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8/11/2019 Ponencia_Hernani_1.pdf

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VI CONGRESO DE 1/9

Realizaciones: puentes y pasarelas

VIADUCTO DE HERNANI SOBRE EL RO URUMEA. UN PUENTEATIRANTADO PARA LA LNEA FERROCARRIL DE ALTA VELOCIDAD.

Guillermo CAPELLN MIGUELIngeniero de Caminos, C. y P.

Arenas & AsociadosDirector [email protected]

Emilio MERINO RASILLOIngeniero de Caminos, C. y P. Coordinador de Proyectos [email protected]

Miguel SACRISTN MONTESINOSIngeniero de Caminos, C. y P.

Arenas & AsociadosCoordinador de [email protected]

Ysabel GIL CELADAIngeniero de Caminos, C. y P.

Arenas & AsociadosIngeniero de [email protected]

RESUMEN

El Viaducto de Hernani de 1226 m de longitud que incluye dos vanos atirantados de 120 m y 67.7m. Ser el primer puente atirantado para la lnea FFCC de alta velocidad en Espaa. Suconstruccin comenz en 2013 y estar acabado al final de 2015. Es parte del tramo Hernani-

Astigarraga de la Nueva Red Ferroviaria del Pas Vasco en su acceso a San Sebastin. Discurreparalelo al ro Urumea, cruzndolo en tres ocasiones con vanos crecientes (39, 67.7 y 120 m)debido al esviaje. La seccin tipo es una viga artesa en U de ancho 14.40 m. La altura total es de

3.40 m en el primer tramo incluyendo el vano de 67.7 m, y de 4.0 m en el segundo tramo queincluye el vano de 120 m. La viga de tablero se apoya en diafragmas transversales cada 3 m conpretensado transversal. La construccin se realiza con cimbra porticada. Se disponen pilasprovisionales cada 30 m en los vanos atirantados que se demuelen tras el tesado.

PALABRAS CLAVE: atirantado, alta velocidad, seccin artesa, Urumea, hormign pretensado

Figura 1. Infografa del Viaducto de Hernani para la lnea FFCC de alta velocidad.
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1. Descripcin de la estructura

1.1. Caractersticas generales

El viaducto de Hernani, perteneciente al "Proyecto Constructivo de la Plataforma del Tramo

Hernani-Astigarraga de la Nueva Red Ferroviaria en el Pas Vasco en la Rama de Gipuzkoa" tieneuna longitud de 1226 metros entre ejes de apoyos en extremos del viaducto, de acuerdo al

Proyecto constructivo, redactado por Fulcrum y Arenas & Asociados para la propiedad ETS

(Euskal Trenbide Sarea).

El viaducto se encaja entre los trminos municipales de Hernani y Astigarraga, ambos colindantes

con el de San Sebastin, en la vega del ro Urumea, al que cruza hasta tres veces, pasando

adems bajo el viaducto existente de la Autova del Urumea.

Por motivos estructurales, el viaducto se ha dividido en dos estructuras independientes condistinta seccin transversal, separadas por un estribo que hace las funciones de punto fijo para los

dos tramos del viaducto.

El tramo 1, con un canto de 3.40 metros, tiene una longitud de 805.30 y la siguiente distribucin de

luces: 24 + 2x33 + 4x36 + 39 + 2x36 + 4x33 + 6x30 + 67.70 + 2x31 + 18.6 metros

El tramo 2, de 412.00 metros de longitud presenta un canto de 4.00 metros, y se distribuye en los

siguientes vanos: 2x27 + 120 + 2x27 + 28 + 33 + 2x35.5 + 23.5 + 28.5 metros

La seccin trasversal de ambos tramos es idntica, con la nica diferencia del canto de la artesa.Est formada por:

- 10.40 metros centrales para alojar el sistema de va en placa y las canaletas.

- 2 cordones longitudinales de 2.00 m de ancho sobre los que se sitan barandillas, paseos, etc.

El ancho total del tablero es de 14.40 metros.

Figura 2. Alzado y planta del Viaducto de Hernani de acuerdo al Proyecto constructivo.


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1.2. Tablero

La tipologa del viaducto es la de un tablero continuo de hormign pretensado, con vanos tipo en

el entorno de los 33 metros, con la excepcin del segundo y tercer cruce sobre el ro Urumea, que

obligan a adoptar luces de 67.7 y 120 m respectivamente. Para resolver estos vanos, se opta por

reforzar la estructura por medio de atirantamiento superior desde mstiles verticales, configurando

vanos atirantados, con un total de tres ejes o mstiles de atirantamiento, uno en esquema

asimtrico en el vano de 67.7 m y dos en configuracin simtrica en el vano de 120m.

