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VIADUCTO SOBRE EL RÍO TINTO EN LA LÍNEA DE ALTA VELOCIDAD SEVILLA-HUELVA

Juan José ARENAS DE PABLO Dr. Ingeniero de Caminos ARENAS & ASOCIADOS Presidente jjarenas@arenasing.com

Guillermo CAPELLÁN MIGUEL Ing. De Caminos, C. y P. ARENAS & ASOCIADOS Director Técnico gcapellan@arenasing.com

Miguel SACRISTÁN MONTESINOS Ing. De Caminos, C. y P. ARENAS & ASOCIADOS Coordinador de Proyectos msacristan@arenasing.com

Javier FERNANDEZ ANTÓN Ing. De Caminos, C. y P. ARENAS & ASOCIADOS Jefe de Proyecto jfernandez@arenasing.com

RESUMEN

El viaducto del Río Tinto forma parte de la LAV Sevilla-Huelva en el tramo La Palma del Condado-Niebla. Posee 150 m de luz máxima y una longitud de 1059 m, de los cuales 603 m corresponden a una sección cajón de hormigón pretensado, 134 m a la sección de cajón mixto y 322 m a la sección de celosía metálica y losa de hormigón. Sigue una sucesión de luces entre 32 y 54 m en el tramo de hormigón pretensado, de 63 m para los vanos mixtos, y vanos principales en celosía con luces 102+150+102 m. El viaducto salvar el cauce del río Tinto respetando los resguardos hidráulicos y minimizar la afección a la vegetación de ribera. El esquema de apoyos está formado por apoyos deslizantes tipo POT en pilas tipo y estribos, y 2 amortiguadores longitudinales de 5000 kN por estribo para recoger las cargas rápidas de sismo y frenado, y apoyos de neopreno zunchado en 6 pilas intermedias para asumir las cargas lentas y realizar el recentrado.

PALABRAS CLAVE: Puente mixto, celosía metálica, Alta velocidad, amortiguadores, tablero híbrido.

Fig. 1 Fotomontaje del Viaducto sobre el Río Tinto en la LAV Sevilla-Huelva

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1. Descripción del Viaducto del Río Tinto

1.1. Introducción. Objeto del Proyecto

El citado viaducto del Río Tinto forma parte de la LAV Sevilla-Huelva en el tramo La Palma del Condado-Niebla. El proyecto de dicho tramo es redactado por la UTE Arenas & Asociados – SAITEC, bajo la propiedad de la Dirección General de Infraestructuras Ferroviarias (Ministerio de Fomento).

Fig. 2 Integración del Viaducto del Río Tinto en su entorno

El entorno del río Tinto configura un espacio de alto valor ecológico y paisajístico protegido por medio de la figura del LIV del “Corredor Ecológico del río Tinto”, y así lo refleja la Declaración de Impacto. El viaducto sobre el río Tinto es la estructura de mayor relevancia del tramo. A instancias de la Declaración de Impacto (DIA) y para disponer así los estribos y viaductos fuera del área del LIC protegido, se incrementa la longitud del viaducto previsto en el Estudio Informativo hasta los 1059 m. Y debe alcanzar una luz de 150 m para respetar los condicionantes hidráulicos y respetar la vegetación de ribera existente, buscando a su vez la máxima transparencia e integración paisajística.

Datos del Proyecto

Propiedad: Dirección General de Infraestructuras Ferroviarias. Ministerio de Fomento

Autores del Proyecto: Juan José Arenas, Guillermo Capellán (Arenas & Asociados) José Antonio Perez Gándara (SAITEC)

Equipo de Estructuras: Miguel Sacristán Montesinos, Javier Fernandez A., Pablo Alfonso D., Marianela García P.(Arenas & Asociados)

Fecha del Proyecto: Julio 2008

La relevancia de este viaducto radica en: La singularidad del vano de 150 m sobre el cauce del río Tinto que así como los vanos contiguos de 102 y 63 m vienen condicionados por la día y el respeto del cauce y la vegetación de ribera y que llevan al uso de soluciones metálicas y mixtas; la elevada longitud de 1059 m de la estructura que por razones económicas obliga a resolver los vanos de acceso en hormigón dando lugar a una estructura híbrida; la solución de apoyos frente a sismo con el uso de amortiguadores en estribos, así como las especiales condiciones de durabilidad debidas al ambiente agresivo de las aguas del RíoTinto.

