estribo de puente

E.T.S.Ing.Caminos, Canales y Puertos. Autora: Carolina Valencia Cabeza Viaducto del Rodenillo. Estudio de soluciones Tutor: D. Alejandro Castillo Linares

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ANEJO Nº5:

PILARES, APOYOS Y ESTRIBOS


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ÍNDICE

1. Introducción

2. Pilares

2.1. Tipologías de pilares

3. Estribos

3.1. Tipologías de estribos

4. Apoyos


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1. INTRODUCCIÓN

Las pilas constituyen, junto con los estribos, el soporte del tablero. Su tipología es muy variada pues las exigencias resistentes y funcionales no son tan estrictas como para que las determinen unívocamente, lo que permitirá una gran variación de su tratamiento formal. Esto no ocurre para tableros muy altos, en cuyo caso los fenómenos de inestabilidad de pandeo influyen de forma más significativa, pudiendo incluso ser los que determinan el dimensionamiento de los pilares.

La respuesta resistente del puente en su conjunto ante las distintas acciones que lo solicitan dependen tanto de las características geométricas y mecánicas de los elementos del puente como de las propiedades de las conexiones entre estos. Los aparatos de apoyo, por tanto, tienen como misión controlar y reducir las deformaciones y desplazamientos que se producen entre pilas y dintel, reduciendo así los esfuerzos producidos por la compatibilidad de deformaciones entre pilares y dintel.


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2. PILARES

A la hora de diseñar las pilas de una estructura se beben tener en cuenta los siguientes factores:

- Relación estructural y formal entre pila y dintel.

- Altura de la pila.

- Proceso constructivo.

- Medio de ubicación de la estructura.

Relación pila‐dintel.

En función de la tipología del tablero se pueden adoptar distintos tipos de pilares de forma que cumplan su función estructural de la forma más eficiente posible en cada caso. Para tableros de vigas prefabricadas, por ejemplo, lo más usual es utilizar una viga cabezal transversal al tablero de forma que recoja todos los esfuerzos que éste transmite a los pilares. Esta viga cabezal se verá sometida a esfuerzos considerables en caso de que el número de pilas sea muy inferior al de vigas del tablero.

Pilares para tableros de vigas prefabricadas.


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Pier Luigi Nervi, 1960. Pilares para vigas de 16 metros en artesa tringular

Para tableros tipo losa, y en general tableros hormigonados in situ, la diferencia es la mayor rigidez transversal de la sección, lo cual permite eliminar la viga cabezal pudiendo considerarla embutida en el dintel y la realizar el apoyo en puntos singulares del tablero. Lo que ocurre es que todo el aligeramiento de la losa desaparece en la sección de los apoyos en forma de diafragma de rigidización.

Se pueden colocar varios apoyos, en cuyo caso la torsión será absorbida por el par de fuerzas resistente, o bien un único apoyo, el cual no podrá recoger el vuelco del dintel y se deberá dotar de rigidez torsional de forma que el dintel pueda trasladar los esfuerzos hacia otras partes del trazado longitudinal en las que se recoge la torsión.

Altura.

Este dato es fundamental pues nos va a indicar la flexibilidad de la pila así como las posibilidad de aparición de efectos de segundo orden. La topografía de la zona, la inclinación de la rasante de la carretera y canto de la superestructura son datos básicos para determinar la altura de las pilas.


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Pilares para tablero tipo losa o cajón

La gran altura acentúa dos tipos de efectos, los producidos por las acciones horizontales y los correspondientes a los fenómenos de inestabilidad, que aumentan de forma considerable con la altura de la pila. Sin embargo, una pila de gran altura reduce los esfuerzos producidos por las deformaciones impuestas de temperatura, retracción y fluencia ya que disminuye su rigidez y ante igualdad de deformación horizontal impuesta los esfuerzos son mucho menores.

La sección transversal ideal de un pilar es la sección cajón (hueco por dentro) debido a su mayor radio de giro que permite resistir mejor los esfuerzos de flexión producidos por las sobrecargas excéntricas y las acciones horizontales. Sin embargo el comportamiento no es el mismo en las dos direcciones. La pila de gran altura debe tener gran rigidez en sentido transversal al puente y pequeña en sentido longitudinal, apareciendo así el problema del pandeo en dirección longitudinal y por tanto se requiere un dimensionamiento mínimo que evite estos problemas de inestabilidad.

