiva (IRS): Es la efectuada normalmente a través de tubos manguito con válvulas separadas no más de 1 m, y con un número de reinyecciones en cada manguito generalmente superior a dos. 16

Al final del último episodio de inyección de cada manguito, la presión medida en la boca del taladro no será inferior a la presión límite del terreno, y nunca inferior a 1 MPa. Permiten realizar inyecciones de zonas concretas del bulbo, controlando la presión y la isión. (Anclajes tipos 2B, 4B, 6B y 8B) En general la eficacia de las reinyecciones disminuye a medida que el terreno presenta mejores características geotécnicas. Ensayos de adecuación Estos ensayos deberán realizarse sobre anclajes ejecutados con las mismas condiciones que los de la obra. Tienen por objeto confirmar: a) La capacidad del tirante frente a una tracción o carga de prueba. b) La curva de deformación del anclaje bajo diferentes cargas, hasta la de prueba. c) Las pérdidas de tensión del anclaje hasta la carga de prueba d) La longitud libre aparente. Así pues estos ensayos confirmarán si los alargamientos y perdidas de carga son correctos para las cargas de prueba de los futuros ensayos de aceptación o recepción y permitirán determinar la longitud libre aparente del anclaje. Se deben realizar al menos 3 ensayos sobre anclajes de las mismas características que los de la obra. Se recomienda un numero de ensayos no inferior al 3% del número total de anclajes. Ensayos de aceptación Cada anclaje será sometido a un ensayo de aceptación o recepción durante su tesado. Los objetivos de estos ensayos son: a) Demostrar que la carga de prueba es soportada por el anclaje. b) Determinar la longitud libre aparente de la armadura. c) Asegurar que la carga de bloqueo (carga real) es similar a la carga de proyecto (carga prevista). d) Confirmar las características de fluencia o las perdidas de tensión bajo carga de servicio.

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Metodo de ensayo: método de los ciclos incrementales de carga con control del desplazamiento de la cabeza por fluencia Este método consiste en la medida del desplazamiento de la cabeza del anclaje durante un periodo de tiempo dado para la carga máxima de cada ciclo incremental. Se somete al anclaje a incrementos de carga por ciclos, desde la tensión de referencia hasta la máxima del ensayo, midiéndose los alargamientos en un periodo de tiempo especificado en cada caso, para las cargas máximas de cada ciclo,

Figura 7Ensayos de tensionamiento

Protección de Corrosión en Conexiones La exposición a los elementos requiere que los anclajes sean protegidos apropiadamente. Las medidas que deben tomarse pueden incluir: Lechada secundario 18

Cubiertas protectoras de anclaje, lechadas o llenadas con grasa Los anclajes permanentes reciben “Doble Protección a la Corrosión”: Encapsulamiento de largo total con fundas de plástico corrugado, cemento lechada dentro y fuera Cubierta de epoxi o pegamento en la barra o el cabo, encapsulado con lechada

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APOYOS DE PUENTES

Los apoyos de puentes juegan un papel importante en el diseño de puentes.

Figura 8. Apoyo de elastómeros.

Los apoyos son diseñados para transmitir la carga de la superestructura a la subestructura, permitiendo a movimientos específicos y rotación de la superestructura causada por el viento o efectos sísmicos, variaciones de temperaturas, desviaciones de cubierta, hundiendo de cualquiera de los apoyos, el elástico que se acorta debido a se arrastra, el encogimiento o la preacentuación, etc. Materiales. Los aparatos de apoyo podrán ser de plomo cartón asfáltico, neopreno simple, o neopreno compuesto, según se especifique en los planos. Movimientos Los aparatos de apoyos establecen un vínculo entre el tablero del puente y la subestructura (pilas y estribos). De una manera general, en los aparatos de apoyo serán susceptibles de producirse movimientos relativos (giros y desplazamientos) entre el tablero y la subestructura según los ejes coordenados de la Figura 9. Al hablar en los apartados siguientes de tipología de apoyos se verá cuáles de estos movimientos van a estar permitidos y cuáles no, dándose lugar a distintas clases de apoyos, fijos, libres, etc., que definirán el sistema de apoyo del puente y cuya disposición y tipología deberá quedar claramente definida en el proyecto del mismo.

