Cimbra Histórica. El viaducto sobre el Arroyo de las Piedras: una obra singular
Martes, 28 Mayo, 2024En la nueva entrega de Cimbra Histórica, la sección que repasa los últimos años y décadas de la Ingeniería Civil, repasamos las obras del viaducto sobre el Arroyo de las Piedras en Málaga y para la línea de Alta Velocidad. Una infraestructura clave, de la que conocíamos más en el 2002, a manos del compañero Antonio Navas Montes.
Introducción
Traigo de nuevo hoy a estas páginas de nuestra revista Cimbra otra obra singular de la Línea de Alta Velocidad Córdoba-Málaga. Se trata del viaducto sobre el Arroyo de las Piedras, en el término municipal de Álora, provincia de Málaga. Entre las características más especiales de este viaducto, se encuentra la altura de sus pilas –algunas de más de 90 metros-, lo que constituye un verdadero récord en la alta velocidad y su gran longitud -1.220 metros-, lo que hace inviable disponer de un único punto de estribo. En este artículo describiré las soluciones más destacadas.
El tramo donde se encuentra el viaducto sobre el Arroyo de Las Piedras tiene una longitud de 3.980 metros de los que éste, finalmente construido, ocupa 1.208 metros. Las obras fueron adjudicadas a la empresa constructora ALTEC el uno de marzo de 2022, con un plazo de ejecución de 24 meses y un presupuesto de adjudicación de 34.491.028,64 euros.
La asistencia técnica para el control y vigilancia de las obras fue adjudicado a la UTE Paymacotas-Ideam.
Descripción del proyecto adjudicado
Inicialmente, se había proyectado, por la Dirección General de Ferrocarriles de la Secretaría de Estado de Infraestructura del Ministerio de Fomento, un viaducto de 1.220 metros de longitud, con 25 vanos, el primero y el último de 35 metros y 23 vanos de 50 metros.
También se proyectó un tablero de hormigón pretensado ejecutado con cimbra autoportante, que permite ejecutar longitudes de 50 metros y de tres metros de canto, con una esbeltez de 1/16. El trazado en planta de la estructura se compone de una clotóide de giro a izquierdas de parámetro A=1940 y longitud, 519,117 metros. A continuación, comienza otra clotóide de giro a derechas, de parámetro A=2.412,47 y 600 metros de longitud.
En este punto, comienza una curva circular a derechas de 9.700 metros de radio y una longitud de 100,883 metros.El alzado del viaducto lleva, desde su inicio hasta el final, una pendiente constante de 24 milésimas. El viaducto tenía 24 pilas de tipo troncocónico hueco, con sección variable rectangular, iniciándose en coronación con un perímetro exterior de 2,50x5,50 metros, formadas por paredes de espesor variables según la altura de la pila. La sección tiene formas redondeadas en la esquinas.
La altura de las pilas va desde 13,20 metros de la pila uno hasta los 92,20 de la pila 12. La cimentación es profunda, con pilotes en todas las pilas menos en la pila 17, que es cimentación directa. Los estribos son cerrados de hormigón armado, con estructuras de aparato de dilatación de vías, cimentación superficial con zapatas de 2,50 metros de canto.
La función principal de estos estribos es la de recoger los apoyos del tablero y situar los dispositivos amortiguadores-transmisores de impacto, trasmitiendo la fuerza que estos comunican a la cimentación.
En la memoria de este proyecto, se justificaba la solución del viaducto en dintel continuo de hormigón postesado, construido in situ mediante cimbra autoportante, en vanos de 50 metros.
Si tenemos en cuenta las especiales características del mencionado viaducto, como son:
- Una gran altura de pilas, algunas de ellas de más de 90 metros, lo que constituye un verdadero récord en la alta velocidad.
- Una gran longitud de viaducto -1.220 metros-, lo que hace inviable disponer de un único punto fijo en un estribo, dada la magnitud que generarían las aperturas/cierres de los sistemas de dilatación en el estribo opuesto.
