SSF Ingenieure AG ArcelorMittal Belval & Differdange Wroclaw University of Technology Université de Liége Acciona S.A. Ramböll Sverige AB

RFCS RFS2 - CT - 2011 - 00026 Preco+

Guía de Diseño

Vigas Mixtas Prefabricadas de alta Durabilidad basadas en un sistema innovador de Transmisión de Cortante.

26.03.2013

Fosta

A pesar de las precauciones adoptadas para asegurar la integridad y calidad de esta publicación y la información que contiene, los socios del proyecto no se hacen responsables de los posibles daños personales o a la propiedad que resulten del uso de esta publicación y la información que contiene. 1ª Edición (Version 0.2) Copyright © 2010 de los miembros del proyecto Se autoriza la reproducción para usos no comerciales a condición de que se reconozca y cite la fuente y se comunique al coordinador del proyecto. La distribución pública de esta publicación a través de canales distintos de los sitios web citados más adelante requiere autorización previa de los socios del proyecto. Las solicitudes habrán de dirigirse al coordinador del proyecto: SSF Ingenieure AG Beratende Ingenieure im Bauwesen Department for Research & Development Schönhauser Alle 149 10435 Berlin Germany Phone: +49-(0)30 – 44300 - 137 Fax: +49-(0) 30 – 44300 - 5137 E-mail: [email protected]

El presente documento y otros relacionados con el proyecto de investigación RFCS-CT2006-00030 PrecoBeam “Vigas Mixtas Prefabricadas de alta Durabilidad basadas en un sistema innovador de Transmisión de Cortante” y el proyecto de diseminación subsiguiente RFS2-CT–2011-00026 Preco+ “ Vigas Mixtas Prefabricadas de alta Durabilidad basadas en un sistema innovador de Transmisión de Cortante ”, los cuales han sido cofinanciados por el Fondo de Investigación para el Carbón y el Acero (RFCS) de la Comunidad Europea, pueden obtenerse gratuitamente en la siguiente página web: http://www.bridgedesign.de Los informes del proyecto estarán disponibles en un futuro próximo gratuitamente en la librería de la UE: http://bookshop.europa.eu

Imagen de portada: Estructura de Puente BAB A8 5 cerca de Harlaching, Alemania, 2012 (© RWTH)

Prefacio Este manual de diseño es el resultado del proyecto de investigación RFCS-CT-2006-00030 PrecoBeam “Vigas Mixtas Prefabricadas de alta Durabilidad basadas en un sistema innovador de Transmisión de Cortante” (Seidl G., et al., 2010) y el proyecto de diseminación subsiguiente RFS2–CT-2011-00026 Preco+ “Vigas Mixtas Prefabricadas de alta Durabilidad basadas en un sistema innovador de Transmisión de Cortante” (Seidl G., et al., 2012) ambos cofinanciados por el Fondo de Investigación para el Carbón y el Acero (RFCS) de la Comunidad Europea. Dentro del proyecto de investigación del RFCS se ha adquirido un conocimiento esencial para la mejora de la competitividad de los puentes de acero y mixtos con elementos de refuerzo externos (la tecnología PrecoBeam), el cual se ha incorporado en el presente manual de diseño y ha sido asimismo presentado en el marco de diversos seminarios y talleres. Los autores de este manual de diseño reconocen agradecidos el apoyo y subsidio financiero del Fondo de Investigación para el Carbón y el Acero (RFCS) de la Comunidad Europea. Günter Seidl, Oliver Hoyer SSF Ingenieure AG, (SSF) Riccardo Zanon, Nicoleta Popa ArcelorMittal Belval & Differdange (AM R&D) Wojciech Lorenc, Slawomir Rowinski, Maciej Kozuch Wrowlaw University of Technology; Institue of Building Engineering (Pwr) Jean-Marc Franssen, Thibault Fohn Université de Liége; Department ArGEnCo (ULg) Juliana Patiño Quinchia, Carlos Hermosilla Acciona Infrastructuras S.A. (Acc) Ali Farhang Ramböll Sverige AB (Ram) Gregor Nüsse Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (Fosta) Los autores agradecen al resto de socios del proyecto original PrecoBeam “Vigas Mixtas Prefabricadas de alta Durabilidad basadas en un sistema innovador de Transmisión de Cortante” su contribución técnica a esta guía de diseño. En particular gracias a: Jacques Berthellemy SETRA, Division Division des Grands Ouvrages et de lnnovation Prof. Dr.-Ing. Ingbert Mangering Universität der Bundeswehr München, Lehrstuhl für Stahlbau

Berlin, Junio 2012

Guía de diseño Precobeam

Indice

Indice

1

Introducción

1

1.1

La Tecnología VFT

1

1.2

La tecnología constructiva VFT-WIB

2

2

Sistemas VFT-WIB

4

2.1

Cremallera Mixta

4

2.2

Sistemas estructurales

6

3

Notación y Nomenclatura

12

3.1

Figuras de los componentes

12

3.2

Notación

12

3.3

Lista de Abreviaturas

13

4

Límites de Diseño

14

4.1

General

14

4.2

Geometría de la Cremallera Mixta

15

4.3

Materiales

17

5

Comportamiento estructural de la Cremallera Mixta

18

5.1

Comportamiento estructural de la Cremallera Mixta bajo cargas estáticas

18

5.2

Comportamiento estructural de la Cremallera Mixta bajo cargas cíclicas

26

6

Dimensionamiento

28

6.1

Recomendaciones de diseño

29

6.2

Reglas de diseño

52

6.3

Ejemplo de diseño -Puente de Simmerbach -

55

7

Resumen de diseño

68

8

Ejecución

79

8.1

Cremalleras Mixtas

79

8.2

Vigas VFT-WIB

80

8.3

Geometrías y especificaciones típicas para VFT-WIB

81

8.4

Ejemplos ejecutados

83

9

Bibliografía y referencias

110

10

Lista de Figuras

113

Guía de diseño Precobeam

Indice

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1

Introducción

Las estructuras mixtas están ganando cada vez más importancia en Europa. Este aumento de la demanda está llevando a soluciones innovadoras y más económicas para este tipo de estructuras. Tras la introducción exitosa de la tecnología de viga VFT, una mejora sobre esta, la tecnología VFT-WIB, integra perfiles laminados de alta calidad cortados en dos mitades en forma de T. Estas mitades en T se embeben en la parte inferior de una losa o una viga de hormigón utilizando un sistema de Cremallera Mixta. El innovador sistema permite un canto efectivo muy esbelto debido al aumento del brazo interno, obteniéndose unas considerables ventajas económicas en comparación con soluciones convencionales de hormigón pretensado. Debido a la alta resistencia a fatiga de la Cremallera Mixta, las estructuras VFT-WIB pueden utilizarse favorablemente en puentes de carretera y especialmente en puentes de ferrocarril. Esta guía de diseño describe el método de construcción, secciones típicas, características del comportamiento bajo carga y resistencia, y la tecnología de la Cremallera Mixta, además de dar recomendaciones para el proceso de diseño. Adicionalmente, se presentan varios proyectos diseñados y ejecutados en Europa.

1.1

La Tecnología VFT

Las vigas VFT son elementos mixtos compuestos de una viga armada y una cabeza de compresión de 10-12 cm de hormigón prefabricado (Figura 1-1; Figura 1-2). Dichos elementos se completan con una losa de hormigón in situ adicional que es especialmente económica y rápida de ejecutar al no precisar encofrado. La transmisión de cortante entre el acero y el hormigón se materializa mediante pernos soldados, usando pernos cortos para el hormigón prefabricado y otros más largos para el hormigón in situ. La tecnología VFT es efectiva para luces entre 25 y 60 m, siendo un condicionante clave el peso de los elementos prefabricados. Para las luces mayores, el peso de las vigas VFT puede alcanzar las 80 t, un peso considerable para elementos que en muchos casos deben izarse sobre vías de tren o carreteras requiriendo grúas móviles de gran brazo. Si se integran vigas VFT en estructuras aporticadas se obtienen soluciones muy eficientes. A tal efecto se hormigonan los nudos en primera fase, completando la losa en un segundo hormigonado. De este modo la carga del hormigón in situ fresco puede aplicarse al pórtico para lograr un uso más eficiente de los materiales.

Figura 1-1: Sección VFT

Figura 1-2: Viga prefabricada VFT

Pág. 1

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Existen varias ventajas relevantes en el uso de la tecnología VFT en comparación con las soluciones convencionales mixtas o de hormigón con hormigonado in situ. Gracias al uso de elementos prefabricados, no se precisan encofrados ni cimbras, lo que acelera el proceso de construcción. Como consecuencia se pueden minimizar los cortes de tráfico en vías de tren o carreteras muy transitadas al requerir la colocación una sola noche o un fin de semana. Si se trata de pórticos, se pueden salvar vanos de hasta 60 m, lo cual es idóneo para autopistas de 6 carriles (Figura 1-3). De este modo, los cortes de tráfico para la construcción y mantenimiento del apoyo intermedio se pueden evitar por completo. Adicionalmente, se puede obtener una gran esbeltez en centro de vano de hasta L/35 en pórticos de VFT, produciendo estructuras de gran efectividad y sobresalientes características estéticas al mismo tiempo.

Figura 1-3: Pórtico sobre autopista de 6 carriles usando tecnología VFT sin apoyo intermedio

1.2

La tecnología constructiva VFT-WIB

Un desarrollo posterior basado en el VFT es la tecnología VFT-WIB. Con esta tecnología, los cortantes longitudinales entre hormigón y acero se transmiten mediante Cremallera Mixta en lugar de pernos soldados (Figura 1-7 ; Figura 1-8). A tal efecto se cortan los perfiles laminados en dos mitades por el alma usando una geometría específica de corte que materializa la Cremallera Mixta. El uso de medios perfiles laminados y Cremallera Mixta desemboca en grandes ventajas económicas en comparación con vigas armadas, al poderse evitar las soldaduras y el consumo de materiales en el ala superior y los pernos.

Figura 1-4: Viga VFT típica

Figura 1-5: viga VFT-WIB con medio perfil laminado como refuerzo externo

Pág. 2

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El principio de construcción de elementos prefabricados que se completan hormigonando in situ, descrito más arriba, es aplicable igualmente al VFT-WIB (Figura 1-6 ; Figura 1-9). Es posible facricar diferentes tipos de secciones, como por ejemplo estructuras mixtas convencionales, secciones viga-losa y vigas en T. Mediante el uso de la Cremallera Mixta, los semiperfiles de acero funcionan como elementos de refuerzo externos.

Figura 1-6: Secciones VFT-WIB posibles

Las vigas VFT-WIB pueden utilizarse en estructuras industriales y puentes gracias a su alta resistencia, alta rigidez y gran esbeltez. Especialmente en puentes de ferrocarril, tal rigidez y resistencia reporta excelentes resultados con deflexiones considerablemente bajas. Gracias a la variedad de perfiles laminados disponibles se pueden llevar a cabo soluciones optimizadas ajustadas a problemas singulares, disponiendo alas robustas para elevar la rigidez o almas de espesores apreciables en caso de cortantes longitudinales elevados. Dado que la Cremallera Mixta proporciona alta resistencia a la fatiga, se pueden resistir cómodamente tanto las cargas cíclicas de carretera como las de ferrocarril.

Figura 1-7: Concepto del VFT-WIB

Figura 1-8: Seccion de ferrocarril VFT

Figura 1-9: viga VFT-WIB prefabricada

Figura 1-10: Puente con tecnología VFT-WIB

Pág. 3

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2

Sistemas VFT-WIB

2.1

Cremallera Mixta

La Cremallera Mixta es un conector continuo de cortante que transmite los cortantes longitudinales entre el acero y el hormigón en estructuras mixtas. Consiste en una diente de acero generado mediante una geometría de corte específica sobre una plancha de acero y un diente de hormigón que se forma al hormigonar entre dientes de acero. La posibilidad de cortar perfiles laminados por el alma es muy económica ya que soslaya la necesidad de soldar la banda de dientes al resto de elementos de acero. 2.1.1

Geometrías de la Cremallera Mixta

Se han desarrollado e introducido con éxito en el mercado diferentes tipos of geometrías (Figura 2-1). Con objeto de alcanzar una optimización del uso de materiales, debe existir una simetría en la geometría de corte de los dientes. La forma de aleta (SA) fue una de las primeras desarrolladas y ofrece altas resistencias. Debido a su geometría específica, un cambio en el sentido de los esfuerzos acarrea resistencias reducidas para la parte posterior del diente. En cambio, las geometrías en puzle (PZ) y clotoidal (CL / MCL) presentan resistencias comparables en ambos sentidos dada su forma simétrica. La forma clotoidal ha demostrado ser la más resistente a fatiga frente a cargas cíclicas dada su transición suave de radios de corte.

Figura 2-1: Formas: a) Aleta (SA), b) Puzle (PZ), c) Clotoidal (CL), d) Clotoidal modificada (MCL)

2.1.2

Componentes Estructurales de la Cremallera Mixta

La Cremallera Mixta se compone de diferentes elementos estructurales (Figura 2-2) que interactúan para garantizar la transmisión de cortante longitudinal entre hormigón y acero.