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Figura 9. Esquema de los ejes de un apoyo.

Tipología. En lo que sigue se describen los apoyos comúnmente utilizados en los puentes de tipo medio. No se contemplan aquellos apoyos que en determinados casos pueden ser objeto de un diseño especial. Apoyos de Neopreno Zunchado Están constituidos en esencia por un bloque de elastómero que lleva intercaladas en su masa y vulcanizadas con la goma, y por tanto firmemente adheridas a ella, unas chapas de acero. La palabra elastómero es un término genérico para los materiales sintéticos similares al caucho natural.' Lo normal es utilizar cauchos sintéticos de los cuales el más común es el neopreno cuya denominación química es ~~poli-2-clorobutadieno (Figura 10).

Figura 10. Esquema del apoyo.

Esquema de Funcionamiento

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Figura 11 Esquema de funcionamiento.

Los apoyos de neopreno zunchado, gracias a su deformabilidad, permiten los giros relativos entre el tablero y la subestructura (giros cuyo eje esté contenido en el plano xy) sin apenas ejercer coacción a los mismos. La expresión del momento reacción que se origina en el aparato de apoyo está en función del giro a absorber y de las características elásticas y geométricas del apoyo. El descentramiento de las reacciones verticales provocado por este momento no es frecuente tenerlo en consideración para el diseño de la subestructura. Con respecto a los movimientos horizontales, estos apoyos gracias a su deformabilidad en el plano xy (ver figura 9), y de acuerdo con el esquema de la figura, permiten los movimientos relativos horizontales entre el tablero y la subestructura. Rango de Utilización Los apoyos de neopreno zunchado son los más usados en los puentes de tipo medio. Las reglas para su diseño y las distintas limitaciones que deben cumplir están expuestas y desarrolladas en las RPAE por lo que a continuación tan sólo se comentan brevemente. Giro isible: El giro isible de estos apoyos depende de la carga vertical (tensión media) que soporta el apoyo ya que la condición que se impone es que en ninguna hipótesis de carga se pueda producir en parte del apoyo descompresíon del mismo quedando sólo parte de él cargado. Con el esquema de la Figura 12 se aclara lo acabado de exponer, ya que al exigir e>e’ se asegura la condición anterior. 22

Figura 12 Deformaciones en el apoyo.

Espesor mínimo de los zunchos de acero: El espesor mínimo de los zunchos de acero aumenta al aumentar la tensión vertical a que va a estar sometido el aparato de apoyo, depende de la tensión vertical y las características geométricas del apoyo. En cualquier caso, el espesor de las chapas no debe ser menor de 2 mm. Apoyos tipo Caja La necesidad de disponer de aparatos de apoyo capaces de absorber cargas verticales elevadas, al mismo tiempo que permitir con la mínima coacción posible los giros del tablero (giros de eje x, y giros de eje y figura 9), no se puede satisfacer, en general, con apoyos de neopreno zunchado porque habría que disponer grandes superficies de apoyo para que todos los lados del mismo estuviesen en compresión. Recuérdese que la tensión máxima vertical de trabajo de los apoyos de neopreno zunchado no debía superar los 150 Kp/cm2. Se utilizan entonces los aparatos de apoyo tipo, “pot”)> que consisten esencialmente en una lámina cilíndrica de caucho o neopreno de, relativamente, poco espesor, que está completamente encapsulada en una caja o cápsula de acero como se puede ver en la figura 13. Sobre la lámina de caucho actúa, a su vez, un pistón de acero que es solidario con el tablero mediante los oportunos pernos constituyendo el conjunto el aparato de apoyo.

Figura 13 Esquema del apoyo.