1.2. Descripción del proyecto

El viaducto del río Tinto presenta una longitud de 1059 m entre ejes de apoyo en estribos (1061 m totales entre finales de tablero) y 150 m de luz máxima, de los cuales 603 m corresponden con la

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sección cajón de hormigón pretensado, 134 m corresponden con la sección de cajón mixto y 322 m corresponden con la sección de celosía metálica y losa de hormigón. El esquema estructural sigue una sucesión de luces variando entre luces de 32 y 54 m en la sección de hormigón pretensado, con una luz tipo de 45 m, con luces de 63 m para los vanos en cajón mixto de transición, y un conjunto de vanos principales en celosía con luces 102+150+102 m.

El tablero se adapta al trazado de la línea tanto en planta como en alzado, con una pendiente constante de -11.6 por mil en alzado, y la mayor parte del trazado en un tramo de curvatura constante de radio 5350 m (en 910 m de los 1061 m), y en un tramo de transición de constante A=1444.472 en los 151 m restantes junto a E1.

Fig. 3 Definición General del Viaducto

La distribución de vanos permite salvar el cauce del río Tinto respetando los resguardos hidráulicos y minimizar la afección a la vegetación de ribera.

El proceso constructivo previsto es el de construcción con autocimbra lanzable superior en el tablero de hormigón, izado con grúa sobre apeos provisionales en el tablero cajón mixto, y el izado con grúa de dovelas metálicas y avance en voladizos simétricos para el tablero en celosía.

1.3. Tablero de hormigón pretensado

Los vanos laterales del tablero están constituidos por una sección cajón de hormigón pretensado de canto constante 3.75 metros y ancho 14 m.

Las almas de las fases 1 a 6 y 9 a 10 presentan un espesor de 50 cm albergando tres alineaciones con parejas de unidades de pretensado de 19F0.6”. En total viajan 12 unidades de pretensado por la sección cajón con cruces con las unidades de las fases contiguas en frentes de fase situados aproximadamente a quintos de luz de vano. Esta ubicación se elige ya que los esfuerzos por flexión de peso propio y carga permanente son mínimos además de presentar la posición idónea para la geometría de los cruces de las familias de pretensado.

Las almas de las fases 7 a 8 y 11 a 13 presentan por el contrario un espesor de 55 cm ya que debido a las mayores luces a salvar, correspondientes a los vanos de 48, 51 y 54 m, los tendones de 19F0.6” han de ser sustituidos por tendones de 25F0.6”.

Los frentes de fase donde realizar los cruces de las familias de pretensado de fases contiguas también se realizar a quintos de luz en este caso.

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Fig. 4 Sección tipo de la sección cajón de hormigón pretensado

Fig. 5 Definición del pretensado de primera fase

Con el canto contemplado de 3.75 metros resulta una esbeltez de 1/14.4 con relación al vano mayor de 54.00 metros.

La construcción de los vanos de hormigón pretensado se realizará mediante autocimbra lanzable superior para minimizar en la medida de lo posible las afecciones al arbolado existente en la traza.

1.4. Tablero cajón mixto

Entre el tablero de celosía mixta central y los tramos laterales de hormigón pretensado se proyectan sendos vanos de 63 metros con cajón mixto permitiendo la transición entre tipologías y luces tan diversas. Estos tableros estarán formados por un cajón metálico de canto variable parabólico entre 3.59 y 4.98 metros teniendo en cuenta la losa de compresión.

Las almas del cajón metálico alabean con una variación angular constante entre la conexión con el tablero de hormigón pretensado y el apoyo en pila del propio tramo mixto. A partir del apoyo en pila hacia el interior del viaducto se mantiene la inclinación de las almas constante y coincidente con las de los nervios de la celosía mixta. Se han mantenido diafragmas intermedios cada 5.00 metros.