Figura 2-2: Componentes de una Cremallera Mixta

Pág. 4

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Cremallera Mixta (1 + 2 + 3) La Cremallera Mixta se compone del diente de acero (1), el diente de hormigón (2) y el armado de diente (3) embebido en el diente de hormigón. Diente de acero (1) El diente de acero transfiere los esfuerzos de cortante desde el refuerzo externo al hormigón. Presenta una geometría específica generada por el proceso de fabricación y corte, con un patrón regular de paso ex in la dirección longitudinal. Diente de hormigón (2) El diente de hormigón se genera al hormigonar los huecos entre dientes en la banda de acero. La geometría de los dientes de hormigón viene dada por la geometría específica del diente de acero y el patrón longitudinal ex. Armado del diente de hormigón (3) El armado ubicado en el centro del diente de hormigón o sobre la base del diente es esencial para la resistencia de la conexión a cortante. Normalmente consta de al menos dos barras corrugadas perpendiculares a la banda de dientes de acero. Base del diente (4) El fondo del hueco entre dientes de acero se denomina base del diente. Nucleo del diente (5) El nucleo del diente es la zona de introducción de carga ubicada frente al diente de acero. Debido a la introducción de cargas altamente concentradas, esta zona está sometida a estados multiaxiales de compresión. Raíz del diente (6) La raíz del diente se define como el inicio del primer arco-segmento del diente de acero. Tope del diente (7) El tope del diente ancla la Cremallera Mixta y la banda de acero frente a esfuerzos verticales de arranque. Armado superior (8) El armado superior se ubica perpendicularmente al diente de acero, en la parte superior del hormigón ubicado sobre la banda de dientes. Armado de confinamiento (9) El armado de confinamiento se ubica en las almas de vigas con alma de hormigón. Al evitar el arrancamiento bajo la base del diente, este armado asegura un comportamiento dúctil en la conexión.

Pág. 5

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2.2

Sistemas estructurales

Las vigas VFT-WIB con Cremallera Mixta para la transmisión de cortantes son un avance innovador del método de construcción VFT. La tecnología VFT-WIB ofrece la posibilidad de diseñar secciones eficientes mediante el uso de elementos de refuerzo externos. Dichas secciones se utilizan en elementos prefabricados con hormigonado in situ posterior. De este modo, las vigas VFT-WIB pueden describirse como vigas mixtas prefabricadas innovadoras con conexión continua a cortante entre semiperfiles de acero laminado y elementos de hormigón prefabricado. 2.2.1

Secciones para puentes de carretera

A menudo es necesaria una gran esbeltez en puentes de carretera para salvar sin interferencias el cruce con carreteras, vías de tren u otros elementos en funcionamiento. En estos casos se han utilizado varios tipos diferentes de secciones, las cuales se describen a continuación:

Figura 2-3: Viga mixta convencional

Figura 2-4: VFT-WIB (Mono) convencional (a)

Figura 2-5: VFT-Duo-WIB

Figura 2-6: VFT-WIB (Mono) convencional (b)

-

La viga mixta convencional (Figura 2-3) con bandas de diente s soldadas al ala superior es similar a una estructura mixta común con pernos soldados. El comportamiento en carga carga es muy similar a la de vigas mixtas convencionales, ya que tanto los pernos como la Cremallera Mixta tienen un comportamiento marcadamente dúctil.

-

La viga Mono-WIB (a) (Figura 2-4) se puede considerar una estructura mixta clásica que utiliza Cremallera Mixta para la transmisión de cortante. Dado que no se precisa el ala superior para soldar pernos, sólo el alma de acero queda embebida en la losa (prefabricada) de hormigón. El comportamiento en carga es similar al de estructuras mixtas convencionales.

-

La viga Mono-WIB (b) (Figura 2-6) puede interpretarse como una viga en T de hormigón con refuerzo externo.

-

La sección Duo-WIB ofrece una resistencia significativa gracias a las dos secciones de acero externas que integra. En comparación con la Mono-WIB, el consumo de acero aumenta debido al uso de 2 secciones.

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2.2.2

Secciones para puentes de ferrocarril

Los puentes de ferrocarril deben cumplir con los requisitos específicos asociados a las cargas del tráfico ferroviario, tales como resistencia considerable y marcada resistencia a la fatiga frente a cargas cíclicas. Adicionalmente, las restrictivas limitaciones de deflexiones y ángulos de rotación son parámetros cruciales en el diseño de los puentes de una red ferroviaria. Aparte de los criterios de diseño, el proceso constructivo es muy importante en puentes de ferrocarril, al tener que reducir al mínimo los cortes de tráfico. En la mayoría de los casos, el tiempo de montaje está limitado a un fin de semana, lo cual hace necesario ajustar el concepto de diseño a las tecnologías de construcción apropiadas. La siguiente sección VFT-Rail se ha diseñado para los requisitos específicos de puentes de ferrocarril.

Figura 2-7: Sección VFT-Rail para los requisitos específicos de puentes de una red ferroviaria

Las secciones VFT-Rail (7) son significativamente esbeltas gracias a los cantos reducidos por la supresión de la subestructura de balasto I la introducción de vía en placa. Al ubicar los railes en canales especiales al efecto, la distancia vertical entre la fibra inferior de la sección y la coronación del carril se reduce favorablemente. De cara a asegurar gran rigidez en la sección, se ubican refuerzos externos tanto en las zonas de tracción como en las de compresión. Las secciones VFT-Rail son aplicables a luces entre 6,50 y 24,00 m, siendo especialmente económicas en el rango entre 9,50 y 17,50 m. Dada la gran esbeltez posible, el uso de esta sección presenta ventajas en puentes con limitación de gálibo vertical característica de zonas urbanas. Las estructuras VFT-Rail a menudo son totalmente prefabricadas con objeto a garantizar un proceso constructivo rápido y alta calidad de fabricación. Así, las secciones VFT-Rail se caracterizan principalmente por los siguientes parámetros: -

Luces entre 6,50 y 24,00m

-

Rigidez considerable gracias a refuerzos externos tanto superiores como inferiores

-

Resistencia a fatiga suficiente de todos los elementos estructurales (Cremallera Mixta)

-

Gran flexibilidad de diseño gracias a la libre elección de secciones de acero

-

Tiempo de montaje reducido gracias al uso de elementos prefabricados

-

Aplicabilidad en estructuras existentes (mantenimiento de estribos)

Pág. 7

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2.2.3

Componentes estructurales de las secciones VFT-WIB

Figura 2-8: Componentes estructurales de sección VFT-WIB tipo

Figura 2-9: Notación de dimensiones relevantes en secciones VFT-WIB

Pág. 8

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Las secciones VFT-WIB constan de los siguientes componentes (Figura 2-8 ; Figura 2-9): -

Ala de acero (1) Absorbe las tensiones de flexión y proporciona rigidez a la sección.

-

Alma de acero (2) Su función es la transmisión de cortantes longitudinales.

-

Cremallera Mixta (3) Está diseñada para transmitir los cortantes longitudinales entre el hormigón y el acero.

-

Alma de hormigón prefabricado (4) Se diseña según requisitos estructurales y se refuerza con secciones externas.

-

Losa de hormigón prefabricado (5) Losa de entre 10 y 12 cm de canto que hace las veces de autocimbra y encofrado para el hormigonado in situ y se diseña para las cargas de construcción.

-

Losa de hormigón in situ (6) Completa la losa prefabricada y se diseña según requisitos estructurales para las combinaciones de carga críticas finales.

-

Armado longitudinal in situ (7) Se ubica en la losa in situ en la fase final de construcción.

-

Armado longitudinal en prefabricado (8) Se diseña según las necesidades de carga de construcción.

-

Armado a cortante transversal (9) Se diseña según necesidades estructurales de cortante tranversal con consideración especial a la acción de los dientes. Debe tenerse en cuenta en el cálculo la reducción de brazo interno

-

Armado de confinamiento (10) Se diseña a partir de las consideraciones de la acción de los dientes. Es esencial para asegurar un comportamiento dúctil y debe incluirse en secciones de hormigón tipo viga (no en losas).

Pág. 9

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2.2.4

Caraacterísticas de las vigas VFT-WIB Girders

La principal ventaja de los elementos con refuerzo externo frente a soluciones de hormigón convencional o pretensado es el aumento del brazo interno (Figura 2-10). En comparación con secciones pretensadas se puede obtener un aumento de hasta el 20% del brazo interno, lo que conlleva secciones más eficientes, aumento considerable de la rigidez y un uso más económico de los materiales.

Figura 2-10: Comparación de elementos pretensados, armados y reforzados externamente

Adicionalmente, se da una gran flexibilidad de diseño de secciones al poder ajustar el refuerzo externo a las necesidades mediante el uso de diferentes secciones de acero (Figura 2-11). La posibilidad de disponer grandes cantidades de barras de armado en estructuras convencionales de hormigón está limitada en muchos casos por restricciones geométricas. Al usar elementos de refuerzo externo, puede disponerse la cantidad necesaria de acero sin problemas geométricos.

Figura 2-11: Se pueden ajustar las secciones VFT-WIB utilizando diferentes secciones de acero

Las secciones VFT-WIB proporcionan las siguientes características principales: -

Alta rigidez, resistencia suficiente y robustez de la sección gracias al aumento del brazo interno

-

Posibilidad de disponer cantidades considerables de refuerzo externo que no podrían disponerse con barras de armado interno convencional

-

Alta resistencia a fatiga de la Cremallera Mixta bajo cargas cíclicas

Pág. 10

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2.2.5

Proceso constructivo

El proceso constructivo se caracteriza por un alto nivel de prefabricación. Los elementos prefabricados ofrecen resistencias suficientes frente a las cargas durante la construcción y no precisan de apoyos adicionales. De ahí que la tecnología VFT-WIB sea especialmente útil en puentes al prevenir la interrupción intensiva de las vías a cruzar (Figura 2-14).

Elemento PrefabricadoHormigón In-situ Figura 2-12: Concepto estructural de la tecnología VFT-WIB

El encofrado necesario en soluciones de hormigón convencionales no se precisa con la tecnología VFT-WIB, lo que reduce significativamente los costes y los tiempos de montaje. En función de la sección y la tecnología de izado disponible, puede optarse por soluciones con hormigonado in situ o totalmente prefabricadas. Las secciones VFT-WIB presentan las siguientes características constructivas: -

Alto nivel de prefabricación que acelera el montaje

-

Reducción del tiempo de montaje y los costes al suprimir los encofrados

-

Reducción de los cortes de tráfico al no precisar los elementos prefabricados apeos intermedios durante la construcción

Figura 2-13: Viga del puente Vigaun

Figura 2-14: Vigas en obra

Figura 2-15: Montaje de viga VFT-Rail

Figura 2-16: Sección VFT-Rail

Pág. 11

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3

Notación y Nomenclatura

3.1

Figuras de los componentes

Figura 3-1: Parámetros geométricos básicos de la Cremallera Mixta

Figura 3-2: Superficie tipo de potencial fallo por cortante de la losa de hormigón

3.2

Notación

Ab:

Área de armado de diente

AD:

Área del diente de hormigón AD,CL = 0,2 · ex²

AD,i:

Área efectiva de hormigón que contribuye en la transmisión; AD,i = hc · ex

As,conf

Área del armado de confinamiento

Asf

Area de barras de armado en el hormigón que contribuye Asf = Ab + At

At

Área del armado sobre la Cremallera Mixta

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bc

Ancho del alma de hormigón

co

Recubrimiento sobre la Cremallera Mixta

cu

Recubrimiento bajo la Cremallera Mixta

dV

Canto útil para el cálculo de cortante vertical

Ecm

Módulo de Young del hormigón (módulo secante medio)

Es

Módulo de Young del acero de construcción

ex

Paso del patrón longitudinal de Cremallera Mixta

[ mm ]

ey

Paso del patrón transversal de Cremallera Mixta

[ mm ]

fck

Resistencia característica a compresión del hormigón

fsd

Tensión de fluencia de diseño de las barras de armado

fy

Tensión de fluencia característica del acero de construcción

hD

Altura del diente de acero

[ N/mm² ]

[ N/mm² ]

hD,CL = 0,4 · ex hpo

Altura del cono de arranque

[ mm ]

min ( co + 0,07 · ex ; cu + 0,13 · ex ) lcr

cnom + dbr (cercos)

P

Fuerza en la Cremallera Mixta

PED

Fuerza en la Cremallera Mixta en ELU

PED(ser)

Fuerza en la Cremallera Mixta para combinación rara (característica) de cargas

tw

Espesor de alma de acero

γV

Factor de seguridad parcial según normativa aplicable (EC 4)

ηD

Factor de reducción del área del diente de hormigón ηD, CL = 3 – ex / 180

3.3

Lista de Abreviaturas

CL:

Forma de diente clotoidal

MCL:

Forma de diente clotoidal modificada

PZ:

forma de diente en puzle

SA:

forma de diente en aleta

ELS:

Estado Límite de Servicio

ELU:

Estado Límite Último

VFT:

VerbundFertigteilTräger; Elemento Mixto Prefabricado

VFT-RAIL: viga VFT que implementa semiperfiles de acero diseñada para puentes de ferrocarril VFT-WIB: viga VFT que implementa un semiperfil laminado

Pág. 13

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4

Límites de Diseño

Todos los planteamientos de diseño recogidos en este informe técnico se basan en (Neue Systeme für Verbundbrücken). Dada la menor resistencia a fatiga de la forma de Aleta, las formas Puzle y Clotoidal han adquirido una mayor relevancia práctica y han sido por ello objeto de investigación intensiva. Es por esto que todos los conceptos de diseño presentado en esta guí sólo son válidos para las siguientes geometrías, patrones y limitaciones:

4.1

General

Las bandas de dientes con formas Puzle y Clotoidal se clasifican como conectores a cortante para estructuras mixtas de acero y hormigón. -

La Cremallera Mixta referida pueden usarse para cargas estáticas y dinámicas

-

No son admisibles los esfuerzos de tracción lateral (Figura 4-1 ; Figura 4-2) en las bandas de diente s, y no son parte de los modelos de diseño

-

La introducción de esfuerzos externas que provoquen tensiones de arrancamiento en la banda de diente s no son parte de los modelos de diseño y deberán por tanto excluirse o tratarse adecuadamente (anclaje)

Figura 4-1: Tracciones laterales

Figura 4-2: tracciones laterales

Pág. 14

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4.2

Geometría de la Cremallera Mixta

De acuerdo con este informe, se pueden utilizar diente s de los tipos Puzle y Clotoidal tomando en cuenta las siguientes limitaciones geométricas (Figura 4-3; Figura 4-4).