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Esquema de Funcionamiento El elastómero que constituye el relleno de la cápsula se trata de un elastómero blando (Dureza Shore -A 50Q, módulo de elasticidad transversal G = 8 Kp/cm2) que, sometido a alta presión, actúa como un líquido viscoso en una prensa hidráulica. Se debe disponer una junta hermética (anillo de estanqueidad) entre la placa que tapa la cápsula y la pared del cilindro para evitar la salida de posibles rebabas del elastómero. En general, este pequeño grado de empotramiento elástico resulta despreciable y no es frecuente tenerlo en cuenta ni en el diseño del tablero ni de la subestructura (estribos y pilas). Es decir, a todos los efectos se suele considerar que la vinculación que este tipo de apoyos establece entre el tablero y las pilas o estribos es la correspondiente a una articulación perfecta. Esto es, se trata de apoyos fijos que permiten los giros relativos entre el tablero y la subestructura e impiden los movimientos relativos en el plano xy (ver Figura 9). En la figura 14 se puede ver un esquema de un apoyo tipo etpob ya instalado. Obsérvense los anclajes al tablero y a la subestructura que deben estar dimensionados para absorber las acciones epigrafiadas en 1.2. En particular, el apoyo debe ser capaz de transmitir del tablero a la subestructura sin que se desvirtúe su funcionamiento, las acciones horizontales contenidas en el plano xy (ver figura 9).

Figura 14 Esquema de funcionamiento.

Rango de Utilización Las tensiones verticales de trabajo, los giros isibles y las acciones horizontales que pueden absorber estos apoyos son objeto de patentes comerciales y por tanto los datos anteriores aparecen reflejados en los catálogos de las distintas casas comerciales. Se suelen utilizar, de una manera general, hasta tensiones verticales del orden de los 250300 Kp/cm2, empezando a tener una capacidad de rotación apreciable para tensiones verticales por encima de los 50 Kp/cm2, pudiendo ésta llegar a ser del orden de los 0,02 radianes.

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Apoyos Deslizantes Los apoyos deslizantes son una tipología derivada de las dos anteriores y que en ambos casos tienen en común el que los movimientos horizontales del tablero se absorben por deslizamiento de éste sobre las pilas y estribos transmitiendo a la subestructura (pilas o estribos) una fuerza horizontal no mayor de pN donde p es el coeficiente de rozamiento entre las superficies que deslizan y N la reacción vertical que soporta el aparato de apoyo. Su comportamiento en cuanto a cargas verticales y giros es en todo análogo, de una manera general, a las tipologías ya descritas (Figura 15). Es común recurrir al uso de los apoyos deslizantes, entre otras, en las situaciones siguientes: - Cuando las longitudes de dilatación - contracción de los tableros son tales que no es posible absorber los movimientos horizontales de los mismos por la deformabilidad conjunta de la subestructura y de apoyos de neopreno zunchado convencionales, en el supuesto de que fuese factible su utilización por la carga vertical y el giro a absorber. - Cuando al ser necesario un apoyo tipo “pot”, por carga vertical o giro, al establecer una vinculación fija entre el tablero y la subestructura, que como se ha dicho es la que establecen los apoyos “pot”, los esfuerzos originados en la subestructura resulten inisibles. Esto lógicamente va a suceder en puentes con pilas cortas o con longitudes de contracción-dilatación elevadas.

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Figura 15 Esquema del apoyo.

Esquema de funcionamiento. Tanto en el caso de que se trate de apoyos de neopreno zunchado deslizantes o de apoyos tipo “pot”, deslizantes, el esquema básico de funcionamiento es el mismo, consistiendo éste fundamentalmente en que el aparato de apoyo, bien de neopreno zunchado, bien tipo “pot”, lleva adherida en su parte superior una lámina de teflón y a su vez el tablero lleva solidario con él un palastro de acero en el que en su cara inferior se dispone una lamina de acero inoxidable (de 1 a 2 mm. de espesor) constituyendo este conjunto (palastro de acero más lámina de acero inoxidable) la placa de deslizamiento que desliza sobre el teflón. En la figura 11 se puede ver un apoyo de neopreno zunchado deslizante y en la figura 16 un apoyo tipo “pot”, deslizante.

Figura 16 Esquema de funcionamiento.