Los cajones metálicos se izan con grúa en tramos de 22.33 metros apoyando en las pilas correspondientes así como en tres torres de apeo provisionales para su montaje. Una vez

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realizadas las soldaduras de los tramos, en el entorno de los apoyos en pila, en una extensión de 20 metros, 10 metros a cada lado del eje de apoyo, se ejecutan las losas inferiores para materializar la doble acción mixta.

Fig. 6 Sección tipo del cajón mixto

En este momento ya se puede materializar la unión de estos tramos de cajón metálico a los tableros de hormigón pretensado laterales por medio del pretensado definido a tal efecto y las soldaduras a los elementos embebidos en los extremos de los tableros de hormigón.

Una vez que el viaducto esté cerrado, se une el cajón metálico en su parte superior a una losa de hormigón armado de espesor variable en transversal que conserva la misma geometría que los tramos de tablero de hormigón pretensado y celosía mixta. Esta losa superior, al igual que en el caso de la celosía mixta, también se ejecuta sobre prelosas prefabricadas de hormigón pretensado.

1.5. Tablero de Celosía mixta

El tablero de celosía mixta está formado por una celosía metálica con triangulaciones tipo Warren en doble plano inclinado con losa superior de hormigón armado y losa inferior cerca de apoyos para obtener doble acción mixta en apoyos. Tiene canto variable desde un máximo de 11.85 m en apoyo en pilas hasta 4.83 m en centro luz del vano principal.

Fig. 7 Configuración de la celosia y sus uniones superiores

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Las dos celosías metálicas están inclinadas hacia el interior unos 15º respecto a la vertical y son simétricas respecto al eje del viaducto. Estas celosías están unidas en su parte superior por una losa de hormigón armado de espesor variable en transversal que conserva la misma geometría que en el tramo de tablero de cajón mixto, ejecutada también sobre prelosas prefabricadas de hormigón pretensado.

Las celosías metálicas están formadas por nervio superior, diagonales y nervio inferior, todos de sección cajón armada de diferentes espesores de chapa según la zona. Las almas de los tres elementos están en un mismo plano, cuya inclinación se corresponde con la de cada celosía respecto al plano horizontal y las alas de los mismos son paralelas al eje de cada elemento, siendo además su intersección con un plano vertical una recta horizontal.

Fig. 8 Secciones tipo del cajón celosía metálica con losa de hormigón

La distribución de diagonales es tipo Warren con separación longitudinal entre nudos de un mismo nervio constante de 7.5 m en toda la celosía. Debido a esto y al canto variable, el ángulo de cada una de ellas con respecto a los nervios superior e inferior es diferente.

Los nervios superiores de cada celosía se unen en nudos mediante elementos transversales situados entre planos de celosía. Estos elementos tienen sección cajón metálica de dimensiones exteriores 400x800 mm. Estos travesaños sirven de arriostramiento entre cordones superiores y así mantienen la geometría del conjunto durante la construcción de la celosía por dovelas y durante el hormigonado de las losas superior e inferior. Asimismo, absorben una parte importante de las tracciones provocadas por la inclinación de las celosías disminuyendo las que debería soportar la losa superior.

La sección del nervio superior es un paralelogramo de dimensiones aproximadas 745x800 mm con almas inclinadas y alas horizontales, teniendo el ala superior dos vuelos laterales hasta los 1060 mm de anchura total. Sobre esta ala superior se apoya la losa de hormigón superior que se conecta a la estructura metálica mediante conectadores tipo stud soldado al ala en su cara superior. El cordón inferior es también un cajón con sección paralelogramo de almas inclinadas y alas horizontales, de dimensiones exteriores aproximadas 745x800 mm. Las diagonales tienen sección rectangular de dimensiones exteriores 720x600 mm.

En la zona cercana a los apoyos en pila se dispone una losa de hormigón armado que embebe a los dos nervios metálicos inferiores formando un cordón inferior mixto que materializa la doble acción mixta de la estructura. Esta losa inferior tiene anchura variable, máxima en el arranque de la misma en los diafragmas de pila y mínima en su final. El canto es variable en su primer tramo desde 1.40 m hasta 1.10 m, manteniéndose constante desde ese punto. La conexión entre el

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cajón metálico y el hormigón que lo rodea se materializa mediante conectadores tipo stud soldados a las caras exteriores del mismo. La losa mixta ocupa una longitud de 5 tramos de cordón inferior de la celosía en el vano principal y de 6 tramos en los vanos laterales.