Paso longitudinal del patrón

150 mm< ex < 500mm

Espesor de chapa

6 mm < tw < 40mm restricción:

Paso transversal

del patrón

0,08

< tw/hD < 0,5

ey

> 120mm

Recubrimiento

co ;cu > 20mm

Ancho del alma de hormigón

bc

> 250mm

Recubrimiento longitudinal mínimo :

> 2,5 hpo

Recubrimiento transversal mínimo:

> 5,0 hpo

Se puede soslayar el recubrimiento transversal mínimo si el alma de hormigón está ubicada sobre el ala de acero y se dispone suficiente armado de confinamiento de acuerdo con las reglas dadas. -

tw < 60 mm en construcción

-

tw < 40mm para los cálculos incluso aunque 40 < tw < 60mm

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4.2.1

Geometría Clotoidal:

Figura 4-3: Forma Clotoidal específica (ex)

Figura 4-4: Forma Clotoidal específica (ex)

Pág. 16

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4.3

Materiales

Los planteamientos de diseño presentados en los siguientes capítulossólo son válidos para los materiales y procesos de fabricación siguientes: 4.3.1

Concrete

-

C 20/25 – C 60/75 según EN 1992 y EN 206

-

Asiento > F3 según DIN EN 1992

-

Tamaño máximo de árido 16mm

-

El hormigón deberá compactarse lo suficiente como para envolver la banda de diente s

4.3.2

Acero

-

S 235 – S 460 según DIN EN 10025

-

Otras características tales como soldabilidad, requisitos aumentados de ductilidad, clase z, etc. deberán ser especificados según el uso previsto

4.3.3

Fabricación de la banda de dientes

-

La banda de diente s debe ser cortada por corte térmico autógeno o procesos similares que proporcionen la misma calidad en cuanto a resistencia y comportamiento a

-

El corte y la fabricación se realizarán según EN 1090

-

Para cargas cíclicas, la calidad de corte debe cumplir con los requisitos según EN 1993 en función de la categoría específica de fatiga: 125

corte mecanizado con gas y bordes con estrías regulares y poco profundas

140

corte mecanizado con gas o cizalla y afino posterior

Las esquinas reentrantes se mejorarán por abrasión (pendiente 500°C , el método de diseño a temperatura ambiente puede adaptarse considerando unos factores de reducción k y ,θ (v. Anexo 1- Figura E) y kc ,θ (v. Anexo 1- Figura F) : -

k y ,θ dowel . f y ,20°C Steel : f y ,20°C → f y ,θ dowel =

-

kc ,θ dowel . f c ,20°C Concrete : f c ,20°C → f c ,θ dowel =

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Sección Preco-Beam tipo 2 a. Cálculos térmicos

Figura 6-10: Distribución de temperatura según el “método Preco-Beam” para secciones tipo 2

En las secciones Preco-Beam tipo 2, las temperaturas de las zonas I y II-hormigón se calculan del mismo modo que en las secciones tipo 1. La temperatura in las zonas II – ala de acero y IIIa – perfil de acero expuesto se obtiene mediante el método por pasos del Eurocódigo EN1994-1-2 (Ecuaciones 4.6 - 4.8) para una sección expuesta con o sin protección. La temperatura en la zona IIIb – alma embebida en hormigón se calcula como en la zona III dela sección tipo 1. Pueden aplicarse T ( z ) y β (t ) pueden aplicarse pero el valor de Tsurf es el obtenido del cálculo por pasos de EN1994-1-2 aplicado al alma de acero (zona IIIa). La temperatura en los dientes de acero y hormigón (altura hd ) se puede aproximar del lado de la seguridad por la temperatura en l z = hIIIb para el tipo 2, es decir, en la base del diente de acero.

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a. Cálculos mecánicos Las distribuciones de tensiones para las zonas I (zona en compresión) y II (zona en tracción) de la sección tipo 2 pueden calcularse como las de tipo 1. Sólo existen diferencias en la zona III:

Figura 6-11: Elementos de la sección tipo 2 para el cálculo de resistencia a momento positivo

Zona IIIa (zona en tracción): La tensión de fluencia del alma de acero se reduce por el factor k y ,θ (v. Anexo 1- Figura E) en función de la temperatura TIIIa :

f y ,θ IIIa = k y ,θ IIIa . f y ,20°C Zona IIIb (zona en tracción): La tensión de fluencia del acero en cada z del alma se reduce por el factor k y ,θ (v. Anexo 1Figura E) en función de la temperatura TIIIb ( z ) :

f y ,θ IIIb ( z ) = k y ,θ IIIb ( z ). f y ,20°C Pandeo del alma a fuego La resistencia a pandeo del alma a fuego para secciones tipo 2 puede calcularse según el Eurocódigo EN1994-1-2.

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Sección Preco-Beam tipo 3 a. Cálculos térmicos El anexo F del Eurocódigo EN1994-1-2 proporciona un modelo para perfiles de acero embebidos totalmente que puede extenderse a las secciones Preco-Beam, pero es un modelo mecánico que no aporta explícitamente las temperaturas. El campo de aplicación de este modelo está determinado por un valor mínimo de espesor de hormigón recubriendo el alma de acero ( bc ) y un área mínima de hormigón ( h.bc ) que constituya una protección suficiente para el alma de acero (v. Figura 6-11). Este campo de aplicación constituye el límite entre secciones Preco-Beam de los tipos 2 y 3.

Figura 6-12: Valores mínimos de altura de perfil h , anchura

bc y área h.bc

La distribución de temperaturas asociada a este modelo se presenta en la Figura 6-12. Permite el cálculo de la resistencia a momentos positivos. Este modelo aporta sólo los factores de reducción en la tensión de fluencia del acero, pero las temperaturas correspondientes en el acero pueden obtenerse a partir sde estos factores de reducción

Figura 6-13: Distribución de temperaturas según EN1994-1-2 para secciones Preco-Beam tipo 3

Dada la influencia de un gran número de parámetros geométricos ( t f , tw , b, bc , h, htotal ,steel ) y las interacciones entre ellos, la única forma de calcular con precisión la temperatura en la cremallera es utilizando métodos avanzados. No obstante, si la altura hh es mayor de 0, esto indica que la temperatura en la cremallera es de 20°C.

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b. Cálculos mecánicos Considerando la distribución de temperaturas calculadas para la sección Preco-Beam tipo 3, puede asumirse la distribución de tensiones presentada en la Figura 6-13.

Figura 6-14: Elementos de la sección tipo 3 para el cálculo de resistencia a momento positivo

El método y las tablas de cálculo de los factores de reducción de esta sección se describen en el Anexo F del Eurocódigo EN1994-1-2.

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Anexo 1

Figura 6-15: Distribución de temperatura en una losa maciza de 200 mm de espesor en hormigón convencional (no ligero) y sin aislamiento a fuego para diferentes duraciones del fuego

Figura 6 - B: Reducción de espesor

hc , fi de una losa plana para distintas duraciones del fuego

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Figura 6 - C: Temperaturas en el ala de acero tras diferentes duraciones del fuego para varios espesores de ala

Figura 6 - D: Tablas para obtener

Tsurf [izq.] y β (t ) [dcha.] para varias duraciones de fuego

Figura 6 - E: Factores de reducción

kθ para relaciones tensión deformación de acero

estructural a temperaturas elevadas (EN1994-1-2 partw 3.2.1)

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Figura 6 - F: Factores de reducción

kθ y deformaciones ε cu ,θ para relaciones tensión-

deformación en hormigón convencional (NC) y hormigón aligerado (LC) a temperaturas elevadas (EN1994-1-2 parte 3.2.2)

Pág. 51

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6.2 6.2.1

Reglas de diseño Empotramientos

Las secciones VFT-WIB optimizan su eficacia en estructuras aporticadas que requieren consideraciones específicas en el empotramiento. La sección de acero exterior se carga con compresiones en el empotramiento y debe integrarse en el estribo para transmitir esas compresiones. A tal efecto se disponen placas de cabecera para introducir las compresiones en el estribo y el empotramiento. Las placas de cabecera se ubican en estructuras de apoyo específicas dentro del muro del estribo. Estas placas, así como los rigidizadores, deben dimensionarme según las necesidades estructurales. Los empotramientos pueden ejecutarse tal y como se muestra en el siguiente ejemplo:

Figura 6-16: Placa de cabecera

Figura 6-17: Disposición en el estribo

Figura 6-18: Detalle constructivo de refuerzo externo y palca de cabecera final

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6.2.2

Recomendaciones de armado

Es importante disponer un armado suficiente en el hormigón que rodea la Cremallera Mixta de cara a garantizar un comportamiento dúctil. Todas las armaduras de la Cremallera Mixta deben anclarse disponiendo longitudes de anclaje suficientes para cada barra. 6.2.2.1 Refuerzo en vigas El refuerzo mínimo de confinamiento As,conf en vigas consiste en dos barras de al ø10 junto a la banda de dientes, ubicada bajo cada diente de acero. Deberán disponerse cercos de confinamiento al menos 0,15 · ex por debajo de la base del diente para evitar el desconchamiento del hormigón. Adicionalmente, debe disponerse al menos un ø12 dentro de cada cerco de confinamiento por debajo de la base del diente.

Figura 6-19: Esquema de refuerzo para vigas mixtas

Deben cumplirse las siguientes reglas de armado (Figura 6-10): -

As,conf mínima de 2ø10 por diente a los lados de la banda de dientes con un espaciamiento máximo de ex o 300 mm

-

Cercos de confinamiento ubicados al menos 0,15 · ex por debajo de la base de diente

-

Se dispondrá al menos 1 ø12 dentro de cada cerco de confinamiento, ubicado bajo la base de diente

-

Los cercos de confinamiento se anclarán suficientemente en la zona a compresión

-

En vigas, los cercos verticales de cortante se dispondrán dentro del diente de hormigón, sobre la base de diente

-

Se dispondrán al menos 2 barras en el diente de hormigón sobre la base de diente

-

Se podrán considerar todas las barras que atraviesen el diente de hormigón en el dimensionamiento del refuerzo de diente Ab

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6.2.2.2 Refuerzo para losas El armado de confinamiento mínimo As,conf debe consistir al menos en 2ø8 a los lados de la banda de dientes con una separación máxima de 300mm o 4,5 hpo. En la mayoría de los casos prácticos se disponen dos pares de cercos por cada paso ex.

Figura 6-20: Esquema de refuerzo para losas con una banda de dientes

Figura 6-21: Esquema de refuerzo para losas con 2 bandas de dientes

-

As,conf mínima de 2ø8 a los lados de la banda de dientes con una separación máxima de 4,5 ·hpo o 300mm

-

Cada banda de dientes debe estar confinada con dos barras de confinamiento (una a cada lado)

-

Deben disponerse al menos 2 barras en el diente de hormigón ubicadas en la base del diente

-

Se podrán considerar todas las barras que atraviesen el diente de hormigón en el dimensionamiento del refuerzo de diente Ab

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6.3

Ejemplo de diseño -Puente de Simmerbach -

El ejemplo de diseño sigue el diseño del puente de Simmerbach, el cual está en servicio dentro de la red ferroviaria “Deutsche Bahn” (compañía ferroviaria alemana). 6.3.1

Luces y sección transversal

Figura 6-22: Sección de Simmerbach

Figura 6-23: Sección longitudinal del puente de Simmerbach

Luz

12,75 m

Esquema estructural

dos vigas biapoyadas

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6.3.2

Materiales

Acero

S 355 J2

Según la EN 10025, la EN 1993 y la EN 1994 tw < 40 mm

tw > 40 mm

EA

fyk

355 N/mm²

fyd

355 N/mm²

fyk

335 N/mm²

fyd

335 N/mm²

210.000 N/mm²

Según la EN 1993 y la EN 1994

Hormigón

C 50/60 fck

50 N/mm²

fcd

28,33 N/mm²

ECM

34.300 N/mm²

n0

EA / ECM

según la EN 1992 y la EN 206

210.000 N/mm² / 34.300 N/mm² 6,12 Según la EN 1992 y la EN 1994

Armadura

BST 500S fsk

500 N/mm²

fsd

435 N/mm²

Según la EN 1994

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6.3.3

Propiedades de las secciones

Todas las propiedades de las secciones se han determinado para media sección, es decir, para un solo rail. zsI

38,26 cm

; desde arriba

zsII

33,32 cm

; desde arriba

IyI

938.718 cm4

IyII

790.743 cm4

SyI

10.038 cm³

; para ambas secciones inferiores

SyII

12.058 cm³

; para ambas secciones inferiores

t ala-inferior

43,7 mm

t ala-superior

40,0 mm

talma

27,0 mm

h

66 cm

; canto de la sección

cu-inferior

10,26 cm

; distancia del ala a la base del diente

cu-superior

8,26 cm

; distancia del ala a la base del diente

hD

10cm

; Altura de dientes

Figura 6-24: Consideración of media sección para propiedades de la sección

Pág. 57

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6.3.4

Esfuerzos

Para mejor comprensión, sólo se introducen cargas muertas y un caso de carga de tráfico. Adicionalmente, todos los esfuerzos se determinan para media sección, es decir, para un solo rail.