- La gran altura de las pilas en la zona central del viaducto impide, por otra parte, la disposición de un punto fijo indispensable en la zona intermedia del mismo, así como la disposición d un tramo inerte central para reducir la carrera de las juntas.
- La situación del viaducto en zona sísmica de elevada intensidad penaliza la recogida de las flexiones de origen sísmico por las pilas y la cimentación, acentuada por la gran masa del tablero de hormigón y la gran altura de las pilas.
Las características aquí enumeradas invalidan el recurso a la mayor parte de las alternativas del hormigón, tal y como se analiza en el estudio de tipologías del proyecto licitado:
- Las soluciones isostáticas no resultaban posibles por la gran deformabilidad de las pilas para recoger los esfuerzos de frenado.
- Las soluciones prefabricadas no resultaban viables dada la gran altura de las pilas.
- Los voladizos sucesivos de hormigón postesado requerirían un número inviable de carros de avance para mantener unos pilares razonables.
- Las soluciones empujadas de hormigón resultaban técnicamente desaconseajbles, por los problemas resistentes y deformacionales de las pilas de gran altura, bajo la acción de los rozamientos de los teflones durante el empuje.
- La solución, con montaje tramo por tramo, con cimbra autoportante de 50 metros de luz, está en el límite de los rangos admisibles por el mercado de esta tecnología para viaductos pesados, como son los de alta velocidad.
Por todo lo dicho anteriormente, se pensó que este viaducto encajaba mejor dentro de una solución mixta, acero y hormigón, como ya es habitual en las líneas de alta velocidad europeas, principalmente francesas. En ellas, la administración SNCF avala técnica y económicamente esta tipología, como lo demuestra el gran número de viaductos ya construidos y en funcionamiento en aquel país.
El viaducto de Orgón, en dintel continuo mixto, con sección transversal bijácena y vanos de 63 metros de luz, constituye el récord actual en Francia de dicha tipología y se encuentra en la Línea de Alta Velocidad de la TGV Mediterranée, en una zona de sismicidad análoga a la que nos ocupa.
La solución de estructura mixta del tablero ofrece, entre otras cosas, las siguientes ventajas:
- Su menor peso reduce significativamente las solicitaciones derivadas de los efectos sísmicos, tanto en pilas como en cimentaciones.
- Permite el montaje por empuje de la parte metálica, cuyo peso es significativamente menor a la de la sección completa de hormigón.
- El sistema de empuje de secciones mixtas resulta muy sencillo de realizar, dada la flexibilidad y ligereza de las subsecciones metálicas empujadas, lo que simplifica las servidumbres propias del empuje de largos viaductos de hormigón. El empuje de tableros metálicos mixtos reduce de manera importante las complicaciones del paso sobre pilas, aumentando y simplificando las condiciones de seguridad de las plataformas a disponer en las coronaciones de las pilas, de hasta 95 metros de altura.
- Esta solución permite, finalmente, plantear una solución con vanos tipo de 63,5 metros, frente a los de 50 metros de hormigón armado, más acorde en el óptimo técnico-estructural para esta altura de pilas y condiciones de cimentación en la línea del viaducto de origen francés.
Descripción de la solución planteada
Se describe a continuación el proyecto variante en solución mixta hormigón-acero, redactar por el Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Francisco Millares, Catedrático de Estructuras Metálicas de la ETSICCP para el viaducto sobre el Arroyo de las Piedras, incluido como saben, en la línea de alta velocidad Córdoba-Málaga.
La sección transversal del tablero está construida por dos vigas armadas metálicas en doble T, de canto 3,85 metros, sobre las que se apoya una losa superior de 0,41 metros de espesor máximo en el eje de la sección, dando lugar a un canto máximo total constante de 4,26 metros.