Fig. 9 Sección tipo celosía mixta en zona de losa cordón inferior mixto

En los centros de vano, en cambio se unen los nervios inferiores de ambas celosías mediante dos alas interiores para aumentar el área de acero, necesaria debido a la magnitud de los axiles de tracción, manteniendo los espesores de chapa en valores lo más bajos posible.

Los diafragmas de pila se resuelven mediante puntales en V en forma de tabiques de hormigón armado, en la ubicación de la que sería la última diagonal comprimida de la celosía junto a la pila, que se encuentran en un nudo inferior al que llega además el cordón mixto tanto del vano central como del vano lateral y en el que se disponen los aparatos de apoyo tipo POT y el tope transversal antisismo.

Entre nervios inferiores, en la zona donde no existe cordón inferior mixto ni alas interiores metálicas, se colocan prelosas de hormigón armado que no tienen función estructural, sino que sirven únicamente para permitir el acceso para la inspección del tablero.

1.6. Pilas

Las pilas se diseñan con un fuste de sección octogonal variable en sentido transversal con una inclinación 1/24 y constante en sentido longitudinal según sentido de avance, con esquinas exteriores achaflanadas y la presencia de rehundidos longitudinales en todos los paramentos.

En coronación de pila se dispone un dintel macizo de 3.25 m de canto, el cual deja en la parte superior espacio suficiente para albergar los topes anti-sismo que sobresalen del tablero en la sección de diafragma por pila. Tras ese dintel la sección de la pila permanece hueca, con paredes de espesor 0.40 m hasta llegar a la cimentación.

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Fig. 10 Definición de pila tipo

Caso especial son las pilas 10 y 11 centrales donde apoya el tablero celosía mixta. Estas pilas están situadas a cada lado del cauce del río Tinto y presentan unos alzados de altura reducida como consecuencia de la altura de la rasante y el canto variable del tablero celosía. Así, el alzado de la pila 10 presenta una altura de 5.00 metros, mientras que la altura del fuste de la pila 11 se reduce hasta 3.73 metros. Estos alzados descansan sobre unos zócalos hidráulicos orientados según la dirección del cauce de 2.12 metros de altura. Las cimentaciones de ambas pilas son profundas mediante encepados de 2.70 metros de altura y 12 pilotes de 2.00 metros de diámetro cada una.

Fig. 11 Definición de pila principal de apoyo del vano de 150 m de luz

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En las pilas 7, 8, 9, 12, 13 y 14 se han colocado aparatos de apoyo de neopreno zunchado para poder mantener el punto fijo en el centro de la zona de tablero en celosía y para que en caso de sismo se recentre dicho punto fijo.

El resto de pilas presentan aparatos de apoyo tipo POT, uno unidireccional y otro libre o multidireccional.

También se han dispuesto aparatos de apoyo de neopreno zunchado deslizante verticales en el hueco del dintel para los topes anti-sismo del tablero.

En cuanto a las cimentaciones y siguiendo las recomendaciones del estudio geotécnico, se ha dispuesto en las pilas 1, 2, 3, 6, 7, 8 y 9 cimentaciones superficiales mediante zapatas, y en las pilas 4, 5, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 y 17 cimentaciones profundas a través de pilotes de diámetro 1.80 m para todas a excepción de la pila 17 que tiene pilotes de 1.50 m.

1.7. Estribos

Los estribos del viaducto sobre el río Tinto, además de resolver la misión de permitir el apoyo del tablero y la contención del terreno del trasdós necesitan albergar en su interior 2 unidades de transmisión de choque con limitador de fuerza para fuerza axial máxima de 5000 kN, al ser este el método elegido para resistir las acciones rápidas de la acción accidental de sismo.

El estribo 1 presenta una altura de alzado total de 16.50 metros mientras que para el estribo 2 esta dimensión se reduce hasta los 8.67 metros.

Como consecuencia de las importantes acciones que resisten, empujes de tierras en trasdós y acciones sísmicas, requieren la adopción de sendas aletas laterales de espesor considerable ayudadas por un contrafuerte interior.

