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Noticreto 133 NOVIEMBRE / DICIEMBRE 2015
Tablero isostático.
Ingeniero Luis Javier Sanz BalduzGerente Técnico Titandol, SAS – Gerente Imagina, SLP, España
Fotos: Cortesía Titandol SAS
Introducción
El presente artículo pretende introducir al lector enel proceso del diseño de tableros de puentes prefabri-
cados. No se trata de establecer un manual rígido de
aplicación general sino simplemente de definir una
metodología de actuación o, más bien, una estrategia
de análisis.
Así como no existen soluciones únicas de estructu-
ras, del tipo que sean, para una serie de condiciones de
contorno preestablecidas, tampoco es posible definir
una solución óptima de prefabricación; existen muchas
posibilidades, todas ellas factibles. La idoneidad de la
alternativa finalmente elegida se fundamentará en el
cumplimiento de esas condiciones existentes y en la con-
secuente optimización de todos los procesos asociados.
Equilibrando el diseño con la construcción
Consideraciones deprefabricados en puentes
En el texto se comenta la casuística relacionada
con elementos prefabricados de tipo completo ocuasi-completo, es decir, se enfoca el problema de la
ejecución de un tablero de puente desde una perspec-
tiva en la que se trata de reducir al mínimo el número
de operaciones a realizar en obra y, además, conseguir
que éstas resulten lo más simples posible. Tal circuns-
tancia excluye expresamente al método de construc-
ción de tableros mediante dovelas prefabricadas, que
por su propia entidad merecería un artículo entero en
exclusiva. La enorme versatilidad que dicho sistema
proporciona permite ejecutar prácticamente cualquier
tipo de tablero pero, consecuentemente, a costa de un
número muy importante de operaciones a ejecutar en
obra con una evidente sofisticación tecnológica.
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Noticreto 133 NOVIEMBRE / DICIEMBRE 2015
¿Qué es un puente prefabricado? No es trivial tratar de explicar qué es un puente
prefabricado puesto que obliga a definir el concepto
mismo de la prefabricación, que no por ser de uso
generalizado supone un significado unívoco.
La prefabricación supone introducir la indus-
trialización en el ámbito de la construcción y, en
este caso particular, en el ámbito de los puentes. Se
trata de permitir que una fracción importante de
los procesos de construcción del puente pueda ser
ejecutada industrialmente. El entorno en el que nor-
malmente suelen desarrollarse estos procesos indus-
triales es una planta o fábrica en la que la empresa
prefabricadora cuenta con personal especializado
en este tipo de elementos y en el resto de procesos
vinculados, desde la recepción de materiales hasta
el transporte y montaje de las piezas que se realicen.
Es importante subrayar que la circunstancia querealmente dota de significado a la prefabricación no
es exclusivamente el hecho de fabricar el elemento
en un entorno alejado de la obra –es decir, pre-
fabricar en sentido literal– sino la suma de todos
los procesos vinculados en los que se desarrollan
protocolos industrializados que permiten optimizar
la calidad del producto finalmente ejecutado. Por
citar algunos:
• Control exhaustivo de materiales (para cualquier
edad del concreto) con la correspondiente trazabili-
dad desde el momento de la recepción de los mismos.
• Control geométrico de elementos constructivos
incluyendo la trazabilidad de todos los sub-
elementos que han sido necesarios para ejecutar la
pieza correspondiente.
• Desarrollo del protocolo completo de transporte
(en planta, en carretera y en obra).
• Desarrollo del protocolo completo de montaje
de acuerdo con las características particulares del
emplazamiento de la estructura.
Prefabricar es, en definitiva, ejecutar un elemento
constructivo desde la óptica del proceso industrial.
El resto es simplemente fabricar o construir de otramanera, pero no se puede caracterizar como prefabri-
cación puesto que carece de esos procesos industriales
vinculados ya mencionados.