Combinación característica QCM- k

153 kN

QTrafico- k

514 kN

MCM- k

487 kNm

MTrafico- k

1.732 kNm

Combinación última QCM- U

207 kN

QTrafico- U

754 kN

MCM – U

657 kNm

MTrafico- U

2.511 kNm

Resumen QD

961 kN

MD

3.168 kNm

Pág. 58

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6.3.5

Dimensionamiento de la sección VFT-WIB

El ejemplo de diseño no contiene todos los cálculos necesarios para el puente en concreto ya que numerosos detalles pertenecen al estado del arte. Sólo se presentan en detalle los cálculos específicos VFT-WIB para mejor comprensión de la tecnología VFT-WIB.

6.3.5.1 Tracción en la sección de acero en ELU σa

MD x (hD - zsII ) / IyII 316.800 x (66cm - 33,32cm) / 790.743 cm4 13,09 KN/cm²

< fyd = 33,5 KN/cm²

para tw > 40mm

6.3.5.2 Compresión en el hormigón en ELU σc

MD x (zsII – tala-superior ) / (IyII x n0) 316.800 x (33,32 cm -4,0cm) / (790.743 cm4 x 6,12) 1,92 KN/cm²

< fcd = 2,83 KN/cm²

Pág. 59

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6.3.5.3 Refuerzo necesario para cortantes transverslaes en ELU

As necesaria

QED x sw / ( fsd x z x cot Θ )

z

h – cu-inferior – cu-superior – hD – t ala-superior – t ala-inferior 66cm – 10,26cm – 8,26 cm – 10cm – 4,0cm – 4,37cm 29,11 cm Gracias a las secciones externas superior e inferior es importante considerar un brazo interno significativamente reducido

cot Θ

1,2

fsd

435 N/mm²

sw

100 cm

QED

961 kN

As necesaria

961kN x 100cm / ( 1,2 x 43,5 kN/cm² x 29,11cm) 63,24 cm² / m Se dispone de dos vigas para cada media sección 63,24 cm²/m x 0,5 31,62 cm²/m

Pág. 60

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Cercos

2 ø14 / diente

(verde)

24,64 cm²/m Confinamiento

2 ø12 / a los lados de cada diente

(rojo)

9,04 cm²/m As

24,64 cm²/m + 9,04 cm²/m 33,68 cm²/m

> As necesaria = 31,62 cm² / m

Figura 6-25: Esquema de refuerzo para la viga del ejemplo

Pág. 61

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6.3.6

Dimensionamiento de la Cremallera Mixta

6.3.6.1 Resistencia en ELU SyI / IyI

10.038 / 938.718 0,0106

SyII / IyII

12.058 / 790.743 0,015

> 0,0106

 Las propiedades de la Sección II son críticas en el dimensionamiento

QED x SyII / IyII

PED

961 kN x 12.058 cm³ / 790.743 cm4



1465 kN/m

para ambas secciones externas

1465 kN/m x 0,5

( 2 secciones )

732 kN/m

para una sección externa

Arrancamiento : Este criterio no se aplica porque se ha dispuesto suficiente armado de confinamiento y la sección de acero inferior “bloquea” el cono de arrancamiento.

Desconchamiento del recubrimiento : Este criterio no se aplica porque se ha dispuesto suficiente armado de confinamiento.

Pág. 62

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Fallo por cortante del diente de hormigón:

ex

250 mm

fck

50 N/mm²

ηD, CL

3 – ex / 180 3 – 250 / 180 1,61

AD,CL

0,2 · ex² 0,2 x 25² 125 cm²

Ab

3,08 cm²

para 2ø14 / diente (cercos)

Si existe más armado en el diente de hormigón, puede considerarse (v.g. armado transversal)

ρD

Es x Ab / (ECM x AD) 210.000 x 3,08cm² / ( 34.300 x 125 cm²) 0,151

Psh,k

ex² x ηD x (fck)½ x ( 1+ ρD) (250mm)² x 1,61 x (50)½ x (1+0,151) 818.966 N 818 kN / diente

Pág. 63

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Fallo en el acero

tw

27 mm

ex

250 mm

fy

355 N/mm³

Ppl

ex x fy x tw 25cm x 35,5 kN/cm² x 2,7cm 2396 kN / diente

Resumen

γv

1,25

PRD

min / γv (Ppl,k ; Psh,k ; Ppo,k; Pcov,k)

según la EN 1994

1/1,25 (2396 kN ; 818 kN ; / ; / ) 654 kN/diente 654 x 100cm / ex 654 x 100cm / 25cm 2616 kN/m

PED = 732 kN/m < 2616 kN/m = PRD

La resistencia longitudinal a cortante es suficiente para ELU.

Pág. 64

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Refuerzo de diente Ab El valor de cálculo de los cortantes longitudinales está totalmente cubierto por la envolvente de la resistencia de los dientes. Por tanto puede considerarse P = PED.

Ab

P x 0,5 / fsd

PED

732 kN/m x ex / 100cm 732 kN/m x 25cm / 100 cm 183 kN/ diente

fsd

435 N/mm²

Ab necesario

183 kN x 0,5 / 43,5 kN/cm² 2,1 cm² / diente

Ab

3,08 cm² / diente

Ab necesario

2,1cm²

para 2ø14 / diente

(cercos)

< 3,08 cm² = Ab

Refuerzo de confinamiento As,conf El valor de cálculo de los cortantes longitudinales está totalmente cubierto por la envolvente de la resistencia de los dientes. Por tanto puede considerarse P = PED. As,conf necesario

P x 0,3 / fsd 183 kN x 0,3 / 43,5 kN/cm² 1,26 cm²

As,conf

1,57 cm² / diente

As,conf necesario

1,26cm²

para 2ø12 / a los lados de cada diente

< 1,57 cm² = As,conf

Pág. 65

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6.3.6.2 Resistencia en ELF ∆Q

514 kN

en apoyo

∆M

1.732 kN

en centro de vano

∆N

/

zsII

33,32 cm

IyII

790.743 cm4

SyII

12.058 cm³

tw

27mm

λ

0,9

; Factor de reducción de ferrocarril

γMF

1,15

según la EN 1994 / 1993

Zdiente

h - zsII – cu-inferior – tala-inferior

; desde arriba

; para la sección inferior

66cm – 33,32cm – 10,26cm – 4,37cm 18,05 cm

Kf,local

6,45

para la forma CL

Kf,global

1,5

para la forma CL-Shape

Detalle

140 según la Guía de Diseño

∆σ = k f , L ⋅

∆σmax

∆V x S y I y ×tw

  ∆N ∆M + k f ,G ⋅  + ⋅ zD    A Iy  

según lo expuesto anteriormente

140 N/mm² / γMF 140 / 1,15 121,7 N/mm²

Pág. 66

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En apoyos: ∆σ

7,3 x 514 kN x12.058 cm³ / (2,7cm x2 x790.743 cm4)

parte local

+ 1,5 x 0 kNcm x 18,05cm / 790.743cm4

parte global (∆M=0)

10,595 kN/cm² + 0 kN/cm² 10,595 kN/cm²

λ x ∆σ

0,9 x 10,595 kN/cm² 9,54 kN/cm²

λ x ∆σ

< 12,17 kN/cm² = ∆σmax

9,54 kN/cm²

En centro de vano: ∆σ

7,3 x 0 kN x12.058 cm³ / (2,7cm x2 x790.743 cm4)

parte local ((∆Q=0)

+ 1,5 x 173.200 kNcm x 18,05cm / 790.743cm4

parte global

0 kN/cm² + 5,93 kN/cm² 5,93 kN/cm²

λ x ∆σ

0,9 x 5,93 kN/cm² 5,34 kN/cm²

λ x ∆σ

< 12,17 kN/cm² = ∆σmax

5,34 kN/cm²

Debe realizarse un análisis detallado para toda la longitud del vano, ya que no puede predecirse la sección crítica apra todas las combinaciones de carga. Ermüdungsspannungen im Zustand II 12,00 11,00 10,00 9,00 8,00 7,00 LM 71 am Auflager

6,00

LM 71 in Feldmitte

5,00

Grenzspannung

4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 -0,50

0,50

1,50

2,50

3,50

4,50

5,50

6,50

Figura 6-26: Ejemplo de análisis de diferentes combinaciones de carga a lo largo del vano

Pág. 67

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7

Resumen de diseño

I

Conceptos de dimensionamiento para cremalleras mixtas (ELU)

I.1

Armado

Armado de confinamiento para vigas

As ,conf =

P ⋅ 0,3 f sd

(1)

Armado de diente

Ab =

P ⋅ 0,5 f sd

(2)

Si el valor de cálculo de los cortantes longitudinales no está totalmente cubierto por la envolvente de resistencias de diente (sólo cargas estáticas), P toma el valor de la resistencia máxima de diente PRD. En los demás casos P toma el valor del esfuerzo en la Cremallera Mixta PED. I.2

Enfoque general

Conexión a cortante

El dimensionamiento de la resistencia a cortante longitudinal se llevará a cabo según la EN 1994. Analogamente a las reglas de la EN 1994, las cremalleras mixtas pueden disponerse en patrones equidistantes y considerarse elementos estructurales dúctiles. Para cargas dinámicas el valor de cálculo del cortante longitudinal debe estar totalmente cubierto por la envolvente de resistencias de diente. Deben evitarse los esfuerzos de tracción actuando sobre los lados de la banda de dientes. Cortante vertical

El dimensionamiento a cortante vertical (armado de cortante vertical y biela diagonal) se llevará a cabo según la EN 1992. En vigas (Disposición de cercos verticales de cortante en la base de diente) deberá asumirse un canto efectivo dV desde la mitad de la altura del diente hasta la fibra superior de la sección. Cortante longitudinal de la losa

El dimensionamiento a cortante longitudinal de la losa y el armado necesario se llevarán a cabo según la EN 1994. La longitud de superficies potenciales de fallo por cortante se identificará como se expone más adelante.

Pág. 68

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Dimensionamiento estructural de la Cremallera Mixta

I.3

PRD =

1

γV

⋅ min ( Psh ,k ; Ppl ,k ; Ppo ,k ; Pcov,k )

Fallo por cortante del diente de hormigón

Psh ,k =η D ⋅ ex ⋅ f ck ⋅ (1 + ρ D ) 2

Fallo en el acero

Parametro: (3)

ρD =

E s ⋅ Ab E cm ⋅ AD

(4)

Ppl ,k = 0,25 ⋅ f y ⋅ ex ⋅ t w Arrancamiento

Ppo ,k = 90 ⋅ h po

1, 5

Parametro:

⋅ f ck ⋅ (1 + ρ D ,i ) ⋅ χ x ⋅ χ y

(5)

ρ D ,i =

E s ⋅ Asf E cm ⋅ AD ,i

Reducción para ex < 4,5 · hpo

χx =

ex 4,5 ⋅ h po Restricción:

Reducción para ey < 9 · hpo

1 

ey

Sólo se dispondrán 2 bandas de dientes en un ancho de ey < 9 · hpo.



χ y = ⋅  + 1  ≤1  2  9 ⋅ h po 

El dimensionamiento por arrancamiento puede obviarse si el cono de arrancamiento está bloqueado por un ala de acero y se dispone suficiente armado de confinamiento. Desconchamiento del recubrimiento 2

Pcov,k

1 = ⋅ ex

0,3 ⋅ f ck 3 h2 0,15  h  + 1− D  2  hpo ⋅ bc  2 ⋅ hpo  4 ⋅ lcr ⋅ ex

(6)

Sólo para secciones sin armado de confinamiento suficiente. De ser posible, siempre debería disponerse armado de refuerzo para garantizar un comportamiento dúctil.

Pág. 69

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II

Dimensionamiento de Cremalleras Mixtas en Estado Límite de Servicio (ELS)

Diseño a fatiga de los dientes de acero

σ s = k f ,L σs-ser

< 1,3 · fy

kf,L

factor de concentración de tensiones para acción local de diente kf,L,CL

kf,G

(7)

 N M ⋅ + k f ,G ⋅  + ⋅ z D   A I I y ×tw y   V xSy

7,95

factor de concentración de tensiones para flexión global kf,G,CL 1,5

V, M, N

Cortante transversal, momento flector y esfuerzos normales en la sección

A

Area de la sección

Sy

Momento estático

Iy

Momento de inercia

zD

distancia entre el eje neutro de la sección mixta y la base de diente

El cálculo de las propiedades de sección se llevará a cabo del lado de la seguridad considerando la sección fisurada o no fisurada. γMf

Según la EN 1993 y la EN 1994

σs se calculará para la combinación característica (rara) de cargas según la EN 1993 y la EN 1994.