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El teflón se trata de un material sintético también conocido como politetrafluoretileno (PTE). En algunos casos al politetrafluoretileno se le añaden fillers con o fibras de vidrio, carbono, etc., que son compactadas y sinterizadas con el teflón durante el proceso de fabricación a fin de conseguir un material con unas propiedades mecánicas y de resistencia al envejecimiento mejor que el teflón puro sin adiciones. En cualquier caso, el teflón (Figura 17), bien puro o con adiciones, se trata de un material que es virtualmente inmune al ataque químico y que tiene unas excelentes características de resistencia al envejecimiento. Su otra característica, fundamento de los apoyos deslizantes, es su bajo coeficiente de rozamiento en combinación con la lámina de acero inoxidable de la placa de deslizamiento solidaria con el tablero.

Figura 17 Aplicación del Teflon.

Rango de Utilización El rango de utilización de los apoyos deslizantes en lo que a cargas verticales y giros se refiere es el mismo que el de los apoyos de neopreno zunchado o tipo “pot”, según sea la tipología de la que deriven. Por lo que respecta a los desplazamientos horizontales, éstos no constituyen ningún tipo de limitación para el diseño de estos aparatos de apoyo, aunque la magnitud y sentido de los mismos condicionará, como se comentará más adelante, el tamaño y montaje de las placas de deslizamiento solidarias con el tablero. Apoyos de Neopreno Zunchado Anclado Responden los aparatos de apoyo de neopreno zunchado anclados al esquema general de la figura 18 en el que el bloque de neopreno zunchado lleva vulcanizados, junto con la

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goma del aparato de apoyo, dos palastros de los que a su vez derivan unos pernos que se anclan al tablero y a la subestructura.

Figura 18 Esquema del anclaje.

Se señala de nuevo la necesidad de que se cumplan las restantes limitaciones de diseño de los apoyos de neopreno zunchado. En particular, cuando se recurre al uso de los apoyos descritos en este apartado, pueden resultar críticas: - La limitación de la distorsión angular máxima. - La relativa a la capacidad de absorción de giro del aparato de apoyo que, como se comentó antes, es función de la tensión vertical aplicada. No es recomendable recurrir a utilizar apoyos de neopreno zunchado anclados como elementos capaces de absorber reacciones negativas del tablero, siendo aconsejable Apoyos Pretensados Verticalmente en algunos caso, tales como por ejemplo, puentes continuos con vanos laterales cortos, o tableros con luces de torsión importantes en que ésta se acumula toda en los estribos (puentes con un solo apoyo en las pilas), es frecuente que en alguna de las hipótesis de carga del tablero en los apoyos más extremos se produzcan reacciones negativas que es necesario absorber en los aparatos de apoyo. Con las tipologías descritas hasta ahora esto no es posible y es necesario recurrir a dispositivos de anclaje del tablero especiales que, combinados con los aparatos de apoyo, absorban las reacciones negativas. Los sistemas de anclaje de tipo activo son variados y deberán ser objeto de un cuidadoso estudio y definición en el proyecto. Se debe prestar particular atención a garantizar la durabilidad del sistema que se proyecte y, en su caso, aunque pocas veces es posible, se debe prever la posibilidad de una sustitución. Asimismo, el sistema de anclaje proyectado debe permitir las libres dilataciones y contracciones del tablero. En la figura 19 se representa, a título orientativo, un dispositivo de anclaje activo, con barra roscada, para un apoyo tipo “pot” fijo.

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Figura 19 Partes del Apoyo.

Apoyos Metálicos No resulta frecuente su utilización en el caso de aparatos de apoyo para puentes de hormigón de tipo medio como los que se contemplan en esta nota técnica. De cualquier manera, con los distintos tipos de aparatos de apoyo metálicos se pueden conseguir vinculaciones entre el tablero y la subestructura equivalentes a las que se consiguen con los apoyos descritos hasta ahora. Responden al esquema clásico de rótulas metálicas o rótulas metálicas con rodillos, profusamente utilizadas en puentes hasta la aparición de los apoyos de goma, fabricándose hoy en día de aleaciones metálicas muy resistentes tanto a las cargas como al desgaste, habiéndose reducido notablemente su tamaño. Apoyos Fijos En la figura 16 se pueden ver algunas de las tipologías más comunes. Las indicadas son las clásicas rótulas esféricas, y de acuerdo con el esquema de la figura 1 permiten el giro de eje y. Mediante la disposición de dos cojinetes ortogonales se pueden conseguir rótulas que permiten tanto el giro de eje <
la figura 20 que en todos los casos hay bulones o pernos de anclaje del aparato de apoyo a la subestructura y al tablero.