Fig. 12 Secciones del Estribo 1 con amortiguadores para transmisión de cargas (5000 kN)

La cimentación del estribo 1, siguiendo las recomendaciones geológico-geotécnicas, se resuelve mediante cimentación directa con zapata, mientras que la cimentación del estribo 2 es profunda compuesta por un encepado con 8 pilotes de 1.80 metros de diámetro.

Como parte de la subestructura, al igual que la totalidad de las pilas, presentan unos topes laterales antisismo resueltos mediante apoyos verticales de neopreno zunchado deslizante.

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1.8. Proceso constructivo

El proceso constructivo previsto es el de construcción con autocimbra lanzable en el tablero de hormigón, izado con grúa sobre apeos provisionales en el tablero cajón mixto, y el izado con grúa de dovelas y avance en voladizos simétricos para el tablero en celosía.

En primer lugar se realizan las excavaciones para la realización de cimentaciones y la ejecución de los pilotes de cimentación profunda de pilas y estribos. La ejecución de los encepados, y zapatas de cimentación directa de pilas y estribos, y el alzado de pilas y estribos. Para la ejecución de las pilas 10 y 11 se realizan penínsulas provisionales protegidas con escollera. En la excavación de la cimentación de pilas 10 y 11 se prevén recintos de tablestacas.

Comienzo de la ejecución de tablero de hormigón pretensado por fases desde Estribo 1. Ejecución con autocimbra. Encofrado, armado, hormigonado y tesado del pretensado. Desplazamiento de la autocimbra. Comienzo posterior de la ejecución de tablero desde Estribo 2. Su ejecución puede simultanearse con la ejecución de tablero desde Estribo 1.

Izado de los 67 m del cajón metálico de tablero mixto con grúa en tres tramos de 22.33 m. Los tramos se apoyan sobre la pila y sobre tres apeos provisionales metálicos. Se realiza la soldadura entre tramos y se ejecuta la losa inferior de doble acción mixta sobre pila. A continuación se materializa la unión del tablero metálico al tablero de hormigón por medio de pretensado y soldadura a los elementos metálicos embebidos en las fases finales de tablero de hormigón.

Para la ejecución de los vanos en celosía, el proceso constructivo es el de avance en voladizos simétricos con dovelas metálicas de celosía izadas con grúa. Las dovelas son 10 hacia cada lado de 7.5 m de longitud tipo, con la excepción de las dovelas 10 finales de ajuste. En primer lugar se materializa el apoyo en V sobre pila de hormigón junto con el arranque de la estructura metálica de celosía, conformando la dovela 0 sobre pila. A 7.5 m del eje de apoyo teórico en pila se disponen sendas torres de apoyo provisional que sirven para materializar de forma provisional el empotramiento en pila de cara al proceso de avance en voladizo. Desde ese momento se avanza con la colocación en voladizos simétricos de las dovelas análogas hasta 9. El peso de las dovelas varía entre 75 ton y 55 ton, con un brazo máximo para su colocación de 70 m. Se realiza una península provisional compactada como superficie de apoyo para el posicionamiento de la grúa. Tras la colocación y ajuste con contraflechas de cada una de las dovelas se realiza la soldadura de unión, y se hormigona la losa de cordón inferior con encofrado colgado de la estructura metálica en aquellas dovelas en la que está prevista.

Con la colocación de la dovela 10, se materializa la conexión con el cajón metálico de la sección mixta. Una vez ejecutada esta unión, es posible liberar el empotramiento provisional en pila y proceder al cierre de celosía en el centro de vano de 150 m con la colocación de la dovela 10 central de ajuste.

A continuación se procede a la ejecución de la losa de hormigón sobre cajón metálico de sección mixta y sobre celosía metálica de vanos centrales. Para su ejecución se colocan las prelosas pretensadas, para a continuación proceder al armado y hormigonado de la losa. El encofrado de la losa de voladizos se realiza con la ayuda de un carro de encofrado móvil metálico.

Como fase final se procede a la realización de acabados, con la colocación de impostas, barreras, impermeabilización de tablero, etc. Además se procede a realizar la preceptiva prueba de carga de acuerdo a la normativa vigente y a los planos de proyecto.