En nuestro caso tenemos pilas de poca y mediana altura (como mucho de 20 metros) y por lo tanto muy rígidas, lo que impide que presenten la adecuada flexibilidad ante acciones horizontales, ello obliga a disponer neoprenos cuya forma y disposición dependerá de las disposiciones constructivas y de la necesidad de disminuir el momento flector en el centro del vano.

Medio.

En nuestro caso, debemos estudiar si la estructura se encuentra sometida a fuertes vientos o cauces fluviales. El agua produce en la cimentación de los pilares cierta socavación que puede producir un cierto descalce de la misma, de hecho, en nuestra vaguada, existe un cauce estacionario que puede afectar a las pilas, sin embargo, no se encontrará demasiada oposición al paso del agua bajo la estructura debido a que el número de pilares en relación a la longitud del puente es relativamente pequeño.

Proceso constructivo del tablero.

Por las características intrínsecas de la técnica constructiva se generan durante la construcción una serie de esfuerzos tanto en la superestructura como en las pilas que van a diferir de los generados en las condiciones de servicio. Estos esfuerzos generados


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durante la construcción han de tenerse en cuenta en el diseño de las pilas o deben preverse medios provisionales para soportarlos.

2.1.‐ Tipologías de pilares.

- Pila de sección tubular.

- Pila de sección en H.

- Pila de pantallas flexibles.

Pila de sección tubular. Es una morfología apta para todo tipo de alturas. Para alturas medias o bajas es necesario disponer neoprenos para aumentar las flexibilidad de las mismas y permitiendo a su vez su libre dilatación del tablero bajo el efecto de cargas térmicas, retracción o fluencia. Poseen las siguientes ventajas:

- Facilidad de ejecución.

- Gran adaptabilidad a todos los tipos de tableros y alturas.

- Dadas sus buenas características mecánicas que ofrece la sección tubular, permite un buen comportamiento resistente tanto transversal como longitudinal.

- Durante la construcción del tablero por voladizo, provisionalmente puede asegurarse su estabilidad sustituyendo por calzos de hormigón los apoyos de neopreno y colocando un pretensado vertical sin necesidad de apoyos provisionales.

Predimensionamiento: Se seguirá como base para el predimensionamiento una única pila por apoyo con sección constante, por facilidad constructiva mediante encofrado deslizante o trepador. Las dimensiones de las pilas dependen, sobre todo, de su altura y de las acciones a las que están sometidas. Se pueden dar dos opciones: que estas dimensiones sean suficientes para recoger los apoyos del dintel sin necesidad de ensanchamiento transversal (caso de tableros poco anchos) o que se requiera un pequeño ensanchamiento para esta ubicación. En nuestro caso, tablero de 13.60 metros, no es imperiosamente necesario realizar este ensañamiento, si bien, ayudará a una correcta canalización de los esfuerzos hacia los pilares a la vez que permite la ubicación de dos

apoyos en lugar de uno (permitiéndose así que se absorban los esfuerzos torsionales en la unión con cada pilar).

Pilas de sección tubular, pertenecientes al viaducto de Millau


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Las pilas de sección tubular las usaremos en las alternativas 1 y 2, con las tipologías de vigas prefabricadas y losa aligerada.

Según Manterola, para pilares rectangulares, el canto en la dirección transversal

al puente se puede estimar aproximadamente como: Hc •+= 06.02 siendo H la

altura de la pila correspondiente. En la dirección transversal las acciones son mucho menores y además la pila se apoya en el dintel. Por tanto, se permite una mayor esbeltez reduciendo así los esfuerzos producidos por deformaciones impuestas en el dintel. La

anchura oscila sobre valores de Ha •+= 02.01 . En la siguiente tabla podemos

observar las dimensiones aproximadas de las pilas en función de su altura.

Sin embargo, en caso de que el proceso constructivo sea el de avance por voladizo la pila no presenta la suficiente resistencia a flexión necesaria durante el proceso constructivo, es por ello que se aumentará su anchura longitudinal.

Altura de pila Canto transversal Canto longitudinal

10 2.6 1.2

15 2.9 1.3

20 3.2 1.4

25 3.5 1.5

30 3.8 1.6

35 4.1 1.7

40 4.4 1.8

45 4.7 1.9

50 5 2

55 5.3 2.1

60 5.6 2.2

En cuanto al espesor de las paredes de la sección tubular Salvador Monleón establece un margen entre 0.25 a 0.4 metros. Teniendo en cuenta que cuanto menor espesor, mayor cuantía de armado se requerirá adoptaremos un valor de 0.35 m. Los datos relativos a las dimensiones de las pilas quedarán expuestos en el anejo correspondiente al predimensionamiento de alternativas.