El fondo de la sección (losa inferior), se cierra mediante unas placas de hormigón prefabricadas pretensadas de 0,14 metros de espesor, reforzadas con un pequeño muro en la zona de flexión negativa junto a las pilas, que sirve de encofrado colaborante para el hormigón de la losa de fondo, de espesor mínimo de 0,25 a unos 10-15 metros del eje de la pila y de un espesor máximo de 0,50 metros en el eje de la pila.
La losa superior del tablero se construye en dos fases, previa colocación de una placa prefabricada colaborante que soportará el hormigón in situ. La losa apoya sobre perfiles transversales cada dos metros, ubicadas entre las vigas metálicas. Los perfiles utilizados son IPN 320 laminados, en acero S-355-J2G3, y se apoyan en los rigidizadores verticales, a través de cartelas soldadas, proyectadas con severas exigencias de ejecución para mejorar su respuesta en fatiga.
La solución del forjado mixto con nervios transversales ha permitido reducir el espesor de la losa a 0,35 metros frente al espesor variable obtenido por extrapolación en la sección de hormigón, cuyos valores variaban entre los 0,33 metros en el centro del ano entre almas y los 0,50 metros sobre las mismas. Las celosías transversales se sitúan cada ocho metros y están constituidas por perfiles laminados que van desde el centro del perfil transversal de los da a las esquinas inferiores de la sección.
La unión de dichas diagonales al perfil superior se realiza mediante soldadura a una cartela. La unión de las diagonales al perfil superior se realiza mediante soldadura a una cartela. La unión de las diagonales al rigidizador, en su parte inferior, se realiza también por soldadura sencilla.
El acerdo utilizado en el dintel metálico es de tipo cortén, de límite elástico 355 N/mm2 y los espesores utilizados varían, en almas, desde 25 a 40 mm y en platabandas de 20 a 40 mm. El acero de los perfiles transversales del forjado superior es de 355 N/mm2 pintado.
El acero de las celosías transversales es laminado pintado de 275N/mm2 de límite elástico. La estructura metálica del tablero se construyó en los talleres de Metalurgia del Guadalquivir, S.A. (MEGUSA) de Sevilla y fue transportado en dovelas de unos 30 metros de longitud por carretera, a las explanadas que a tal efecto se construyeron para su acopio en el entorno de los estribos.
Estas explanadas sirvieron de parque de montaje de las dovelas metálicas para su posterior empuje, como más adelante se explicará.
El esquema constructivo del tablero se hizo pensando en que debía ser empujado. Por lo tanto, se conjugó el acero de la estructura con los elementos de hormigón imprescindibles para que el peso que empujar fuera el que movieran los gatos correctamente.
De esta manera, se empujaban las vigas metálicas armadas laterales, la prelosa inferior, dos zunchos laterales inferiores de hormigón y las prelosas superiores. Y, en la zona de pila, el hormigón de fondo.
El trazado en planta del eje del tablero construido corresponde a:
- Una circunferencia de giro a derechas desde el estribo uno (PK 901+675) hasta el PK 902+285, de radio R=31.000 m.
- Una circunferencia de giro a derechas desde el PK 902+285 hasta el estribo dos (PK 902+295) de radio 9.800 m.
El empuje se realizó desde ambos estribos, siguiendo el trazado en planta del eje del tablero. La diferencia entre el trazado en planta del eje del tablero y del eje de la vía supone una excentricidad de la vía de entre 0,273 m en el primer tramo y de 0,027 m en el segundo, que se tuvieron en cuenta en el dimensionamiento del tablero. Con este trazado en planta, el tablero metálico es matemáticamente empujable.
La secuencia de actividades en los parques de empuje era la siguiente:
- Colocación de vigas armadas laterales en la longitud de las dovelas correspondientes y soldadura a las dovelas anteriores.
- Colocación de perfiles transversales, celosías y mamparos verticales.
- Colocación de prelosas inferiores prefabricadas.
- Hormigón de fondo y de zunchos laterales.
- Colocación de prelosas superiores.
- Empuje del conjunto..