¿Cómo se puede diseñar un puenteprefabricado? El objetivo del proyectista al enfrentarse a un puente
susceptible de ser prefabricado debe ser encontrar una
tipología estructural compatible con las necesidades
del proyecto y con los propios condicionantes exis-
tentes. Pero al mismo tiempo dicha tipología estruc-
tural –es decir, el modo en el que la estructura resiste
las diversas acciones aplicadas– debe ser elegida de
acuerdo con varios aspectos que deben ser tenidos en
cuenta en el mismo proceso de diseño. Es imposible
advertir qué aspecto en particular debe prevalecer
sobre los otros porque, al fin y al cabo, se trata de
hallar una solución razonablemente equilibrada que
no penalice en demasía ninguno de ellos. De hecho
resulta habitual eliminar posibles soluciones cuando
se percibe claramente que va a ser imposible cumplir
alguno de los mencionados condicionantes existentes
(excesivo peso de los elementos, excesiva longitud,
imposibilidad de acceso, falta de grúas. Es decir, cada
uno de los aspectos que deben ser tenidos en cuenta
en el momento de diseñar un tablero prefabricado
supone una condición necesaria pero no suficiente,
y solamente el análisis global de todos ellos desde
la óptica de las condiciones de contorno existentes
permitirá encontrar la mejor solución posible.
A continuación se enumeran y describen algunosde los aspectos a tener en cuenta, básicamente aque-
llos que tienen especial trascendencia en el diseño
estructural correspondiente.
Material
Pudiera parecer que el título del presente artículo
implica que no deba hablarse del material puesto que
se expone de antemano que debe ser concreto... Pero
concretos hay muchos y muy diversos. En el caso del
concreto estructural resulta razonable distinguir dos
tipos básicos: reforzado y pre-esforzado. En todos
ellos el material final presenta un carácter híbrido, es
decir, recoge las características del concreto en masa
y del acero que se coloca en su interior. Este acero
presenta dos posibles vinculaciones con el propio
concreto:
• De carácter pasivo; sólo se activa en presencia
de acciones exteriores. Corresponde al concreto
reforzado.
• De carácter activo; al contrario que en el caso ante-
rior, está permanentemente activado. Corresponde
al concreto pre-esforzado en sus dos variantes,
pretensado o postensado1.
La elección de uno u otro tipo de concreto depende
del tipo de estructura a ejecutar y de las posibilidades
del propio proceso de prefabricación. En elementos a
flexión, lógicamente, el concreto pre-esforzado preva-
lecerá y en elementos eminentemente a compresión
podrá resultar más lógico usar concreto reforzado.
Incluso en elementos a flexión, si dichos elementos for-
man parte de un sistema estructural secundario, puede
ser factible plantear el uso de concreto reforzado.
1. La distinción entre el pretensado y el postensado introduce muy ligeras variaciones desdeel punto de vista del desempeño mecánico del elemento. Por el contrario sí que son notableslas diferencias en los procesos industriales vinculados. Es decir, la prefabricación de elementos
pretensados y postensados resulta muy diferente con independencia de que su comportamientoestructural, sobre todo a tiempo infinito, sea prácticamente idéntico.
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Modulación
Seguramente, una vez elegido el material, la modula-
ción es el primer concepto que cualquier proyectista
debe tener en mente a la hora de diseñar una estructura
prefabricada. Es decir, se trata de definir la estrategia de
cómo se pretende trocear, segmentar y despiezar la es-
tructura completa y plantear los procesos constructivos
asociados. En este punto es fundamental tener una idea
muy clara, prácticamente cristalina, del comportamien-
to mecánico del sistema estructural propuesto; la fac-
tibilidad de la prefabricación de la estructura depende
de que la identificación de este sistema estructural sea
correcta. A diferencia de la ejecución in-situ estándar,
la construcción con elementos prefabricados presenta
una naturaleza evolutiva que debe ser cuidadosamente
analizada y sólo la implementación de dicho proceso
evolutivo en el desempeño de cada elemento en singu-
lar, y su correspondiente vinculación con la estructuraglobal, permitirá la adecuación de la prefabricación
prevista. De igual modo, la modulación debe prever
la caracterización de los elementos prefabricados y de
los no prefabricados, es decir aquellos que van a ser
fundidos in-situ. Se comentaba anteriormente que un
buen diseño prefabricado no tiene por qué generar
una industrialización completa de todos y cada uno
de los elementos del tablero; sin embargo sí que debe
identificar qué tipo de procesos se pueden ejecutar en
obra con absoluta facilidad permitiendo simplificar la
concepción de los elementos prefabricados.
