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Realizaciones: puentes y pasarelas

VIADUCTO SOBRE EL RÍO ZADORRA. LÍNEA DE ALTA VELOCIDAD VITORIA – BILBAO – SAN SEBASTIÁN

Juan José ARENAS DE PABLO Dr. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Arenas&Asociados, SLP Presidente jjarenas@arenasing.com

Guillermo CAPELLÁN MIGUEL Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Arenas&Asociados, SLP Director Técnico gcapellan@arenasing.com

Emilio MERINO RASILLO Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos Arenas&Asociados, SLP Coordinador de Proyectos emerino@arenasing.com

RESUMEN

El viaducto sobre la A-3002, N-I y río Zadorra, se enmarca en el subtramo I del tramo Arrazua/Ubarrundia - Legutiano, perteneciente al proyecto de la línea de alta velocidad Vitoria - Bilbao - San Sebastián.

Este viaducto constituye una novedad en la línea de alta velocidad española, no solo por las dimensiones de sus vanos, sino por la utilización de una solución híbrida hormigón-acero para resolver los distintos condicionantes estructurales y constructivos presentes.

PALABRAS CLAVE: Alta Velocidad, Tablero Mixto, Tablero Híbrido, Hormigón Pretensado, Grandes Luces.

1. Introducción. Justificación de la solución

El viaducto sobre la A-3002, N-I y río Zadorra viaducto tiene una longitud total de 463 metros, repartidos en seis vanos, con una sucesión de luces que se distribuyen tal y como sigue, 64,5+85,5+85,5+77,5+85,5+64,5 m.

Figura 1. Definición del alzado longitudinal del viaducto.

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Este reparto de luces, viene condicionado por el hecho de tener que cruzar, con gran esviaje, sobre la N-I, la A-3002 y el río Zadorra; y de ahí que las luces de los vanos del viaducto alcancen unas magnitudes poco frecuentes en estructuras ferroviarias de alta velocidad. El viaducto combina secciones de hormigón pretensado y mixtas, dando lugar a una solución híbrida.

La concepción inicial del viaducto era la de un puente de hormigón pretensado, con sección cajón cerrada. Sin embargo, el hecho de cruzar el río Zadorra, por un lado, en el que la Declaración de Impacto Ambiental no permitía el empleo de apoyos provisionales en el cauce del río; y por otro lado, tener que cruzar la N-I, afectando el denso tráfico que presenta en la menor medida posible, llevó a sustituir en el cruce sobre los mencionados accidentes, N-I y el río Zadorra, la sección cajón de hormigón pretensado por una sección mixta formada por un cajón metálico con losa superior de hormigón. Se trata pues de una estructura con vanos híbridos, que combinan las tipologías de tablero de hormigón pretensado y mixto.

Figura 2. Alzado longitudinal del viaducto.

2. Descripción de la solución adoptada

El tablero está formado en sus tramos de hormigón por una sección cajón monocelular pretensada de canto constante en todos los vanos, a excepción de la zona de pilas, donde se realiza una variación lineal del canto, pasando de los 3,00 m del tablero en la zona constante a los 6,60 metros en pila.

Figura 3. Sección transversal por estribos y pilas.

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La sección cajón pretensada de los vanos de hormigón presentan una sección transversal con almas de espesor constante de 0,60 m. Tanto la losa inferior como la superior tienen canto mínimo en el eje de simetría de 0,35 m, este canto aumenta en la unión con las almas pasando a 0,51 y 0,58 m respectivamente.

Figura 4. Sección transversal tipo de hormigón y mixta.

El cajón de hormigón se pretensa mediante distintas familias de pretensado. Una primera familia está formada por los tendones que discurren por las almas del cajón, compuesta por 8+8 unidades de pretensado de 31 torones de 0,6’’. Existen una segunda familia que discurre por la losa superior (4 unidades de 24 torones de 0,6’’), y una tercera que se dispone en la tabla inferior en la zona de canto constante del vano (6 unidades de 21 torones de 0,6’’).

Las familias de pretensado que discurren por el alma y por la tabla superior se anclan en el tramo metálico del vano mixto, para permitir la transferencia de esfuerzos entre el cajón metálico y la sección de hormigón, de tal forma que los vanos mixtos se encuentran pretensados contra el cajón de hormigón. Adicionalmente se disponen 4 tendones de prensado de 27 torones de 0,6’’en la tabla inferior para materializar la mencionada unión pretensada.

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Debido a los esfuerzos generados por la sobrecarga ferroviaria, que genera importantes esfuerzos de flexión tanto positivos como negativos en el tramo mixto, ha sido necesario disponer un pretensado centrado, compuesto por 4 unidades de 24 torones de 0,6’’ dispuestas en la losa superior, y 6 unidades de 21 torones de 0,6’’ de pretensado exterior por el fondo del cajón.

Los espesores de los diferentes elementos del cajón metálico de la sección mixta se han determinado teniendo en cuenta tanto los Estados Límite Últimos como los Estados Límite de Servicio. La platabanda inferior varía entre los 40 y 25 mm de espesor, las almas entre 25 y 15 mm y la platabanda superior tiene un espesor constante de 35 mm. Las principales dimensiones del cajón pueden consultarse en el siguiente esquema:

Figura 5. Esquema sección transversal metálica

En cuanto a las pilas, éstas buscan ser una prolongación del tablero, con un fuste que se divide en dos cuerpos, con su parte inferior con sección tipo pajarita y con un elemento central remetido y sección decreciente en altura. La pila se remata superiormente con un capitel en forma de diamante.