La seccin resistente del tablero est compuesta por dos cordones longitudinales de hormign

pretensado unidos transversalmente mediante costillas de hormign de canto variable. La

separacin entre costillas vara ligeramente de unos vanos a otros pero es aproximadamente de

3,00 m. Sobre las costillas se sita una losa de canto constante de0.33 m, que sirve de soporte ala superestructura. El canto es de 3.40 m en el tramo 1 y de 4.00 m en el tramo 2.

Las secciones de estos cordones tienen forma aproximada de I, con una cabeza superior de 2.00

m de ancho y 0.80 m de canto; un alma de 0.60 m de espesor, y una cabeza inferior de 2,41 m de

ancho y canto de 0,80. En las zonas de apoyo sobre pilas existe un recrecido en el alma de 6 m

de longitud para alojar las cuas del pretensado curvo y para una mejor transmisin de las

reacciones de los apoyos. El espesor de las almas en estas zonas es de 1.1 m.

Figura 3. Seccin tipo artesa de los tramos 1 y 2 del Viaducto de Hernani.

Son los condicionantes geomtricos del emplazamiento los que definen la tipologa de la seccin

tipo y los vanos singulares atirantados de 67.7 y 120 m. La estructura cruza constreida bajo un

puente existente de autova que limita su altura. Por otro lado el canto se ve limitado por la

avenida de 500 aos a un espesor mximo de 1.10 m bajo la va en placa. Esta restriccin nos

fuerza a adoptar una seccin en U singular para el tablero y a aadir una superestructura

atirantada para los vanos de 67.7 y 120 m. Los vanos de 67.7 y 120 m vienen fijados por el

respeto del Dominio Pblico Martimo Terrestre asociado al ro Urumea y a los condicionantes

hidrulicos que se desprenden de los estudios de inundabilidad.


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Figura 4. Infografa del cruce del Viaducto de Hernani bajo el viaducto de la autova del Urumea.

Los vanos atirantados incluyen grupos de 9 tirantes anclados cada 6 m. El vano de 67.7 m seequilibra con dos vanos de 30 m y una sola torre, y el vano de 120 m con dos vanos de 27 m encada extremo, y dos torres. Las torres de 27 m de altura sobre tablero permiten el anclaje detirantes con mazarotas articuladas. Las torres metlicas poseen forma de H con travesaossuperiores e intermedios como arriostramiento frente a cargas laterales inducidas por la plantacurva. Los cables alcanzan hasta 69.3 m y 37 uds. de 0.6 para cargas permanentes de hasta3700 kN.

Figura 5. Detalle del Alzado del tramo atirantado del Viaducto de Hernani.

La eleccin de la tipologa atirantada para los vanos singulares del Viaducto de Hernani es frutode un Estudio Tipolgico detallado. Las razones principales que llevan a la eleccin de la solucinatirantada son de tipo econmico y constructivo, unidas a las restricciones y condicionantes delemplazamiento que limitan fuertemente la geometra de tablero. Otras soluciones con mayor cantoo canto variable inferior no resultan viables geomtricamente, es necesario reforzar la estructuracon una superestructura. La solucin atirantada permite mantener la misma seccin de tablero de

hormign pretensado de los vanos de acceso, lo que permite grandes ventajas econmicas yconstructivas. Otras soluciones estudiadas con estructura hibrida, metlica o mixta resultaron mscostosas, como las soluciones tipo celosa, arco, etc.


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Las soluciones atirantadas y extradosadas han sido profusamente utilizadas en puentesferroviarios en especial en Japn. Como ejemplo de puente atirantado aplicado al tren de altavelocidad cabe mencionar el Puente sobre el ro Po de la lnea de alta velocidad entre Bolonia y

Min en Italia, con 192 m de luz con tablero de 4.5 m de canto, diseado para una velocidad de300 km/h.

Figura 6. Puente atirantado sobre el ro Po de la lnea de alta velocidad Bolonia-Miln (Italia).

1.3. Pilas y estribos

La mayor parte de las pilas del viaducto, tienen un fuste de seccin octogonal constante y uncapitel superior de seccin octogonal variable. Se diferencian del resto las pilas situadas bajo losmstiles cuyo fuste es de seccin octogonal de canto variable y carecen de capitel. La altura de

las pilas vara de 4.70 m a 10,40 m.

La cimentacin de pilas es pilotada sobre encepados con pilotes de dimetro 1.50 y 1.80 m. Laspilas tipo estn formadas por 4 pilas de 1.50 m, las cimentacin de las torres de atirantamientoest formada por 16 pilotes de 1.80 m.

El tramo 1 del Viaducto apoya en sus extremos sobre dos estribos de geometraconsiderablemente diferente, ya que en uno de ellos (Estribo2) se ha materializado el punto fijofrente a las acciones longitudinales, que es comn para los dos tramos del viaducto.