De manera ineludiblemente asociada a la modu-
lación va ligada la concepción de las uniones entre
los diferentes elementos propuestos. Es decir, resulta
factible cualquier modulación que permita que la
estructura, tanto provisional como final, presente un
comportamiento mecánico correcto y adecuado. Y dicho
comportamiento no sólo depende de la idoneidad del
elemento prefabricado ejecutado sino de la manera en
la que se trasmiten los esfuerzos entre cada uno de ellos.
El abanico de tipologías de uniones es amplísimo:
juntas secas, juntas húmedas, mediante utillajes me-
tálicos de diferente naturaleza, etc. En este caso, para
precisar el diseño resulta de importancia capital tener
unas nociones mínimas de muchas de las posibilidades
enumeradas, y de posibles incertidumbres o patologías
que puedan ocasionar.
En muchos foros se penaliza la prefabricación por
no haber conseguido resolver de manera fiable este tipo
de conexiones, lo cual es radicalmente falso. Como en
cualquier otra estructura, en los sistemas prefabricados
pueden desarrollarse problemas, pero habitualmente
no suelen producirse por incertidumbres directamente
relacionadas con los procesos industriales inherentes,
sino por malas aplicaciones ingenieriles en los mismos.
En resumen, si en una estructura prefabricada hay queprestar especial atención a las conexiones, en primer lu-
gar, hay que caracterizarlas con acierto y posteriormente
plantear el dimensionamiento adecuado. La estructura
prefabricada, volvemos a reiterar, no fallará por ser pre-
fabricada; fallará, si es que falla, por estar mal diseñada.
La modulación, como se ha dicho, debe implemen-
tar correctamente los sistemas estructurales elegidos
para la correcta transmisión de esfuerzos a lo largo de
la estructura global.
En estas dos figuras se pueden advertir claramente
los elementos prefabricados (vigas y prelosas, de
encofrado perdido en el caso de las vigas de sección
I, y autoportante en el caso de la sección cajón), así
como la parte de obra fundida in-situ. El sistema es-
tructural primario, en ambos casos, está basado en el
comportamiento mecánico de las vigas prefabricadas y
el sistema secundario es asumido por la losa fundida
in-situ sobre prelosas apoyadas en la(s) viga(s). Sección de puente con
vigas I.
CONCRETO
FUNDIDO IN SITU
PLACA
ENCOFRADO PERDIDO
VIGAS PREFABRICADAS
PRE-ESFORZADAS
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“La estructura prefabricada
no fallará por ser prefabricada;fallará, si es que falla, por estar
mal diseñada”.
Tipología
Habitualmente los tableros de los puentes prefabri-
cados se asocian a las tipologías isostáticas, es decir,
estáticamente determinadas. Efectivamente, es una
aproximación bastante extendida en todo el mundo
pero no es la única. Los elementos prefabricados
pueden ser unidos, conectados o empalmados con
la misma fiabilidad que las estructuras ejecutadas
in-situ.
Los primeros condicionantes para decidir la tipo-
logía vienen relacionados con las acciones a soportar
y la geometría de la estructura propuesta, básicamen-te la longitud máxima de vano y, en menor medida, la
anchura de la plataforma.