Pág. 70

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Dimensionamiento de Cremalleras Mixtas para fatiga

III

Diseño a fatiga de los dientes de acero

∆σ = k f , L ⋅

∆V x S y I y ×tw

∆σs

< 2 · fy

∆σs

< 125 / 140 N/mm²

kf,L

factor de concentración de tensiones para acción local de diente kf,L,CL

kf,G

(8)

 ∆N ∆M  + k f ,G ⋅  + ⋅ zD   A  Iy  

6,45

factor de concentración de tensiones para flexión global kf,G,CL 1,5

∆V, ∆M, ∆N

Cortante transversal, momento flector y esfuerzos normales en la sección

A

Area de la sección

Sy

Momento estático

Iy

Momento de inercia

zD

distancia entre el eje neutro de la sección mixta y la base de diente

El cálculo de las propiedades de sección se llevará a cabo del lado de la seguridad considerando la sección fisurada o no fisurada. γMf

Según la EN 1993 y la EN 1994

Detalle

125

corte mecanizado con gas y bordes con estrías regulares y poco profundas

140

corte mecanizado con gas o cizalla y afino posterior

Las esquinas reentrantes se mejorarán por abrasión (pendiente 120mm co ;cu > 20mm

(Salvo que la aplicación pretendida requiera recubrimiento especial) Ancho de alma de hormigón

bc

> 250mm

Distancia mínima longitudinal al borde :

> 2,5 hpo

Distancia mínima transversal al borde:

> 5,0 hpo

Superficie potencial tipo de fallo a cortante

Componentes estructurales de la Cremallera

Se puede obviar la distancia mínima transversal al borde si se ubica el alma de hormigón sobre el ala de acero y se dispone suficiente refuerzo de confinamiento según las reglas dadas. -

tw < 60mm en obra

-

tw < 40mm para los cálculos aún en el caso de que 40 < tw < 60mm

Pág. 75

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Propiedades de los materiales y fabricación

IV.3 Propiedades de los materiales

Clase de Hormigón

C 20/25 – C 60/75 según la EN 206 y la EN 1992

Clase de Acero

Acero estructural S235 – S460 según la EN 10025 Otras características de la clase de acero (v.g. tratamiento al calor) se definirán en función del uso previsto y la soldabilidad requerida

Fabricación

Geometría l

Las dimensiones y geometría de los dientes de acero se llevarán a cabo según el capítulo IV.2

Tolerancias

La máxima tolerancia para los tamaños según el capítulo IV.2 están limitadas a +2/-4mm („+“ simboliza un aumento del elemento estructural)

Proceso de corte

La banda de dientes podrá fabricarse por corte con gas u otras tecnologías equivalentes de iguales características en cuanto a resistencia y fatiga Deberá prevenirse la parada de la llama de corte durante el proceso de corte ya que la resistencia a fatiga del diente se reduce significativamente

Control de calidad

Se precisa un certificado de inspección 3.1 según la EN 10204 salvo que el uso previsto requiera una calidad mayor

Proceso de fabricación La compañía de fabricación debrá estar suficientemente cualificada según la EN 1090 en función de la clasificación de la estructura

Pág. 76

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V

Parámetros

V.1

Símbolos de fórmulas

fy fck

Tensión de fluencia característica del acero estructural

[ N/mm² ]

Resistencia a compresión característica del hormigón

[ N/mm² ]

Ecm

Módulo de Young del hormgión (módulo secante medio)

[ N/mm² ]

Es

Módulo de Young del acero estructural

[ N/mm² ]

ex

Separación longitudinal de los dientes de la cremallera mixta

[ mm ]

ey

Separación transversal de las bandas de dientes

[ mm ]

tw

Espesor del alma de acero

[ mm ]

hpo

Altura del acono de arrancamiento

[ mm ]

min ( co + 0,07 · ex ; cu + 0,13 · ex ) co

Recubrimiento sobre la cremallera mixta

[ mm ]

cu

Recubrimiento bajo la cremallera mixta

[ mm ]

ηD

Factor de reducción del área del diente de hormigón ηD, CL = 3 – ex / 180

AD

Área del diente de hormigón AD,CL = 0,2 · ex²

AD,i

Área contribuyente de hormigón AD,i = hc · ex

Asf

Área de armado dispuesta en el hormigón contribuyente Asf = Ab + At

As,conf

Área de armado de confinamiento

Ab

Área de armado de diente

At

Área de armado dispuesto sobre la Cremallera Mixta

hD

Altura del diente de acero hD,CL = 0,4 · ex

fsd

Valor de cálculo de la tensión de fluencia del armado

P

Esfuerzo en la Cremallera Mixta

PED

Esfuerzo en la Cremallera Mixta en ELU

PED(ser)

Esfuerzo en la Cremallera Mixta para la combinación característica (rara) de cargas

γV

1,25 ; coeficiente de seguridad parcial

dV

Canto útil para el dimensionamiento a cortante vertical

bc

Ancho del alma de hormigón

Pág. 77

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V.2

Geometría de los dientes de hormigón

Clotoide (CL)

Definición de tramos de arco para la geometría Clotoidal

Definición de las relaciones de altura y longitud para la geometría Clotoidal

Pág. 78

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8

Ejecución

8.1

Cremalleras Mixtas

Las bandas de dientes de las Cremalleras Mixtas pueden consistir bien en semiperfiles laminados que funcionan como elementos de refuerzo externo, bien en chapas a soldar en una sección de acero. La utilización de semiperfiles laminados conlleva procesos productivos muy económicos al prescindir de las soldaduras. Gracias a la disponibilidad de gran variedad de perfiles laminados, puede cubrirse fácilmente un amplio abanico de necesidades estructurales. El proceso de corte se ejecuta mediante tecnologías de corte térmico tales como la tecnología autógena u otras similares que proporcionen propiedades y comportamiento a fatiga comparables en el borde de corte.

Figura 8-1: Geometría de corte típica a lo largo del alma de un perfil laminado

Figura 8-2: Forma Clotoidal tras el corte

Figura 8-3: Secciones de acero tras el corte

Figura 8-4: Geometría típica de corte de la forma Clotoidal (MCL) ; en gris los recortes

-

La banda de dientes debe cortarse mediante por corte térmico autógeno o similar, garantizando la calidad en cuanto a resistencia y comportamiento a fatiga

-

Debe evitarse la parada de la llama de corte durante el proceso, ya que de lo contrario desciende significativamente la resistencia a fatiga

Pág. 79

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8.2

Vigas VFT-WIB

Durante la fabricación de vigas VFT-WIB, es muy importante calcular correctamente la contraflecha necesaria, ya que no podrá ser corregida más adelante. Adicionalmente deberá generarse un informe de calidad de las vigas incluyendo deflexiones, geometría y contraflecha con objeto de asegurar la geometría proyectada.

Figura 8-5: Geometría de la contraflecha de una viga mixta

-

Debe considerarse la contraflecha necesaria con gran detalle, documentándola dentro de un informe de calidad completo

-

Debe considerarse la rigidez reducida de los semiperfiles de cara al izado, apoyo y transporte

Figura 8-6: Contraflecha de un semiperfil de acero; ha de considerarse su reducida rigidez

-

Debe llevarse a cabo un tratamiento suficiente del hormigón (uso de mantas térmicas para prevenir las pérdidas rápidas de calor aislando los encofrados)

-

Deberán usarse cementos de baja retracción, ya que las secciones de acero externas suponen una constricción del proceso de retracción, pudiendo aparecer esfuerzos hiperestáticos y fisuras como consecuencia de una retracción elevada

Pág. 80

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8.3

Geometrías y especificaciones típicas para VFT-WIB

8.3.1

Puentes de carretera

Especificaciones para vigas prefabricadas

VFT-Duo-WIB Luz

VFT-Mono-WIB

15m – 40m ; Para luces mayores se utiliza VFT

Esbeltez

Consumo de acero

L/16 – L/22 en apoyos L/20 – L/28 en centro de vano 70 – 95 kg/m² en „Mono-WIB“ 80 – 105 kg/m² en „Duo-WIB“

Armado interno

45 kg/m² en losa prefabricada

Hormigón C 50/60

0,1 – 0,15 m³/m² 250 – 300 €/m² en „Mono-WIB” 350 €/m² en „Duo-WIB

Costes

Hipótesis para costes -

S 355

2.2 €/kg

-

BST 500S

1.15 €/kg

-

C 50/60

480 €/m³

Pág. 81

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8.3.2

Puentes de ferrocarril: Especificaciones de VFT-Rail

S

vigas biapoyadas de un Solo vano

CT

varias vigas con conexión Continua

Construction Height VFT-Rail Construction height [cm]

160 140 120 L/24 ; S

100

L /24 ; CT

80

L/19 ; S

60

L/19 ; CT

40 7,20

9,60 12,00 14,40 16,80 19,20 21,60 24,00 Span L [m] Figura 8-7: Cantos de vigas

Lifting Weights VFT-Rail Lifting weights [to]

300 250 200 L/24 ; S

150

L/24 ; CT

100

L/19 ; S

50

L/19 ; CT

0 7,20

9,60 12,00 14,40 16,80 19,20 21,60 24,00 Span L [m] Figura 8-8: Pesos de vigas

Pág. 82

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8.4 8.4.1

Ejemplos ejecutados VFT-WIB en puente de carretera - Kratzerau -

Kratzerau

Proyecto

Kratzerau

País

Austria

Luces

19,70/19,50/19,50/19,70

Esbeltez

L/23 ; L17

Sistema estático

Estructura aporticada

Propiedad

ÖBB (ferrocarril Austriaco)

Año

Finalización en 2012

Sección

VFT-(Mono)WIB

Pág. 83

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Las secciones VFT-WIB convencionales pueden fabricarse con los encofrados de secciones en T. Por tanto no es necesario fabricar encofrados especiales y se pueden reducir los costes de producción. Si el armado se prepara fuera del encofrado (procedimiento estándar) es importante utilizar separadores para garantizar la concordancia del armado con el patrón de los dientes.

Figura 8-9: Semiperfil de acero

Figura 8-10: Armado en preparación

Figura 8-11: Izado al encofrado

Figura 8-12: Armado en encofrado

Figura 8-13: Desencofrado por izado

Figura 8-14: Viga prefabricada VFT-WIB

-

El uso de encofrados para vigas en T “corrientes” implica menos costes (Figura 8-12)

-

Ferrallado de la armadura bien sobre la sección de acero, bien usando un “modelo de posicionamiento” para ajustar exactamente el armado al patrón de los dientes (Figura 8-10)

-

Tras el informe de calidad, las vigas dben estar apoyadas de un modo concreto tras ser izadas (deben definirse los puntos de izado) del encofrado

Pág. 84

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8.4.2

VFT-WIB en puentes de ferrocarril

-Simmerbach -

EÜ Simmerbach Proyecto

Puente de Simmerbach

País

Alemania

Luz

2 x 12,75m

Esbeltez

L / 19

Sistema estático

Vigas biapoyadas

Propiedad

DB AG (ferrocarril alemán)

Año

2011

Sección

VFT-Rail

Pág. 85

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Figura 8-15: Preparación de la subestructura de vía

Figura 8-16: Armado preparado junto al encofrado

Dirección de hormigonado

Figura 8-18: Sección girada 180°

Figura 8-17: Ajuste en altura de las secciones de acero superiores

Huecos potenciales

Figura 8-19: Atención especial consistencia del hormigón para oquedades

a la evitar

-

Maquinaria de montaje para voltear el tablero, con un peso de hasta 120 t

-

Maquinaria de montaje para izar el tablero en obra

-

Configuración adecuada de la consistencia del hormigón para evitar oquedades en la zona de transición entre ala y alma (Figura 8-19)

-

Correcta disposición y sujección de las secciones de acero superiores (durante el hormigonado) para garantizar su ubicación a la altura proyectada

-

Introducir las secciones superiores en el hormigón hasta la altura correcta no da buenos resultados, provocando grandes desviaciones respecto a la geometría proyectada

-

Necesidad de una fabricación muy precisa al ser las tolerancias considerablemente bajas debido al concepto de vía en placa

-

Disposición absolutamente exacta y precisa de los elementos necesarios (anclajes) de la subestructura de vía ; Las tolerancias normales son de + 1-2mm (Figura 8-15)

-

Fabricación del tablero volteado (180°) para el montaje de la subestructura de vía (Figura 8-18 ; Figura 8-15)

-

Utilización insoslayable de aparatos de posicionamiento de armado en tanto que las secciones superiores deben encajar en la ferralla

Pág. 86

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El puente de Simmerbach es parte de la red ferroviaria alemana y se ubica en el suroeste de Alemania. El objeto era sustituir dos puentes biapoyados de 12,75 m de luz con más de 100 años de antigüedad (Figura 8-29). Éstos estaban diseñados como estructuras de acero con subestructura de vía convencional de balasto. Uno de los puentes salva el río Simmerbach, mientras que el otro cruza un camino de tierra. Los puentes a sustituir están situados uno a continuación del otro, por lo que los efectos de la obra sólo afectaban a una vía. La vía de sentido opuesto atraviesa también dos puentes, si bien estos fueron sustituidos hace 30 años debido a su mal estado de conservación. Estos últimos se mantuvieron operativos durante la obra y no precisaban reparaciones ni sustitución.