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Pila de sección en H. Son utilizadas en empotramientos para pilares de gran altura, además presentan débil resistencia a torsión lo que impone ciertas precauciones para limitar las deformaciones de los voladizos durante la construcción.

Predimensionamiento: Para establecer unas dimensiones básicas para este tipo de pila se tomará como altura de alma la dimensión transversal del apoyo del cajón y como anchura de alas la dimensión longitudinal del apoyo del cajón. Tomamos como espesores de los elementos los elementos los de otros proyectos semejantes: 0.4 m para el alma y 0.6 m para las alas.

Pila de pantallas flexibles

Están constituidas por dos láminas verticales o inclinadas que sirven de unión entre el tablero y el cuerpo de la pila. Sus principales ventajas son:

- Realiza un empotramiento eficaz del tablero bajo la acción de las cargas verticales debido al desdoblamiento de los apoyos.

- Ofrece gran flexibilidad en el plano horizontal permitiendo resolver los problemas de dilatación de las obras continuas.

- Asegura económicamente la estabilidad de los voladizos durante la construcción del tablero mediante un arriostramiento provisional.

- Mediante la inclinación de las pantallas podemos disminuir los esfuerzos de flexión.

Los inconvenientes radican en que a causa de la esbeltez de las pilas, la estabilidad de las mismas debe ser objeto de un análisis particular . Por lo tanto su resistencia al pandeo debe ser analizada con mucho cuidado. Además son complejas de construir y en ocasiones necesitan un pretensado de las almas.

Predimensionamiento: Según Salvador Monleón, se recomienda un espesor de pantalla de H/30 a H/25 adoptaremos este último valor por ser el más conservador. No debiendo ser su anchura superior a los 7 metros por lo que se pondrán dos paralelas de 5 metros. Se establecerá una separación entre extremos de pantallas de 5 metros. La inclinación de las pantallas viene dada por su altura de modo que los ejes de las mismas concurran justamente a nivel de la cimentación para obtener una ley de tensiones en el terreno uniforme.


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Atendiendo a los criterios expuestos se ha elegido la tipología tubular, tanto por su sencillez constructiva como su adecuado comportamiento estructural. Además es apta para adaptarse a cualquier tipología de tablero y altura, dejándose el resto para proyectos más complejos donde la altura de las pilas en un factor determinante.

3.‐ ESTRIBOS

Los estribos tienen doble misión:

- Constituir el apoyo extremo del tablero permitiendo que se produzcan las deformaciones impuestas por temperatura, fluencia y retracción.

- Como estructura de contención, muro que soporta los empujes de las tierras del terraplen de acceso, controlando el derrame de tierras por delante y los laterales del estribo.

3.1.‐ Tipologías de estribos.

Estribos cerrados. Es el más clásico de los estribos utilizados, consta de un muro frontal, el estribo propiamente dicho, el murete de guarda y la losa de transición. Para estribos de gran altura (más de 8 metros) ha de recurrirse a variaciones de espesor para economizar hormigón y optimizarlo estructuralmente.


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Estribo cerrado

El muro frontal recibe la carga del dintel a través de los apoyos, los cuales permiten los movimientos del dintel independientemente de los ocasionados por las tierras. El diseño de la parte superior del estribo viene gobernado por su relación con el dintel, la parte inferior por las acciones del dintel y el empuje de las tierras. En caso de estribos muy altos se puede recurrir a muros nervados.

Todo estribo debe estar impermeabilizado en la parte de contacto con las tierras y estar dotado del correspondiente material filtrante que evite la presión hidrostática.

Estribos abiertos. Con esta tipología se trata de eliminar o reducir el empuje horizontal de las tierras sobre el estribo cuando éste se coloca en terraplén. Para eso se realiza la transición entre la viga cabezal que soporta el dintel y el suelo de cimentación a través de diafragmas, pilotes, etc, que permiten el paso de las tierras. El inconveniente que presentan es su gran sensibilidad a los posibles asientos del terraplén.

El empuje de tierras existe sobre la viga cabezal, aletas y elementos de conexión con la cimentación. Además, existen fuerzas horizontales derivadas de las acciones y deformaciones del dintel. Sus esfuerzos deben ser transmitidos a al cimentación. Los diafragmas se colocan bajo los apoyos del dintel con el objetivo de minimizar los esfuerzos en la viga cabezal.