En puentes existen básicamente tres posibles
acciones móviles que influyen decisivamente en la
tipología del tablero: sobrecargas de tráfico carretero
(puente carretero), sobrecargas de tráfico peatonal
(pasarela) y sobrecargas de tráfico ferroviario (puente
ferroviario). Incluso en este último caso puede distin-
guirse entre tráfico ferroviario de velocidad conven-
cional (hasta 200-220 km/h) y alta velocidad (hasta
350 km/h). El primero puede ser analizado como
sensiblemente estático mientras el segundo debe ser
evaluado obligatoriamente prestando especial aten-
ción a su carácter dinámico. Además de éstas, sobre
todo en países de América del Sur, es habitual que la
acción sísmica sea, al menos, tan importante como
las mencionadas. En relación a las acciones móviles
o vivas, la pésima corresponde a la ferroviaria y la
menos restrictiva a la peatonal. Sin embargo, en el
caso de las pasarelas el comportamiento dinámico
de la estructura adquiere mayor importancia puesto
que, desde el punto de vista estático, resulta posible
apurar mucho más la rigidez del tablero. El hecho de
considerar uno u otro tráfico influye en la tipología a
elegir puesto que mayores cargas reducen las longitu-
des máximas de elementos viga a disponer.
Aquellos vanos que presenten longitudes mayores
a 50 m suelen imposibilitar la elección de tipologías
isostáticas (a no ser que se recurra a esquemas can-
tilever que suelen ser económicamente comparables
a las soluciones hiperestáticas, por lo que no secomentan).
En función de las acciones aplicadas, las carac-
terísticas orográficas del emplazamiento o de las
propias posibilidades de construcción, la longitud
máxima de elementos prefabricables puede llegar a
ser notablemente inferior a los 50 m mencionados.
Cuanto mayor sea la anchura del tablero existirá
más necesidad de disponer un número mayor de
elementos tipo viga, o mayores deberán ser las di-
mensiones de los elementos que se dispongan.
Las secciones resistentes de los elementos viga
–aquellos sometidos eminentemente a esfuerzos de
flexión– que habitualmente se utilizan son aquellas
que presentan mejor rendimiento mecánico, es decir
las secciones en I y las secciones en cajón o artesa. Las
primeras son adecuadas para todo tipo de tableros
isostáticos y para ciertas estructuras parcialmente
hiperestáticas que se desarrollan a nivel de la losa
sobre los apoyos intermedios.
Las segundas sirven igualmente para tipologías
isostáticas e hiperestáticas. En este último caso resulta
posible apurar las dimensiones de la viga para dispo-
ner exclusivamente una única viga.
Como se anotó en el apartado relativo a la mo-
dulación, no sólo es importante la definición delos sistemas estructurales primarios, sino también
plantear correctamente los secundarios. En el caso
de los tableros de puentes prefabricados resulta de
especial relevancia el papel de las prelosas, es decir
elementos estructurales (reforzados o pre-esforzados)
que definen el sistema secundario de transmisión de
esfuerzos y que permiten la ejecución de fundidos
in-situ sin la disposición de encofrados adicionales.
Existen varios tipos de prelosas, desde aquellas que
solamente trabajan como meros encofrados perdidos
a otras con mayor entidad estructural y que incluso
intervienen en la rigidez final de la sección resistente
propuesta.
Sección de puente con unasola viga cajón
CONCRETO
FUNDIDO IN SITU
PRELOSA
AUTOPORTANTE
VIGA PREFABRICADA
PRE-ESFORZADA
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de la planta de prefabricación; cuanto más alejada se
encuentre la planta de la obra, más restrictivos serán
los condicionantes físicos. Tal circunstancia ilustra el
interés de poder contar con plantas móviles en lugar
de las fijas, tradicionalmente empleadas en países con
buenas infraestructuras de comunicación. En cual-
quier caso debe quedar claro que la posible excesiva
distancia que pueda existir entre la fábrica y la obra
puede ser igualmente resuelta mediante modulaciones
adecuadas que permitan solventar los ya mencionados
condicionantes físicos.
Condicionantes mecánicos: transporte y montaje
Los condicionantes relativos al transporte de elemen-
tos prefabricados abundan en las cuestiones descritas
en el apartado anterior. La distancia entre la planta
productiva y el emplazamiento de la obra puede
obligar a eliminar ciertas alternativas de modulacióno al menos depurarlas para cumplir las limitaciones
existentes.