La cimentacin de estribos es igualmente pilotada


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1.4. Aparatos de apoyo y juntas de dilatacin

El apoyo del tablero sobre pilas y estribos se materializa mediante apoyos de neopreno confinadotipo "POT" con tefln. El tefln presenta un coeficiente de rozamiento bajo que permiteindependizar los movimientos de la superestructura de los de las pilas en sentido longitudinal. En

las pilas y en los estribos se colocan una pareja de apoyos, siendo uno de estos libre y el otroguiado permitiendo el movimiento slo en la direccin longitudinal. Avanzando en el puente desdeel estribo 1 en cada pila o estribo los apoyos libres quedarn al lado izquierdo y los guiados alderecho.

Se disponen juntas de dilatacin en los estribos 1 y 3, no siendo necesario disponer junta en elestribo 2 que acta como punto fijo de la estructura.. Las juntas tendrn que ser capaces deacomodar un movimiento impuesto igual al calculado para los aparatos de apoyos deslizantes quese dispondrn sobre l, que permita la carrera de dilatacin trmica y de contracciones reolgicasy trmicas del tablero.

2. Procedimiento constructivo

El procedimiento constructivo desarrollado para la ejecucin del tablero se basa en la utilizacinde una cimbra aporticada con vigas metlicas de celosa. Esta solucin se prefiere a la utilizacinde una cimbra convencional porque presenta la gran ventaja de no necesitar la ejecucin decimentaciones profundas para los apoyos provisionales intermedios de cimbra, lo que supondraun incremento en el coste y en el plazo de ejecucin de las obras.

En los vanos singulares de 67.7 y 120 m s que se prevn pilas provisionales intermedias paraextender el mismo procedimiento constructivo a toda la estructura. Una vez ejecutado el tablero serealiza la colocacin de torres de atirantamiento metlicas y la instalacin y tesado de los tirantes,tras lo cual es posible demoler las pilas provisionales.

3. ClculoEl clculo se realiza mediante un modelo emparrillado con elementos finitos tipo barra querepresenta las dos vigas de borde de tablero y la losa central, diferenciando los dos tramos de

estructura separados por la junta de dilatacin.

Algunas de las caractersticas especiales de la estructura que se reflejan en el clculo son:- La construccin por fases recoge el proceso vano a vano de ejecucin del tablero en el

modelo de clculo- El elevado valor de las cargas ferroviarias y las limitaciones funcionales en cuanto a

deformaciones obligan a disponer un canto de mayor rigidez.- El clculo ssmico realizado influye sobre el dimensionamiento de algunos elementos

como las pilas o las cimentaciones.

- El anlisis dinmico se realiza de acuerdo a IAPF-07 segn HSLM (High Speed LoadModel), y se obtiene una amplificacin mxima de deformaciones estticas de 2.5, yaceleraciones verticales limitadas a 3.5 m/s2.


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Figura 7. Imgenes del modelo de clculo de elementos finitos.

- Se realiza el clculo de inestabilidad en segundo orden de los elementos de torres de

atirantamiento metlico, considerando imperfecciones geomtricas homotticas alprimer modo de pandeo global, y obteniendo los esfuerzos resultantes para lascombinaciones que generan mayores momentos flectores en los mstiles.

- Las fuerzas de tesado de tirantes se obtienen siguiendo un procedimiento iterativo deoptimizacin y las fases de tesado y sus cargas se recogen en el procedimiento detesado

- Se prev la instrumentacin para el control del tesado, del proceso constructivo y de laposterior vida til de la estructura.

Los resultados en todos los casos demuestran la validez de la solucin atirantada seleccionada,con cuantas que la hacen competitiva y preferible a otras soluciones mixtas o hibridas para lamisma luz principal de vanos singulares.


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Figura 8. Desplazamientos del clculo ssmico multimodal transversal en el tramo 2.

4. Conclusiones

El viaducto de Hernani constituye el primer puente atirantado para la lnea de alta velocidad enEspaa. Se ha justificado la eleccin de la tipologa de acuerdo a criterios econmicos yconstructivos, as como su validez de acuerdo a los clculos realizados. Adicionalmente lasolucin permite una integracin formal adecuada en el entorno por su transparencia, y una escalaequivalente que relaciona los vanos singulares de 67.7 y 120 m con uno y dos mstiles deatirantamiento respectivamente, de igual altura.

Figura 9. Infografa del Viaducto de Hernani para la lnea FFCC de alta velocidad.


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Figura 10. Fotomontaje del Viaducto de Hernani para la lnea FFCC de alta velocidad.

En el momento de redaccin del presente artculo las obras se encuentran en su fase inicial con laejecucin de las cimentaciones. En el desarrollo inicial de las obras se han realizadomodificaciones en el proyecto que afectan principalmente a los vanos tipo de viaducto de

aproximacin, su seccin tipo y su cimentacin manteniendo sin embargo la solucin de los vanosprincipales. Se ha querido en el presente artculo hacer referencia a la solucin del proyectoconstructivo para evitar cualquier confusin.

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