Figura 20 Clases de apoyo tipo metálicos frio.

Apoyos Móviles En la figura 21 se pueden ver algunas de las tipologías más comunes. Las indicadas, además de permitir el giro según el eje y, debido a la disposición de los rodillos cilíndricos, permiten los desplazamientos relativos entre el tablero y la subestructura según la dirección del eje x.

Figura 21 Esquema del apoyo.

La resistencia al movimiento que ofrecen los apoyos de rodillos, dato importante para el diseño de la subestructura, se suele estimar entre el 1% y el 2% de la carga vertical transmitida por el mismo. Este porcentaje puede aumentar considerablemente si no se cuida el mantenimiento de los rodillos y éstos se encuentran viejos y oxidados.

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Otros Apoyos Se trata de un diseño de gran sofisticación y capaz de soportar cargas verticales de hasta 3.000 toneladas. Esta tipología ya no responde a los esquemas más convencionales de rótulas o rótulas y rodillos, constituyendo otra posibilidad de elección de aparatos de apoyo para el proyecto de puentes. Todos los diseños similares al acabado de indicar, con distintas posibilidades de cargas y movimientos, son objeto de patente y aparecen descritos en los distintos catálogos de las casas comerciales.

Figura 22 Esquema del apoyo

Apoyos de Concreto Dentro del epígrafe (Otros apoyos se incluyen aquellas vinculaciones, entre el tablero y la subestructura o entre esta y la cimentación, que no se materializan mediante la interposición de un elemento (aparato de apoyo) sino que se realizan directamente en hormigón armado. A continuación se describen brevemente las tipologías más comunes. Rotulas de Concreto Es probablemente la tipología más usada, recurriéndose a ella con mucha frecuencia en el caso de puentes arco o puentes pórtico para la unión con la cimentación. En la figura 16 se puede ver el detalle de una rótula de hormigón en el caso de la unión de un jabalcón de un puente pórtico con la cimentación. La más común de las rótulas utilizadas es la Freyssinet que consiste, esencialmente, en una estrangulación de la pieza (garganta de la articulación) realizada mediante una entalla que puede ser de labios paralelos o de labios divergentes (Figura 23), siendo la garganta propiamente dicha, recta o redondeada. El giro entre los elementos unidos a través de la rótula es posible ya que, en la garganta, el hormigón se encuentra plastificado, dado que se dimensiona para que la compresión media a que está sometido garantice la citada plastificación.

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Figura 23 Esquema del apoyo.

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Figura 24 Refuerzo principal

La ejecución de las rótulas debe ser muy cuidada (zonas con alta densidad de armaduras) siendo aconsejable la utilización de superplastificantes así como de hormigones con resistencias características por encima de los 250-300 Kp/cm2. Péndulos de Concreto Se utilizan con mucha menos frecuencia que las rótulas de hormigón y consisten, en esencia, en la combinación de dos articulaciones Freyssinet tal y como se indica en el esquema A de la figura 19. La articulación superior une el tablero con el péndulo y la inferior el citado péndulo con la cimentación. La vinculación que establecen entre el tablero y la cimentación es la clásica de biela, como se indica en el esquema B de la figura 25. La longitud del péndulo L (ver figura 21) vendrá determinada por el movimiento horizontal U del tablero que deba absorber. Dado que en las rótulas Freyssinet cuando menos se puede contar, en general, con una capacidad de giro de 5 milésimas de radián, se tendrá que la longitud mínima necesaria de péndulo, en función del desplazamiento del tablero, será:

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Figura 25 Esquema del apoyo.