Figura 8-20 : Planta del proyecto Simmerbach para la compañía ferroviaria alemana DB

Los estribos existentes son de fábrica, lo normal em aquella época. Un estudio detallado de los estribos demostró que los muros de los estribos y el apoyo intermedio aún se hallaban en buenas condiciones y podían mantenerse para su uso posterior.

Figura 8-21 : Sección longitudinal de Simmerbach para la compañía ferroviaria alemana DB

Pág. 87

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Dado que la base de los muros y las cimentaciones habían soportado el ambate del río Simmerbach durante casi un siglo, fue necesario llevar a cabo ciertas reparaciones para evitar un socavamiento de la estructura. A tal efecto se dispusieron grandes bloques de hormigón en el lecho del río que brindan protección suficiente a la estructura de estribo.

Figura 8-22 : Esquema del principio estructural usado en Simmerbach

Los nuevos puentes se dimensionaron igualmente como puentes biapoyados, ambos con una luz de 12,75m. Se dimensionaron como puentes mixtos con tecnología VFT-WIB (sección VFT-Rail) (Figura 8-31) con Cremallera Mixta para la transmisión de cortante, lo cual ofrecía varias ventajas relevantes para este proyecto en concreto. Las condiciones de contorno del proyecto precisaban un calendario muy apretado, ya que la vía debía estar cerrada no más de un fin de semana. Por tanto era necesario retirar los puentes viejos y montar los nuevos por completo en menos de 60 horas.La vía debía cerrarse el viernes por la noche y reabrirse en la madrugada del lunes. De ahí que se decidiera utilizar puentes y bancadas de apoyo prefabricados para cumplir los estrictos requisitos temporales. De este modo, se decidió demoler alrededor de 1,0 m del muro de estribo y el apoyo intermedio y disponer bancadas de apoyo sobre los muros de fábrica existentes. Estas bancadas de apoyo se dimensionaron como elementos prefabricados de hormigón con un peso total deentre 30 y 40 toneladas cada uno. Las mesetas de los apoyos se integraron en las bancadas para acelerar el montaje del puente. La integración fue sencilla, bastando aplicar mortero a las mesetas. El tablero en sí se dimensionó como una estructura mixta prefabricada con elementos de refuerzo externo – tecnología PrecoBeam – usando Cremalleras Mixtas en la transmisión de cortante. El canto de la sección tuvo que reducirse para lograr un peso de los tableros que permitiera su manejo. La reducción del canto es asimismo relevante de cara a futuras aplicaciones de estos puentes en nucleos urbanos en los que en muchos casos el gálibo vertical está considerablemente limitado. De ahí que este puente tuviera que demostrar la aplicabilidad general de su innovadora sección en futuros proyectos de la red ferroviaria (alemana). Tras la optimización, el peso total de cada tablero fue de 65 t, lo cual pudo manejarse con grúas móviles de gran tamaño.

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Los requisitos y condiciones de contorno más relevantes se resumen a continuación: -

Utilización de una sección innovadora de canto reducido y resistencias aumentadas simultaneamente

-

Corte del tráfico ferroviario limitado a menos de 60 hours

-

Utilización de tableros y bancadas de apoyos prefabricados para acelerar el proceso de montaje y cumplir las estrictas restricciones temporales

8.4.2.1 Dimensionamiento y detalles constructivos Los tableros se dimensionaron con refuerzos externos conectados al hormigón mediante Cremalleras Mixtas para transmitir los esfuerzos cortantes. La sección “VFT-Rail” (Figura 8-32) se desarrolló prestando especial atención a los requisitos para la operatividad ferroviaria. Para cada carril se dispusieron cuatro elementos de refuerzo, en los extremos superior e inferior de la sección. Al disponerse secciones externas en la zona de compresión se logra un alto grado de utilización de la capacidad. Los raíles se disponen en canales específicos para reducir el gálibo vertical de cara a aplicaciones en ámbito urbano. Al disponerse los railes directamente sobre el hormigón se puede evitar el aumento de altura provocado por el balasto.Al utilizar el concepto de via en placa en esta sección en particular puede reducirse considerablemente la altura total comparada con la de puentes convencionales. Al disponer los carriles dentro de sus canales se reduce favorablemente la distancia entre la fibra inferior de las ección y la coronación del carril. El uso de via en placa en el puente precisa de elementos especiales de transición entre el puente y la vía en balasto.

Figura 8-23 : Aplicación de la sección VFT-Rail con la tecnología Preco-Beam

El canto total del tablero es de 66 cm y el ancho es de 265 cm. Dado que la luz son 12,75 m, se obtiene una esbeltez de l/19 en la sección, lo cual puede considerarse razonablemente ambicioso para un puente biapoyado de ferrocarril (Figura 8-33).

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Figura 8-24: VFT-Rail cross-sections with 66cm construction height and external sections

Al disponer refuerzo externo tanto en la cara superior como en la inferior se obtiene una rigidez considerable en la sección tanto en servicio (ELS) como en Estado Límite Último (ELU). Gracias al concepto PrecoBeam la reducción de rigidez por fisuración del hormigón es muy baja en comparación con estructuras convencionales de hormigón, siendo en la mayoría de los casos menos del 12-15%. De este modo se asegura una estructura muy rígida con características favorables en cuanto a resistencia y limitación de flechas y giros.

Figura 8-25: Esquema de armado de la sección

Los elementos de refuerzo externo constan de semiperfiles laminados de acero S355 y hormigón de alta calidad C 50/60. La transmisión de los esfuerzos cortantes entre el hormigón y los refuerzos externos está garantizadopor las Cremalleras Mixtas. Las cremalleras usadas en este proyecto tienen una altura carcterística de 115mm y patrón de espaciamiento longitudinal ex de 250mm. Los esfuerzos de cortante longitudinal a transmitir por las cremalleras son de 215 KN/diente para las secciones de acero inferiores y 180 KN/diente para las superiores. El armado de diente se dimensionó en 2ø14/25cm dispuesto en cada base de diente (en verde) (Figura 8-34). Con objeto de aumentar la resistencia de las cremalleras mixtas se dispuso un armado de confinamiento suficiente de 2ø12/25cm junto a cada diente de acero (en rojo). Dado que este puente era un proyecto piloto para la Compañía Ferroviaria Alemana se exigió un nivel de seguridad considerable. Es por esto que se dispuso un armado adicional de 30ø32 para asegurar la resistencia de la sección en caso de colapso de los refuerzos externos. Este refuerzo redundante se dimensionó con coeficientes de seguridad de cargas y materiales γ=1,0. El dimensionamiento a fatiga es crítico para puentes de ferrocarril con transmisión de cortante por cremalleras mixtas. Los dientes de acero se clasificaron con un detalle para

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fatiga 125 bajo consideración especial de los factores de concentración de tensiones tanto para acciones locales como para los efectos de flexión global de la sección. Los factores de concentración de esfuerzos se determinaron a través de extensos estudios numéricos y experimentales, fijándolos en 1,45 para la flexión global y 7,21 para las acciones locales. fglobal

1,45

Factor de concentración de tensiones para la flexión global

flokal

7,21

Factor de concentración de tensiones para las acciones locales

Las tensiones relevantes en el estado límite de fatiga (ELF) pueden calcularse con la siguiente fórmula que considera los factores mencionados:

∆σ max = f lokal

∆V ⋅ S y J ytw

+ f global

∆M z Dü Jy

Se considera que los factores de seguridad parciales en ELF son de γMF=1,25 en secciones sin suficiente armado redundante y γMF=1,15 en caso de disponerse éste. Dado que existe armado redundante en la sección se fijó el factor de seguridad parcial en γMF=1,15. Las tensiones críticas en ELF en la base del diente son de 127,4 N/mm² para el refuerzo externo de tracción (lado inferior). Teniendo en cuenta los coeficientes específicos de ferrocarril, se calculan las tensiones relevantes en fatiga, cuyo valor es de 104,6 N/mm². λges x ∆σ vorh.

104,6 N/mm²

Dado que el puente sigue el concepto de via en placa, es necesario hacer consideraciones especiales. En primer lugar las tensiones en el raíl deben calcularse y limitarse a ciertos niveles. Adicionalmente, el asentamiento de las márgenes puede causar tensiones en el raíl, por lo que deben hacerse investigaciones especiales para los apoyos de raíl. Las deflexiones y sobreelevaciones del puente deben calcularse con gran cuidado, ya que la subestructura sin balasto no permite compensar desviaciones de flecha. Las características principales del diseño del puente pueden resumirse del siguiente modo: -

Sección VFT-Rail optimizada para los requisitos específicos de puentes de ferrocarril

-

Puente con vía en placa y raíles dispuestos en un canal especial para reducir el canto total

-

Disposición de refuerzos externos superiores e inferiores

-

Resistencias y rigidez muy altas en la sección

-

Transmisión de cortante entre acero y hormigón mediante cremalleras mixtas

-

El dimensionamiento a fatiga es crítico en las cremalleras mixtas

-

Se dispuso armado redundante para casos de fallo de las secciones de acero externas debido a la exigencia de niveles elevados de seguridad para el proyecto piloto en la red ferroviaria (alemana)

-

Cálculo muy preciso de flechas y sobreelevaciones debido a las bajas tolerancias constructivas de la via en placa

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8.4.2.2 Fabricación del puente La fabricación del puente se llevó a cabo en una planta de elementos de hormigón. El proceso completo de producción y fabricación se explica y describe con gran detalle en todos los pasos importantes de producción. Se exponen las técnicas más importantes, así como la experiencia adquirida y los problemas encontrados durante la fase de construcción.

Figura 8-26: Geometría de corte detallada

Figura 8-27: Dientes tras el proceso de corte

La producción de los elementos de refuerzo externo se llevó a cabo en ArcelorMittal en Luxemburgo. Para generar los elementos externos se cortaron perfiles laminados por el alma utilizando la geometría específica de diente. La forma específica de diente elegida fue la geometría Clotoidal (Figura 8-35; Figura 8-36) ya que proporciona la mayor resistencia a fatiga de todas las geometrías investigadas hasta el momento. La protección completa contra corrosión también se llevó a cabo en ArcelorMittal. Dado que las semisecciones presentan rigidez a flexión reducida, se tomaron medidas especiales durante el izado y el transporte. Estas incluyeron la especificación de puntos de izado en la sección para evitar la fluencia del acero a causa del transporte e izado.

Figura 8-28: Reinforcement cage prepared

Figura 8-29: Reinforcement for first girder

El armado interno se preparó junto al encofrado según los planos (Figura 8-37; Figura 8-38). La jaula de armado completa pesó unas 6 t, de las cuales el 50% era armado redundante. Si se tienen en cuenta que al disponer estas barras puede reducirse el factor de seguridad a fatiga de la cremallera mixta, este armado redundante es aún más económico que considerar un factor de seguridad mayor. Esto se debe a que aumentar ese factor de

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seguridad provoca el aumento de espesor del alma y por tanto mayor consumo de acero estructural. Fue necesario ajustar la jaula de armado con gran precisión al patrón de la cremallera mixta, dado que ciertas barras deben disponerse en la base de diente entre dientes de acero. Dado que la jaula de armado se fabricó junto al encofrado, no encajó en el patrón de la cremallera a la primera. De ahí que fuera necesario un gran esfuerzo para reubicar todas las barras en su posición correcta. En la segunda jaula de armado se utilizó con éxito una galga especial que mostraba el patrón de la cremallera, por lo que la jaula de armado encajó a la perfección en el patrón. Por tanto, para futuros proyectos es importante utilizar una galga de este tipo en caso de que no pueda ferrallarse en el interior del encofrado.

Figura 8-30: Preparación del encofrado

Figura 8-31: Apoyo de carril antes del montaje

El encofrado se preparó atendiendo a una serie de consideraciones especiales para la sección usada. Los sistemas de montaje para el apoyo de carril (Figura 8-39; Figura 8-40) se dispusieron dentro del encofrado con una tolerancia considerablemente baja dados los requerimientos de la vía en placa. Por tanto fue necesario fabricar el puente volteado 180°. Las secciones externas se dispusieron igualmente junto a los futuros canales de carril.

Figura 8-32: Izado de jaula de armado

Figura 8-33: Jaula de armado sobre encofrado

Tras prepararse el encofrado se izó la jaula de armado (Figura 8-41; Figura 8-42) y se dispuso según el patrón de las cremalleras. A tal efecto es muy importante que todas las barras encajen en el patrón, ya que retirar una barra es muy complicado llegada esta fase. Tras usar una galga con el patrón de cremallera en la segunda jaula de refuerzo no se presentaron más problemas al disponer la jaula en su ubicación final.

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Figura 8-34: Aparatos de monitorización preparados

Figura 8-35: Aparatos de monitorización

Dado que el puente es un proyecto piloto para la Compañía Ferroviaria Alemana se aplicaron al puente aparatos de monitorización completa (Figura 8-43; Figura 8-44). Por tanto todos los aparatos debían aplicarse antes de izar las secciones externas y disponerlas en el encofrado.