La reacción máxima durante el proceso de empuje es de 416 T, sin mayorar, por apoyo. El plan de empuje del tablero incluía las adecuadas medidas de control para garantiza que no s supera el valor de dicha reacción, que ha servido de base al dimensionamiento de las pilas, de gran altura, y del espesor y rigidización de las almas.
El tablero se colocó, una vez empujado desde los dos estribos, sobre unos apoyos provisionales, aproximadamente unos 0,70 m, por encima de los apoyos definitivos.
Una vez concluidos los empujes, se llevó a cabo la operación del cierre del tablero, mediante la correspondiente soldadura de toso los elementos metálicos que componen el tablero.
Tras esta operación, que se hizo in situ, per con tanta precisión como si se hubiera hecho en taller, hubo que llevar a cabo la bajada de todo el tablero, desde su posición provisional, a la definitiva, transfiriéndose así la carga de los apoyos provisionales de empujes, a los apoyos definitivos.
Esta operación se llevó a cabo mediante la utilización de gatos, en tres fases. La primera bajada fue de 0,25 m, empezando por el estribo uno, vano a vano, hasta llegar al estribo dos. La segunda fase partió del estribo dos y, con la misma secuencia, hasta llegar al estribo uno. La tercera y última empezó en el estribo uno hacia el estribo dos, dando por finalizada esta complicada operación y dejando el tablero en su sitio.
Llegado a este punto, se hormigó la losa superior en varias fases, dando por concluido el viaducto, que se remata con acera y barandilla quitamiedos.
A continuación, se resumen las características más destacadas del viaducto:
Solución tablero mixto
- Viaducto de 1.208 m de longitud, entre los PKs 901+675 Y 902+883.
- Se proyecta con 20 vanos, el primero de 50,40 m, 17 vanos de 63,50 m, un vano de 44 m y, el último, de 35 m.
- Tablero mixto con dos almas de acero cortén y losas superior e inferior de hormigón armado.
- Ejecutado por empuje del tablero desde los dos estribos con una pequeña nariz de avance para el paso de las pilas.
- Sección de tablero de 14 m de ancho por 4 m de canto (esbeltez 1/16).
- 19 pilas de hormigón armado de sección rectangular hueca de sección variable, iniciándose en coronación con un perímetro exterior de 2,50x6,70 m, ejecutadas con encofrado trepante.
- Altura de pilas entre 18 y 94 m.
- Cimentación profunda con pilotes de 1.800 y 2.00 mm en pilas P17 y P18.
- Cimentación superficial en el resto de pilas.
- Estribos de hormigón armado, con estructuras de aparato de dilatación de vías, cimentados superficialmente con zapatas de 2,50 m de canto.
- Hormigón utilizado en el viaducto: 30.276 m3.
- Acero utilizado en el viaducto: 9.177,41 toneladas.
Conviene señalar que los apoyos, dos por pila, son del tipo POT y que se colocan una vez terminadas las operaciones de empuje.
El sistema de aislamiento sísmico está garantizado con la capacidad de los amortiguadores viscosos situados en ambos estribos. Se dispone de apartados de dilatación de vías sobre las estructuras auxiliares construidos a tal efecto en ambos estribos.
El tablero es transitable, por su interior, de punta a punta, ya que en los mamparos sobre cada una de las pilas se ha dejado un hueco (paso de hombre). Asimismo, se puede acceder desde dentro del viaducto a la coronación de todas las pilas para la conservación y el mantenimiento de los apoyos.
No es necesario subrayar que se han extremado todos los controles de calidad de los procedimientos, la ejecución y soldaduras de los detalles más sensibles, tanto en las exigencias del pliego y del plan de control de calidad, al que se ajustará posteriormente el PPI del taller metálico, como en la exhaustiva definición de detalles y exigencias de su ejecución, incluidas en los planos del proyecto.
Autor. Antonio Navas Montes. Ingeniero Técnico de Obras Públicas. Jefe de Infraestructura L.A.V. Córdoba-Málaga.
Artículo incluido en el número 372, del número de noviembre-diciembre de 2002.