Sistema de Colocación de los Apoyos. Las caras superior (en o con el tablero) e inferior (en o con la subestructura) deben ser perfectamente paralelas y estar en planos horizontales. Téngase en cuenta que los tableros pueden tener pronunciados acuerdos verticales y fuertes peraltes transversales. La manera habitual de conseguir esta condición de planeidad y horizontalidad es mediante la colocación de morteros de nivelación y tacones de apoyo, tal como se indica en los esquemas de la figura 26. En los casos A) y B) de la figura citada las camas de mortero superiores, al haberse dispuesto tacón de apoyo, pueden no ser necesarias; no siendo así en los casos C) y D) correspondientes, por ejemplo, a un puente de vigas prefabricadas. De cualquier manera, la capa de mortero inferior, aunque pueda no ser necesaria por la geometría de la traza, es siempre aconsejable para absorber las posibles irregularidades de la parte superior de la subestructura.

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Todos los esquemas anteriores son orientativos, pudiéndose adoptar en cada situación las disposiciones oportunas para asegurar siempre la condición plana y horizontalidad.

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Figura 26. Sistema de colocación de apoyos.

Es necesario siempre dejar unos resguardos mínimos en planta desde el borde de los aparatos de apoyo a los paramentos verticales de la subestructura. En el esquema de la figura 27 se puede ver la disposición aconsejada en la planta para un apoyo de neopreno zunchado de tipo medio (a5500 mm. b1500 mm.) Al aumentar las dimensiones del aparato de apoyo es recomendable incrementar las dimensiones de los resguardos mínimos. En ocasiones las dimensiones necesarias de los aparatos de apoyo pueden condicionar las dimensiones de la cabeza de la subestructura

Figura 27Esquema de planta de colocación.

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JUNTAS DE DILATACIÓN EN PUENTES Las juntas de Dilatación son dispositivos que permiten los movimientos relativos entre dos partes de una estructura. Algunos proyectos de puentes interrumpen los tableros para cubrir requerimientos estructurales de diseño y construcción, para garantizar los movimientos reológicos como cambios de temperatura, efectos de retracción o flujo plástico, acortamientos por pretensado, cargas de tráfico, asentamientos diferenciales o tolerancias requeridas, compatibles con las condiciones de apoyo. En tales casos, en la estructura se deben considerar movimientos permisibles que garanticen un desempeño adecuado para los diferentes estados límites de utilización del puente, donde el deterioro o la falla de las juntas pueden comprometer su seguridad

Son dispositivos que enlazan los bordes de dos tableros contiguos o de un tablero y un estribo, de forma que permiten movimientos relativos entre los mismos manteniendo una superficie lo más continua posible. Elementos caracterizados por: - Elasticidad, para seguir los movimientos sin agrietarse o introducir esfuerzos inisibles en los tableros. - Impermeabilidad, evitando cualquier filtración. - Resistencia, para soportar sin roturas ni excesivo desgaste los efectos de impacto y abrasión debidos al tráfico.

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Figura 28. Esquema de juntas con neopreno.

Para Construcción o Rehabilitación de Juntas de Dilatación en Puentes, utilizamos nuevos materiales con propiedades elastoméricas que absorben los impactos que se generan en las juntas, a diferencia de los materiales tradicionales cuya propiedad fundamental es su rigidez, mostrándose quebradizos y desprendiéndose al poco tiempo de instalados. Además, son materiales de “puesta en servicio inmediata”, lo cual facilita trabajos de rehabilitación en vías de alto tráfico, a diferencia de los materiales tradicionales, cuyo tiempo de fraguado suele ser de 72 horas mínimo.

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Figura 29. Esquema de juntas en placa dentada.

La continuidad del sello es fundamental. No solo las juntas de las superficies con tráfico deben ser impermeables, sino también aquellas instaladas en cambios de plano y dirección. Para lograrlo, las juntas en parapetos o bordillos se deben dimensionar igual que las juntas de la carretera y el sistema que sella la carretera debe tener una correcta transición en todos los cambios de elevación a fin de garantizar la impermeabilidad en todo el puente.

Las juntas de expansión no son drenajes. Una de las principales causas del deterioro estructural de los pilotes, columnas y vigas de los puentes es la filtración de juntas que se utilizan como drenajes. El agua, mezclada con sales de deshielo y contaminantes atmosféricos, se dirige a través de las juntas de expansión y cae directamente en los elementos estructurales más críticos de los puentes.