El montaje de los tableros prefabricados es una
de las cuestiones que, a priori y erróneamente, más
penalizan la posibilidad del diseño. Normalmente
el proceso de ejecución siempre se vincula a la uti-
lización de grandes grúas (el tamaño de las mismas
va asociado lógicamente a la modulación elegida y
a los condicionantes físicos ya descritos). Y existen
países –precisamente Colombia es uno de ellos– don-
de resulta particularmente complejo contar con los
servicios de tales mecanismos de izado; no sólo por la
magnitud de los pesos a movilizar sino por el propio
Tablero hiperestático.
Tablero isostático.Condicionantes físicos: geometría y peso
La previsión de las limitaciones geométricas y, de
manera asociada, del peso máximo de las piezas a mo-
vilizar siempre aporta una información fundamental a
considerar detenidamente.
Este tipo de condicionantes no excluyen por sí
mismos ninguna posibilidad pero, conjuntamente
con la propuesta de modulación, deben conducir a la
eliminación de alternativas. La definición de estas limi-
taciones suele venir relacionada con el emplazamiento
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transporte de las grúas ya que, como se ha dicho, la red de comu-
nicaciones penaliza sobremanera este tipo de desplazamientos.
De esta manera el diseñador, en el mismo instante en el que está
concibiendo la estructura prefabricada, debe ser capaz de definir
un proceso de montaje plausible (y que tenga en cuenta el resto
de restricciones involucradas. Una estructura prefabricada en la
que no se hayan resuelto completamente todas las operaciones
de montaje no responde al concepto ya explicado reiteradamente
de qué debe ser una estructura prefabricada. Todas las activida-
des, y precisamente el montaje en mayor medida, deben haber
quedado resueltas y, de hecho, son las que dotan de significado
al diseño realizado.
En este sentido el diseñador debe conocer las diversas me-
todologías de montaje que actualmente ofrece el mercado y ser
capaz, incluso, de desarrollar las variaciones que sean necesarias
para responder a las exigencias que demande la obra estudiada.
No sólo existen las grúas. Los métodos basados en la disposición
de vigas lanzadoras metálicas están haciendo posible adoptar laprefabricación en situaciones, en principio, inesperadas y de ma-
nera prácticamente independiente de la tipología elegida. Com-
binando el procedimiento de montaje, la modulación adecuada
y el establecimiento del método de conexión correspondiente
resulta factible la ejecución de cualquier tipología estándar de
tableros.
Condicionantes económicos
Es difícil hablar en términos económicos generales porque cada
obra –y, en consecuencia, su interrelación con el modelo de planta
industrial elegido– define una situación radicalmente distinta.
De ahí que se vuelva a insistir en el hecho de que no existe una
prefabricación genérica sino tantas posibilidades como obras con
diferentes restricciones.
A pesar de lo comentado se puede afirmar que los tableros
isostáticos, en ausencia de requerimientos extremos, suelen ser
más baratos que los hiperestáticos. De igual manera el tablero
pretensado también suele ser más barato que el postensado.
Razónese que el proceso de ejecución de un elemento preten-
sado permite un mayor aprovechamiento de la instalación y, en
consecuencia, mayor control económico del producto industrial.
Por la misma razón, cuanto menor sea el número de conexiones
e igualmente menor la complejidad de las operaciones asociadas,
más se podrá abaratar el costo.
Conclusiones
Este artículo ha tratado de ilustrar levemente los conceptos e ideas
que el diseñador debe tener presente para obtener un resultado
razonable y acorde con las demandas del desafío constructivo.
No se quiere transmitir una idea de extrema complejidad
del proceso de diseño; de hecho resulta francamente sencillo
implementar con el tiempo todos estos aspectos en la propia gé-
nesis conceptual. Se trata simplemente de una cuestión de cierta
experiencia y espíritu crtítico, prestar atención a las posibles
mejoras en cualquiera de los procesos vinculados (puesto que en
cualquier momento se pueden incorporar a los procedimientos
planteados) y desarrollar cierta intuición relacionada con el com-
portamiento mecánico de las estructuras.