Figura 6. Vista de una de las pilas y de la unión acero-hormigón desde el río Zadorra.

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Los materiales empleados en el viaducto de Zadorra se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 1 Materiales empleados en el viaducto de Zadorra

Elemento Material Denominación Cimentaciones Hormigón Armado C 30/37

Estribos Hormigón Armado C 35/45 Pilas Hormigón Armado C 40/50

Tablero Hormigón Pretensado C 60/75 Tablero Acero Estructural S 355 J2W

Armaduras pasivas Acero B-500 S Armaduras activas Acero Y 1860 S7

Rigidizadores Longitudinales Acero Estructural S 275 JR

3. Aspectos significativos del cálculo Se ha desarrollado un modelo de cálculo evolutivo en el que se han representado las diferentes etapas del proceso constructivo de esta estructura. Este modelo nos permite considerar de manera adecuada los fenómenos de retracción y fluencia, e introducir los tendones de pretensado en cada una de las fases constructivas.

Fig 7. Modelo general de cálculo

Dada la complejidad del esquema estructural, se han desarrollado modelos de elementos finitos para analizar la transmisión de esfuerzos entre el cajón de hormigón pretensado y el cajón metálico, que como ya se ha mencionado se realiza anclando los tendones de pretensado en la sección cajón metálica, y adicionalmente introduciendo un pretensado centrado en el vano mixto, consiguiendo precomprimir los vanos mixtos contra los voladizos de hormigón.

Para la transmisión del cortante, en la zona de la unión se materializa un cajón interior al propio cajón metálico, que se embebe en la sección de hormigón en una longitud de 5 metros. Se disponen de las pertinentes armaduras de suspensión en el voladizo para recibir la carga que le transmite el vano mixto.

Ha sido necesario estudiar adecuadamente las conexiones entre los cajones de acero y de hormigón, garantizando la integridad estructural del viaducto frente a las cargas instantáneas y los ciclos de carga, es decir, frente a fatiga.

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Fig 8. Modelos de elementos finitos para el análisis de la unión hormigón-acero

4. Proceso constructivo

La construcción comienza con la excavación para la realización de las cimentaciones de pilas y estribos, todas ellas directas. Posteriormente se ejecutan las pilas y los alzados de estribos, que deben llevarse a cabo por fases dada la complejidad de los mismos. Con la subestructura concluida se procede a ejecutar mediante cimbra convencional el vano central de hormigón (P3-P4) con voladizos de 21 metros hacia cada lado.

Dado que la construcción del viaducto no ha comenzado por el estribo 1, que será el punto fijo longitudinal de la estructura en su situación definitiva, ha sido necesario materializar un punto fijo provisional en la pila 3, mediante un perfil metálico que se empotra en la pila y en el tablero, y que posteriormente se elimina.

En la zona de unión con el cajón metálico, se realiza el hormigonado por fases, ejecutando primeramente la losa inferior, colocando el primer tramo metálico que corresponde con el cajón interior de la zona de la unión que se coloca sobre la losa inferior de hormigón, y hormigonando a

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continuación las almas y la losa superior, y procediendo finalmente a realizar los tesados, tanto del vano como de la zona de unión.

Fig 9. Construcción del vano central de hormigón pretensado

Esta operación de cimbrado, ferrallado, hormigonado, colocación del tramo metálico de la unión y tesado del conjunto se realiza de la misma manera antes descrita para el resto de vanos de hormigón, quedando por tanto pendiente la estructura del izado de los cajones metálicos (vanos 3 y 5)

El cajón metálico, de 32 m de longitud se transporta a obra completamente montado, dividido únicamente en dos tramos de 16 metros que se ensamblan en obra. La operación de colocación de los tramos metálicos se realiza en el caso del vano sobre el río Zadorra en una única operación, con la ayuda de dos grúas situadas cada una en un margen del río. El tramo izado se suelda a los tramos laterales ya colocados y tesados en las operaciones descritas anteriormente.

Fig 10. Operaciones de montaje del cajón metálico mediante grúas del vano sobre el río Zadorra

En el caso del vano sobre la AP-1, por motivos constructivos el izado se realizó en dos tramos, disponiendo un castillete en la mediana de la autopista.

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Fig 11. Montaje del cajón metálico sobre la AP-1

Terminada la estructura metálica se procede a la colocación de prelosas que actúan como encofrado perdido de la losa superior de hormigón de la sección mixta. Sobre ellas se dispone la armadura y se hormigona la losa definitiva.

Hay que destacar que todo el proceso constructivo se ha llevado a cabo sin interrumpir el tráfico de la N-I y sin disponer apoyos provisionales en el río Zadorra.

5. Conclusiones

Este viaducto constituye una novedad en la línea de alta velocidad española, siendo el resultado de unos condicionantes físicos que obligaban a la búsqueda del material más adecuado para poder cumplir dichos condicionantes.

Al ser una solución inédita ha sido necesario estudiar adecuadamente las conexiones entre los cajones de acero y de hormigón, garantizando la integridad estructural del viaducto frente a las cargas instantáneas y los ciclos de carga, es decir, frente a fatiga.

Todo ello se ha logrado de un modo compatible con la integración estética de la estructura en el medio.

Fig 12. Vista general del viaducto