Figura 8-36: Transporte de secciones externas

Figura 8-37: Unión de secciones externas

Tras izar la jaula de armado hasta el encofrado y disponerla correctamente sobre el patrón de cremalleras se dispusieron las secciones externas de acero restantes. Dado que se utiliza vía en placa sólo son posibles tolerancias muy estrictas, especialmente para la posición de los apoyos. Es por esto que las secciones externas inferiores (superiores en el encofrado) se unieron para garantizar la correcta posición de apoyos (Figura 8-46). Este detalle resultó ser muy efectivo y suficiente, por lo que no surgieron más problemas. Tras izar y disponer las últimas secciones en el encofrado (Figura 8-45) comenzaron los preparativos para el hormigonado. En el primer tablero se decidió izar la sección superior en el encofrado unos 30 mm con objeto de compactar suficientemente el hormigón sin que se formaran burbujas ni oquedades bajo el ala superior. Este procedimiento resulto ser muy poco adecuado ya que la sección superior sólo pudo introducirse en el hormigón fresco utilizando grandes fuerzas. De ahí que en el segundo tablero se dipusieran las secciones

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superiores en el encofrado exactamente en su posición (Figura 8-47). Este procedimiento funcionó muy bien y el compactado fue adecuado.

Figura 8-38: Encofrado preparado con todos los elementos estructurales antes de hormigonar

La experiencia obtenida, los problemas encontrados y las lecciones aprendidas durante la fabricación de los primeros tableros puede resumirse en los siguientes puntos: -

Consideración de las reducidas rigideces de los elementos externos de refuerzo de cara a las operaciones de transporte e izado

-

Los soportes de los railes deben prepararse con gran cuidado en el encofrado dadas las estrictas tolerancias

-

La fabricación del tablero volteado 180º resultó ser una solución muy económica y efectiva

-

La jaula de armado debería ferrallarse bien dentro del encofrado, bien usando una galga con el patrón de cremalleras para asegurar la adaptación e integración del armado al patrón de cremallera de las secciones externas

-

Las secciones externas debrían unirse para asegurar la correcta posición de los apoyos con precisión suficiente

-

Las secciones externas en la parte superior del encofrado deberían disponerse en su ubicación final para evitar problemas al introducirlas en el hormigón fresco; Se puede garantizar una compactación suficiente del hormigón ajustando la consistencia

-

Deben prepararse suficientes puntos de izado para grandes cargas, así como para voltear el tablero 180º si se hormigona en sentido inverso

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8.4.2.3 Montaje del puente El montaje del puente tuvo lugar en Octubre de 2011 dentro de un fin de semana de corte del tráfico ferroviario. Uno de los principales problemas a los que hubo que enfrentarse en la obra fue que la vía de sentido opuesto debía mantenerse operativa durante todo el proceso de montaje y sólo se cerraba de noche. Por tanto el izado de los tableros prefabricados y los equipos estaba limitado por el horario de uso de la vía en funcionamiento. Esto consumió un tiempo considerable, ya que el emplazamiento sólo podía alcanzarse izando las cargas por encima de la vía en uso. Todo el montaje estuvo dominado por la limitación temporal y la necesidad de reabrir la vía al tráfico en menos de 60 horas.

Figura 8-39: Demolición parcial del estribo

Figura 8-40: Preparación del estribo

Tras el cierre de la vía comenzó la demolición parcial de los estribos existentes (Figura 8-48; Figura 8-49). A tal efecto se retiró aproximadamente 1 m de los mismos para preparar la zona de apoyo para las bancadas prefabricadas. Esta operación se ejecutó en la primera noche, desde la noche del viernes hasta la mañana del sábado.

Figura 8-41: Primera mañana de la obra

Figura 8-42: Izado de las bancadas prefabricadas

Tras terminar la demolición de los estribos existentes y preparar las zonas de apoyo se montaron las bancadas prefabricadas de apoyos (Figura 8-50; Figura 8-51). Estas bancadas apoyan en varios puntos y se fijaron en su posición horizontal precisa mediante el ajuste de estos puntos de apoyo. El hueco resultante bajo la bancada fue rellenado a posteriori con mortero fluído. El montaje de las bancadas de apoyos estaba previsto hasta la noche del sábado, previsión que pudo también cumplirse. Tras disponer las bancadas y montar los apoyos bajo los tableros, el montaje de los mismos pudo comenzar la noche del sábado tras pasar el último tren por la vía opuesta. De este

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modo fue posible operar la grúa móvil de 550 t sin interrupciones. El izado y montaje de los dos tableros pudo ejecutarse sin problemas importantes y se terminó la mañana del domingo (Figura 8-52; Figura 8-53). Dadas las restrictivas tolerancias en el ajuste de los tableros a los apoyos, el montaje fue un hito crítico. Los esfuerzos y el especial cuidado adoptado durante la fabricación de los tableros resultaron ser muy valiosos, ya que no se presentaron problemas geométricos en obra. De hecho, los apoyos, las bancadas y los tableros se ajustan a la perfección.

Figura 8-43: Izado de la viga VFT-Rail

Figura 8-44: Montaje de la viga VFT-Rail

Tras fijar los apoyos de los tableros con mortero se colocaron las pasarelas peatonales de emergencia la mañana del domingo (Figura 8-54; Figura 8-55). Esta operación se pudo ejecutar con gran rapidez, por lo que el relleno de los estribos pudo también terminarse según lo previsto.

Figura 8-45: Izado de pasarela peatonal

Figura 8-46: Tablero(s) tras el montaje

Una vez se montaron todos los elementos del puente y se completó el relleno tras los estribos, el montaje de los raíles comenzó la tarde del domingo (Figura 8-56; Figura 8-57) y pudo terminarse la madrugada del domingo al lunes. El montaje de los raíles fue otro punto crítico debido al sistema de vía en placa, ya que las imprecisiones resultantes de la fabricación y el montaje podían ocasionar problemas al montar los railes. Finalmente el montaje de los railes pudo ejecutarse sin problemas al ser las tolerancias suficientes. Por tanto se pudo dar este último paso crítico para poner el nuevo puente en funcionamiento.

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Figura 8-47: Montaje de raíles

Figura 8-48: Estructura terminada

Tras 52 horas se pudo terminar el montaje y reabrir la vía cerrada (Figura 8-58 - Figura 8-61). Sólo restaron trabajos menores tales como aplicar mortero a la estructura de apoyo de las pasarelas peatonales y montar las barandillas. Adicionalmente, restaban algunos trabajos de mantenimiento de los muros de fábrica de los estribos y el apoyo intermedio. Éstos no perturbaron la operatividad de la vía, por lo que la implementación de la nueva tecnología y la técnica innovadora de construcción fue exitosa bajo un punto de vista práctico.

Figura 8-49: Vía de tren operativa

Figura 8-50: Vía de tren operativa

De hecho, fue posible implementar esta tecnología en un mercado muy adverso como es el de los puentes de ferrocarril, lo que puede considerarse especialmente ambicioso dadas las limitaciones temorales en este segmento. Incluso resultó que la tecnología desarrollada es muy competitiva técnica y económicamente y por tanto una innovación atractiva para posteriores proyectos.

Figura 8-51: Puente en uso

Figura 8-52: Tren sobre el puente

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De cara al estudio más profundo de la tecnología, se aplicaron numerosos aparatos de monitorización al puente que ahora proporcionan valiosos datos para futuras investigaciones y para la evaluación del comportamiento resistente bajo cargas operativas (Figura 8-62; Figura 8-63).

Figura 8-53: Aparatos de monitorización

Figura 8-54: Monitorización en uso

Resumiendo, el proyecto completo desde el proceso de diseño, (pre)fabricación de los diferentes elementos y finalmente la fase de montaje probaron la aplicabilidad general de la tecnología. En comparación con diseños y técnicas constructivas convencionales resultó ser económica y competitiva, especialmente dado que el proceso de montaje pudo completarse en un periodo de 52 horas. Se están preparando análisis de costes detallados en la actualidad que compararán esta nueva solución con técnicas convencionales usadas en puentes de ferrocarril para las luces dadas. La alta capacidad de carga, la suficiente resistencia a fatiga y la posibilidad de esbeltez son las principales características de esta innovadora sección. La posibilidad de sustituir un tablero en menos de 72 horas es un tema muy importante en puentes de ferrocarril y ciertamente un factor crucial en la competición entre diferentes técnicas constructivas. A pesar de que este tipo estructural requiere una fabricación muy precisa, no se presentaron problemas importantes durante el proceso de montaje. A tal efecto es ciertamente el objetivo crítico proveer tolerancias adecuadas entre los diferentes elementos estructurales. La posibilidad de ajuste en obra es el tema más importante y un requisito básico para un proyecto exitoso.

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VFT-WIB en puentes de ferrocarril - Puente Wierna Rzeka -

Puente Wierna Rzeka Proyecto

Puente “Wierna Rzeka”

País

Polonia

Luces

2 x 16.50m

Esbeltez

1/16

Sistema estático

Vigas biapoyadas

Propiedad

PKP SA (Ferrocarril Polaco)

Año

2010

Sección

VFT-Duo-WIB

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8.4.3

VFT-WIB en Edificios Industriale - Terminal de Autobuses en Estocolmo –

Terminal de Autobuses en Estocolmo Proyecto

Terminal de Estocolmo

País

Suecia

Luz

17,00m

Sistema Estático

Vigas biapoyadas

Propiedad

Autoridad de Autobuses Sueca

Año

Por concluir

Sección

VFT-Mono WIB

8.4.3.1 Introducción Ramboll Suecia ha sido designada para diseñar una nueva terminal de autobuses en Hornsberg, Estocolmo. La terminal sustituirá a una terminal de autobuses y campo deportivo existentes, pero con aparcamiento subterráneo para autobuses y turismos. El proyecto se incluye en el plan del Ayuntamiento de Estocolmo para desarrollar y renovar Hornsberg.

Figura 8-55: nuevo campo de deportes y terminal de autobuses subterranea.

La cubierta de la terminal está inclinada denido a necesidades deportivas. Esta cubierta está asimismo diseñada para las cargas de uso y maquinaria de mantenimiento del campo de deportes.

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La terminal de autobuses tiene una superficie aproximada de 18 000 m2 (alrededor de 100 m x 180 m) y tiene capacidad para 125 autobuses.

Figure 8-56: Plano de disposición de autobuses

Figure 8-57: Sección de la disposición de autobuses y el campo de deportes

8.4.3.2 Dimensionamiento de la terminal de autobuses La cubierta de la terminal de autobuses presenta luces de 17.0 m y 13.2 m. La losa está diseñada con vigas mixtas tipo PrecoBeam, con 50 mm de hormigón prefabricado y 150 mm de hormigonado in situ, vigas de acero de 450mm de canto y protección contra el fuego (aprox. 50 mm). La losa está diseñada como simplemente apoyada a peso propio. Para las cargas muertas de peso del terreno y las cargas de uso, la losa se considera continua en apoyos, conteniendo las deformaciones y mejorando las características naturales de vibración. La terminal consta de muros de 400mm de espesor que soportan la losa.

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Cargas Carga muerta Carga muerta de los elementos PrecoBeam (7.5 kN/m2), 600mm de terreno, aislamiento, etc. (10.0 kN/m2). Sobrecargas de uso La losa está dimensionada para sobrecargas de 4 kN/m2 y la carga de los vehículos de mantenimiento.

Figura 8-58: Infografía de la terminal de autobuses y campo de deportes

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La cara superior de la losa presenta bombeo y está provista de impermeabilización. El forjado inferior, y por tanto las vigas de acero, está escorado para reducir el espesor de hormigón al mínimo. La zona de autobuses está calefactada a 5ºC. La losa se compone de aproximadamente 300 elementos PrecoBeam de 3.0 m de ancho. No se precisan encofrados ni cimbras. Tras disponer los elementos, éstos son autoportantes y hacen las veces de plataforma de trabajo para la disposición de la armadura, Los elementos se dimensionan para resistir el peso del hormigón in situ fresco.

Figura 8-59: Plano de cubierta sobre autobuses con elementos PrecoBeam prefabricados

Se seleccionó el ancho de los elementos en función de la posibilidad de transporte por carretera sin restricciones y el peso propio que permita manejabilidad en obra. Si la anchura de los elementos supera los 3.1 m, el transporte debe acompañarse de un vehículo de advertencia de peligro. Adicionalmente, no podría transportarse en condiciones climatológicas adversas, durante la noche, en fines de semana o con tráfico intenso.

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Figura 8-60: Dimensionamiento de un elemento PrecoBeam

Más abajo puede verse una sección de apoyo sobre los muros, con el armado del muro doblado sobre los elementos PrecoBeam.

Figura 8-61: Sección de apoyo en muro del elemento PrecoBeam

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8.4.3.3 Detalles de elementos PrecoBeam. La losa se compone de elementos PrecoBeam de 3 m de ancho y 13 m y 17 m de largo.

Figure 8-62: Sección de forjado con elementos PrecoBeam

Los elementos se componen de dos mitades de un perfil de acero laminado de 900mm (HEB 900) parcialmente embebidos en un hormigón prefabricado de 50mm de espesor. Una vez montados, los elementos son armados y hormigonados con 150mm de hormigón. La interacción entre el hormigón prefabricado y el in situ sobre los elementos Precobeam se obtiene mediante celosías de armado embebidas (ver figura a continuación). Las celosías refuerzan la losa prefabricada de 50mm durante el transporte y el hormigonado en segunda fase.

Figura 8-63: Sección de elemento PrecoBeam

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Figura 8-64: Sección de elemento PrecoBeam

La figura a continuación muestra la losa prefabricada con celosías de armado embebidas.

Figura 8-65: Instalación de losa prefabricada de hormigón con celosía embebida

A continuación se muestra una configuración alternativa de elemento PrecoBeam con losa prefabricada más delgada y mayor espesor de hormigón in situ. El elemento mostrado es más robusto que el anterior al estar más empotrado en los muros, no obstante, precisa más cercos junto a la viga y más aislamiento frente a fuego.