La corrosión y la expansión de las vigas de refuerzo, con el astillado posterior, requieren la costosa reconstrucción de vigas, pilotes, columnas y muros laterales. A menos que el sistema de juntas ubicado sobre estos elementos estructurales y la inclinación del puente permitan drenar el agua para alejarla de las juntas, hacia un punto de descarga menos 39

crítico o hacia los drenajes diseñados para tal fin, el deterioro estructural continuará y será más acelerado.

CLASIFICACIÓN DE JUNTAS: De acuerdo con su conformación y tomando en cuenta el procedimiento constructivo, las Juntas de expansión se pueden clasificar de la siguiente manera Juntas Abiertas, cuando no tiene conexión en la ranura y permiten el paso directo del agua, Rellenas Moldeadas cuando se vacían en sitio, Rellenas Pre-moldeadas cuando se ensamblan con elementos Externos y Mixtas si reúnen 2 o más elementos ya descritos. Juntas Abiertas. su ancho que varia entre ½” y 2”. Su ventaja es el costo inicial de construcción relativa-mente bajo. Da paso al agua y a elementos que traban el funcionamiento de la junta, lo que ocasiona la necesidad de reparaciones costosas en los elementos circundantes. Juntas Rellenas Moldeadas (in situ): Rellenas con sello Plástico: Se encuentran en diferentes versiones, y soportan movimientos hasta de 1½”. Son fáciles de construir al colocar en el fondo de la ranura un tope o manguera de soporte, luego poliestireno expandido y después un sello plástico o masilla negra de consistencia semi-dura. De Grout Expansivo: Diseñadas para trabajar bajo movimientos no mayores de las 2½”; tienen la misma conformación estructural de la junta de mortero epóxico, buscando sustituirlas para bajar los costos. De Polímero Asfáltico: Son llamadas genéricamente juntas elásticas, se han utilizado mucho como juntas de reposición hasta en grandes viaductos y en obras nuevas resultan excelentes para movimientos de hasta 6 cms, pero no aceptan movimientos verticales. Son de rápida instalación y puesta en servicio de la vía, completamente impermeables, dan confort, seguridad y comodidad para el del puente. La junta no debe tener un espesor menor a 8 cms, la diferencia debe ser suplida con grout expansivo de nivelación. De Silicone: Estas son juntas rellenas de una mangueral de apoyo y un material de silicone que hace las veces de sello ó elastómero. Se utilizan para trabajar en puentes cuyas juntas 40

no excedan movimientos mayores de 1½” y luces pequeñas. El silicone debe ser colocado en lugares que no tengan temperaturas mayores a los 32°C y menores de 4°C. Son muy económicas, completamente impermeables y durables. El tiempo de secado total del material esta alrededor de las 48 horas. Se preparan 2 guardacantos paralelos a ambos lados de la ranura, de concreto de 350 Kf/cm² ó de Grout expansivo que forman un nicho para recibir el perfil de goma y sellar con la silicona Rellena Armada con Tope de Acero y Sello Elástomerico: Los guardacantos son reforzados con un Angular “L” de 10cmx10cmx1cm, a todo lo largo de los brocales como refuerzo para resistir las cargas a las que se somete esta junta, con movimientos entre 1½” y 2” Juntas Rellenas Premoldeadas (Preensambladas): Rellenas con sello en “V”: Se encuentran en algunos puentes, absorbiendo movimientos hasta de 4”. Son fáciles de instalar y mantener, ya que se sella la ranura con una perfil de neopreno en forma de “V” (fig.15), pegado con un adherente epóxico. De Sello de Neopreno: Son una alternativa para la sustitución de juntas existentes en puentes de tramo medio y largo, donde se permite los movimientos totales que van desde 1½” a 13”. De Placa Dentada: Se ha utilizado en puentes de tramos medianos y largos . Se adaptan a movimientos totales desde 4” hasta 24”, esta es su mayor ventaja y sus desventajas se refieren a la posible acumulación de desechos y tierra, que obstruyen el canal de movimiento de abertura y cierre de la junta. De Placa de Diente de Sierra: Se aplica en puentes de tramo mediano, con movimientos totales de 3” Su ventaja es la facilidad para cambiarla en mantenimiento, soldando fácilmente las placas de acero de cada diente. Su desventaja es que no posee un sistema de canal para recoger el agua y los desechos Juntas Modulares: Representan el enfoque del estado del arte para ajustar movimientos complejos hasta de 1,20 mts., en puentes de luces largas y curvos. El sistema de juntas modulares tiene tres componentes principales, los selladores, las vigas separadoras (para selladores) y sus barras de apoyo (para vigas separadoras). Los sellos y vigas separadoras forman una superficie impermeable, ajustando deformaciones estáticas y dinámicas al deformarse los selladores Las vigas separadoras son metálicas estriadas ó laminadas y proporcionan la unión de la serie de sellos. Las barras de soporte franquean la abertura de la junta y los extremos de las barras se ajustan a un sistema de fijación comprimible. sistema esta compuesto de dos bloques de poliuretano ó elastomericos. Un bloque 41