Existen dos tipos de apoyos de diafragmas: por un lado tenemos los tabiques verticales que suelen ser de canto variable y suelen estar generalmente bajo cada apoyo y se unen con la zapata de cimentación, y por otro lado, tenemos el caso de un mal terreno en el que se cimenta con pilotes y se aprovecha para hacer los pilotes más largos y empotrarlos en la viga cabezal.

Los problemas principales de estos estribos suelen ser dos: hay que retranquearlos de 2 a 4 metros del comienzo del terraplén para evitar posibles roturas en cuña, además de los asientos que rondan del 2 al 4% de la altura total del estribo.


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Estribo abierto

Estribos prefabricados. Es una tipología que se encuentra actualmente en gran expansión y pueden alcanzar hasta los 10 o 12 metros de altura. Todos ellos utilizan secciones nervadas aligeradas para reducir peso y facilitar así las actividades de montaje y transporte. Presentan las siguientes ventajas:

- Facilita la ejecución.

- Gran calidad de los materiales.

Aunque también presentan los siguientes inconvenientes:

- Dificultad de transporte, especialmente a grandes distancias.

- Imposibilidad de adaptarse a casos muy concretos.

- Necesidad de personal especializado en el montaje de los distintos componentes.

Estribo prefabricado

Estribos de tierra armada. Consisten básicamente en la intercalación de armaduras, generalmente a base de bandas, en el suelo de modo que constituye un refuerzo del mismo por el rozamiento que se desarrolla entre el relleno y la armadura. El


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suelo se comporta entonces como un material ficticio que posee una cohesión anisótropa proporcional a la resistencia a tracción de la armadura.

Su ventaja principal es la facilidad para adaptase muy bien a terrenos con características de cimentación deficientes y su inconveniente más significativo es que presentan grandes asientos lo que produce sobreesfuerzos en estructuras hiperestáticas.

Estribo de tierra armada.

Selección de estribo. Para nuestro proyecto se ha seleccionado el estribo cerrado debido a el gran desnivel que producen las laderas contiguas a la estructura, además de su buen comportamiento con estructuras hiperestáticas ya que reduce al mínimo los asientos del terraplén de relleno lo cual disminuirá el valor de los esfuerzos provocados por estas deformaciones impuestas.

En resumen, se ha elegido un estribo cerrado por los siguientes motivos:

‐ Buen comportamiento estructural en estructuras hiperestáticas.

‐ Gran capacidad de absorción de los movimientos horizontales del dintel.

‐ Facilidad constructiva.

4.‐ APOYOS

La principal función de los aparatos de apoyo es la de reducir los esfuerzos producidos en el dintel debidos a los desplazamientos relativos entre pilares y dintel.

Estos desplazamientos tienen su origen, bien en las acciones horizontales exteriores, o bien en las deformaciones impuestas debidas a la retracción, fluencia y temperatura. Si la vinculación entre pilas y dintel es de empotramiento o articulación, las pilas y estribos se verán arrastrados por las deformaciones del dintel produciendo esfuerzos que serán tanto mayores cuanto mayor sea la rigidez de las pilas y los estribos. A continuación exponemos algunas tipologías de apoyos para poder utilizar en nuestro proyecto:

- Apoyo de neopreno zunchado. Está formado por un conjunto de placas de elastómeros, asociadas a placas de acero por medio de adhesivos. Su principal ventaja es que admite grandes deformaciones por cortante permitiendo así el libre desplazamiento relativo entre pilas y dintel.


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Detalle de apoyo de neopreno

- Apoyo de neopreno embutido. Se utiliza en casos en los que se transmitan cargas muy grandes acompañadas de giros importantes ya que está el neopreno confinado lateralmente permitiendo resistir presiones mayores.

- Apoyo de neopreno – teflón. El teflón permite el deslizamiento en contacto con el acero ya que posee un coeficiente de rozamiento muy bajo. Se coloca una capa de teflón entre el acero sujeto al neopreno y una lámina de acero solidaria al dintel permitiéndose unos deslizamientos relativos bastante grandes.

- Existen más tipos de apoyos como rodillos, casquetes esféricos, rótulas de hormigón, etc, cuyo uso está menos estandarizado.

Cualquiera de los tres apoyos comentados son idóneos para nuestra estructura. Además debemos de mencionar que no estamos en zona muy sísmica y que las cargas dinámicas horizontales no serán importantes.


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estribo de puente

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