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. Figura 8-66: Disposición alternativa de elementos PrecoBeam

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8.4.3.4 Tipologías alternativas de losa A continuación se muestran forjados alternativos. La primera figura muestra dos tipos de forjado con vigas de acero, una sin interacción acero-hormigón, y otra con interacción. La viga sin interacción requiere un canto ligeramente superior, pero presenta la ventaja de no precisar encofrado, al usar prelosas de hormigón prefabricado que actúan de encofrado perdido.

Figura 8-67: Tipologías de losa de hormigón sobre vigas de acerocon y sin interacción

A continuación se muestran dos tipos de elementos de hormigón prefabricado y pretensado. En primer lugar, una losa aligerada y en segundo lugar una losa nervada. Para la luz de 17 m, la primera puede soportar 8 kN/m2 de sobrecarga y la segunda 11 kN/m2. La capacidad es insuficiente para la terminal de autobuses, cuya carga de diseño ronda los 15 kN/m2. Adicionalmente, la sobrecarga de fisuración es de tan sólo 4 y 6 kN/m2 respectivamente, por lo que si se superan estos valores las deformaciones serán considerables. Estos elementos por tanto no representan una alternativa viable para la terminal

Figura 8-68: Tipologías de losa prefabricada y pretensada

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Bibliografía y referencias

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10 Lista de Figuras Figura 1-1: Sección VFT...................................................................................................... 1 Figura 1-2: Viga prefabricada VFT..................................................................................... 1 Figura 1-3: Pórtico sobre autopista de 6 carriles usando tecnología VFT sin apoyo intermedio ......................................................................................................... 2 Figura 1-4: Viga VFT típica.................................................................................................. 2 Figura 1-5: viga VFT-WIB con medio perfil laminado como refuerzo externo ................ 2 Figura 1-6: Secciones VFT-WIB posibles .......................................................................... 3 Figura 1-7: Concepto del VFT-WIB ..................................................................................... 3 Figura 1-8: Seccion de ferrocarril VFT ............................................................................... 3 Figura 1-9: viga VFT-WIB prefabricada .............................................................................. 3 Figura 1-10: Puente con tecnología VFT-WIB.................................................................... 3 Figura 2-1: Formas: a) Aleta (SA), b) Puzle (PZ), c) Clotoidal (CL), d) Clotoidal modificada (MCL) ................................................................................................................. 4 Figura 2-2: Componentes de una Cremallera Mixta .............................................................. 4 Figura 2-3: Viga mixta convencional .................................................................................. 6 Figura 2-4: VFT-WIB (Mono) convencional (a)................................................................... 6 Figura 2-5: VFT-Duo-WIB .................................................................................................... 6 Figura 2-6: VFT-WIB (Mono) convencional (b) ................................................................. 6 Figura 2-7: Sección VFT-Rail para los requisitos específicos de puentes de una red ferroviaria .......................................................................................................... 7 Figura 2-8: Componentes estructurales de sección VFT-WIB tipo .................................. 8 Figura 2-9: Notación de dimensiones relevantes en secciones VFT-WIB ....................... 8 Figura 2-10: Comparación de elementos pretensados, armados y reforzados externamente ...................................................................................................10 Figura 2-11: Se pueden ajustar las secciones VFT-WIB utilizando diferentes secciones de acero ...........................................................................................................10 Figura 2-12: Concepto estructural de la tecnología VFT-WIB .........................................11 Figura 2-13: Viga del puente Vigaun .................................................................................11 Figura 2-14: Vigas en obra .................................................................................................11 Figura 2-15: Montaje de viga VFT-Rail ..............................................................................11 Figura 2-16: Sección VFT-Rail ...........................................................................................11 Figura 3-1: Parámetros geométricos básicos de la Cremallera Mixta ...................................12 Figura 3-2: Superficie tipo de potencial fallo por cortante de la losa de hormigón.......12 Figura 4-1: Tracciones laterales ........................................................................................14 Figura 4-2: tracciones laterales .........................................................................................14 Figura 4-3: Forma Clotoidal específica (ex) ......................................................................16 Figura 4-4: Forma Clotoidal específica (ex) ......................................................................16 Figura 5-1: Comportamiento típico carga-deformación en Cremallera Mixta según modo de fallo ...................................................................................................................18 Figura 5-2: Presión vectorial en PZ y CL sobre el arco s ................................................19 Figura 5-3: Distribución estandarizada de presiones de contacto .................................19 Figura 5-4: Diagrama carga-deformación (tests Push-Out) con diferentes geometrías de diente ................................................................................................................20

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Figura 5-5: Distribución de tensiones en el acero en distintas secciones mixtas.........21 Figura 5-6: Comportamiento estructural del diente de acero en ELU (flexión y cortante)......22 Figura 5-7: comportamiento carga-deformación tipo de Cremallera Mixta en tests de push-out ...........................................................................................................23 Figura 5-8: Distintos mecanismos de fallo de la Cremallera Mixta ........................................24 Figura 5-9: Efecto de escala en Cremallera Mixta ................................................................25 Figura 5-10: Comparación carga-deformación con geometría PZ y diferentes escalas ........25 Figura 5-11: modelo 2d para el cálculo de fL ....................................................................26 Figura 5-12: Hipótesis de carga de esfuerzos globales para el cálculo de fG ................26 Figura 5-13: Factores de concentración de tensiones fG y fL en función de α para Clotoide ............................................................................................................27 Figura 6-1: Consideración del brazo interno reducido dv para esfuerzos transversales de cortante .......................................................................................................30 Figura 6-2: Superficies potenciales de fallo por cortante en la losa para dos bandas de dientes..............................................................................................................30 Figura 6-3: Superficie de cortante crítica en dientes de hormigón.................................31 Figura 6-4: Cono de Arrancamiento crítico ......................................................................32 Figura 6-5: Diente de acero en ELU (combinación cortante y flexión) ...........................33 Figura 6-6: Armado de confinamiento Aconf (rojo) ; armado de diente Ab (verde) ..........34 Figura 6-7: Secciones tipo comunes de Preco-Beam; (a) Tipo 1, (b) Tipo 2, (c) Tipo 3 40 Figura 6-8: Distribución de temperatura según el “método Preco-Beam” para secciónes tipo 1...............................................................................................40 Figura 6-9: Elementos de la sección tipo 1 para el cálculo de resistencia a momento positivo ............................................................................................................43 Figura 6-10: Distribución de temperatura según el “método Preco-Beam” para secciones tipo 2...............................................................................................45 Figura 6-11: Elementos de la sección tipo 2 para el cálculo de resistencia a momento positivo ............................................................................................................46 Figura 6-12: Valores mínimos de altura de perfil h , anchura bc y área h.bc .................47 Figura 6-13: Distribución de temperaturas según EN1994-1-2 para secciones PrecoBeam tipo 3 ......................................................................................................47 Figura 6-14: Elementos de la sección tipo 3 para el cálculo de resistencia a momento positivo ............................................................................................................48 Figura 6-15: Distribución de temperatura en una losa maciza de 200 mm de espesor en hormigón convencional (no ligero) y sin aislamiento a fuego para diferentes duraciones del fuego.....................................................................49 Figura 6-7: Placa de cabecera ...........................................................................................52 Figura 6-8: Disposición en el estribo ................................................................................52 Figura 6-9: Detalle constructivo de refuerzo externo y palca de cabecera final ............52 Figura 6-10: Esquema de refuerzo para vigas mixtas ...........................................................53 Figura 6-11: Esquema de refuerzo para losas con una banda de dientes ............................54 Figura 6-12: Esquema de refuerzo para losas con 2 bandas de dientes ..............................54 Figura 6-13: Sección de Simmerbach ...............................................................................55 Figura 6-14: Sección longitudinal del puente de Simmerbach .......................................55

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Figura 6-15: Consideración of media sección para propiedades de la sección ............57 Figura 6-16: Esquema de refuerzo para la viga del ejemplo ...........................................61 Figura 6-17: Ejemplo de análisis de diferentes combinaciones de carga a lo largo del vano ..................................................................................................................67 Figura 8-1: Geometría de corte típica a lo largo del alma de un perfil laminado ...........79 Figura 8-2: Forma Clotoidal tras el corte ..........................................................................79 Figura 8-3: Secciones de acero tras el corte ....................................................................79 Figura 8-4: Geometría típica de corte de la forma Clotoidal (MCL) ; en gris los recortes ..........................................................................................................................79 Figura 8-5: Geometría de la contraflecha de una viga mixta ...........................................80 Figura 8-6: Contraflecha de un semiperfil de acero; ha de considerarse su reducida rigidez...............................................................................................................80 Figura 8-7: Cantos de vigas ...............................................................................................82 Figura 8-8: Pesos de vigas ................................................................................................82 Figura 8-9: Semiperfil de acero .........................................................................................84 Figura 8-10: Armado en preparación ................................................................................84 Figura 8-11: Izado al encofrado .........................................................................................84 Figura 8-12: Armado en encofrado ...................................................................................84 Figura 8-13: Desencofrado por izado................................................................................84 Figura 8-14: Viga prefabricada VFT-WIB...........................................................................84 Figura 8-15: Preparación de la subestructura de vía ......................................................86 Figura 8-16: Armado preparado junto al encofrado .........................................................86 Figura 8-17: Ajuste en altura de las secciones de acero superiores ..............................86 Figura 8-18: Sección girada 180° ......................................................................................86 Figura 8-19: Atención especial a la consistencia del hormigón para evitar oquedades ..........................................................................................................................86 Figura 8-29 : Planta del proyecto Simmerbach para la compañía ferroviaria alemana DB....87 Figura 8-30 : Sección longitudinal de Simmerbach para la compañía ferroviaria alemana DB ..........................................................................................................................87 Figura 8-31 : Esquema del principio estructural usado en Simmerbach ...............................88 Figura 8-32 : Aplicación de la sección VFT-Rail con la tecnología Preco-Beam ...........89 Figura 8-33: VFT-Rail cross-sections with 66cm construction height and external sections............................................................................................................90 Figura 8-34: Esquema de armado de la sección ..............................................................90 Figura 8-35: Geometría de corte detallada .......................................................................92 Figura 8-36: Dientes tras el proceso de corte ..................................................................92 Figura 8-37: Reinforcement cage prepared ......................................................................92 Figura 8-38: Reinforcement for first girder .......................................................................92 Figura 8-39: Preparación del encofrado ...........................................................................93 Figura 8-40: Apoyo de carril antes del montaje ...............................................................93 Figura 8-41: Izado de jaula de armado ..............................................................................93 Figura 8-42: Jaula de armado sobre encofrado ...............................................................93 Figura 8-43: Aparatos de monitorización preparados .....................................................94 Figura 8-44: Aparatos de monitorización .........................................................................94 Figura 8-45: Transporte de secciones externas ...............................................................94

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Figura 8-46: Unión de secciones externas .......................................................................94 Figura 8-47: Encofrado preparado con todos los elementos estructurales antes de hormigonar ........................................................................................................95 Figura 8-48: Demolición parcial del estribo......................................................................96 Figura 8-49: Preparación del estribo.................................................................................96 Figura 8-50: Primera mañana de la obra ...........................................................................96 Figura 8-51: Izado de las bancadas prefabricadas ..........................................................96 Figura 8-52: Izado de la viga VFT-Rail ..............................................................................97 Figura 8-53: Montaje de la viga VFT-Rail ..........................................................................97 Figura 8-54: Izado de pasarela peatonal ...........................................................................97 Figura 8-46: Tablero(s) tras el montaje .............................................................................97 Figura 8-56: Montaje de raíles ...........................................................................................98 Figura 8-57: Estructura terminada ....................................................................................98 Figura 8-58: Vía de tren operativa .....................................................................................98 Figura 8-59: Vía de tren operativa .....................................................................................98 Figura 8-60: Puente en uso ................................................................................................98 Figura 8-61: Tren sobre el puente .....................................................................................98 Figura 8-62: Aparatos de monitorización .........................................................................99 Figura 8-63: Monitorización en uso...................................................................................99 Figura 8-55: nuevo campo de deportes y terminal de autobuses subterranea. ...........101 Figure 8-56: Plano de disposición de autobuses ................................................................102 Figure 8-57: Sección de la disposición de autobuses y el campo de deportes ...................102 Figura 8-58: Infografía de la terminal de autobuses y campo de deportes ..........................103 Figura 8-59: Plano de cubierta sobre autobuses con elementos PrecoBeam prefabricados ........................................................................................................................104 Figura 8-60: Dimensionamiento de un elemento PrecoBeam .............................................105 Figura 8-61: Sección de apoyo en muro del elemento PrecoBeam ....................................105 Figure 8-62: Sección de forjado con elementos PrecoBeam ..............................................106 Figura 8-63: Sección de elemento PrecoBeam ..................................................................106 Figura 8-64: Sección de elemento PrecoBeam ..................................................................107 Figura 8-65: Instalación de losa prefabricada de hormigón con celosía embebida .............107 Figura 8-66: Disposición alternativa de elementos PrecoBeam ..........................................108 Figura 8-67: Tipologías de losa de hormigón sobre vigas de acerocon y sin interacción ....109 Figura 8-68: Tipologías de losa prefabricada y pretensada ................................................109

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