descansa sobre el tope de la barra de soporte, el segundo bloque se ajusta debajo y ambos bloques a su vez están unidos al tope de la cubierta. Con Placas Deslizantes: Se utilizan frecuentemente en puentes medianos, ajustándose a movimientos totales de 4” .Su gran ventaja es que restringe al mínimo el paso del agua, pero con el tiempo la placa deslizante tiende a zafarse ocasionando deterioros de todos los elementos circundantes de la junta. Con sello de expansión: En esta junta el sello se debe poner en una forma continua, cualquier cambio de dirección debe venir sujeto desde el taller, ya que no se permiten empates en campo. La forma de funcionamiento de la junta es muy parecida a la de compresión, pero su fisonomía interna esta dispuesta para absorber los esfuerzos de expansión en muy buena forma .Los angulares de soporte deben quedar colocados durante el proceso de vaciado del elemento estructural. Si esto no ocurre así se debe considerar la construcción de guardacantos. Para la colocación del sello de expansión sus caras laterales se pegan con un elemento epóxico. Son de fácil reposición los elementos de neopreno, pero los angulares pueden fracturarse con el golpeteo de los vehículos. Se utilizan hasta en puentes con movimientos de 4”. Juntas Mixtas (Especiales): . Mixta tipo Aceroton: Es una junta que reúne 2 versiones, la primera forma un sello de compresión-expansión como base y ayudado con una placa deslizante. La segunda tiene el mismo sello de compresión-expansión como base y un tapa junta que la protege. Es impermeable y de buen funcionamiento, pero puede tender a ser muy ruidosa y poco confortable. Maneja movimientos hasta de 4 Mixta tipo Evalinca 01: Es una junta extrema que se utiliza para conectar la estructura con la losa de al puente. Se combinan una junta de polímetro asfáltico en la parte superior y una junta abierta reforzada en los guardacantos conectada al acero de los elementos estructurales. Es impermeable y cumple con movimientos hasta de 2”

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CONCLUSIONES

Los Anclajes pretensados en roca proporcionan una solución rentable, es una solución de bajo mantenimiento ambientalmente aceptable para la rehabilitación de presas y para cumplir con los estándares de diseño moderno.

Las especificaciones sobre este tipo de anclajes han evolucionado sustancialmente durante las últimas cuatro décadas a través de énfasis en los códigos, especificaciones técnicas y las mejoras en las técnicas de construcción. Se ha prestado especial atención a la protección contra la corrosión.

Los apoyos para puentes construidos en elastómeros (Neopreno), son los más económicos y eficientes, puesto que su capacidad para absorber los movimientos mediante las deformaciones, como se puede ver la figura 12.

Las juntas de dilatación, pueden ser en cualquier material que pueda absorber deformaciones y que además tenga una alta dilatación térmica, puesto que la idea es que este material se deforme para que la estructura no sufra daños.

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BIBLIOGRAFÍA

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MINISTERIO DE OBRAS PUBLICAS, TRANSPORTE Y MEDIO AMBIENTE, Nota técnica sobre aparatos de apoyo para puentes de carretera, Instrucciones de Construcción, España, 1995.

VSL SYSTEMS, Soil and Rock anchors, Penthaz – Suiza, 1995.

LOBO; William, Juntas de Puentes – Fundamentos, Caracas- Venezuela, 2000.

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