Puentes en arco: evolución y tendencias [III]

ARCOS DE HORMIGÓN

Primeros Arcos de Hormigón

Desde el faro de Edystone (1759) de John Smeaton a la aparición de la industria del cemento a principios del siglo XIX (Vicat publicó en 1818: Producción de cemento artificial) se pasan casi 50 años. Y aun deberán pasar otros 50 para la aparición del hormigón armado. Son los tiempos del hormigón en masa que en lo que se refiere a los puentes arcos apenas da lugar a unas pocas realizaciones de hormigón apisonado en Francia y en España de hasta 36 m de luz.

Atribuir la invención del hormigón armado y datarlo tiene, como siempre en la investigación histórica, la dificultad de atribuírselo al primero que hizo algo con hormigón armado o por el contrario a quien lo usó con generalidad y lo implantó en la práctica. La primera patente de 1855 es de Lambot, un guarda bosques que había construido una barca con ese procedimiento. Le sigue el jardinero Monier que registró patentes sucesivas desde 1867 y que tuvo talento comercial para explotar sus inventos. De hecho el primer arco de hormigón armado es de Monier se construyó en 1875 y se trataba de una pasarela para peatones en los jardines del palacio del marques de Tiliêre de Chazelet en París (Figura 11).

Después de ellos fue Hennebique, ya a finales de siglo XIX, quien, de una forma más industrializada y con un novedoso sistema de franquicias, extendió la práctica del hormigón armado por todo el mundo. Su sistema recibió un premio en la exposición de París de 1.900. Fue precisamente Hennebique quien en 1.904 hizo el puente del Risorgemento en Roma con más de 100 m de luz (Figura 12).

En España fue Eugenio Ribera quien, a principios del siglo XX, introdujo la práctica del hormigón armado y diseñó arcos de hormigón armado que finalmente constituirían la colección oficial de arcos para puentes de carreteras.

Desarrollo de los arcos de hormigón

Maillard y Freyssinet continúan el desarrollo de los arcos de hormigón. Siendo el segundo conocido además por la invención del hormigón pretensado. El puente más conocido de Maillard es el arco triarticulado de Salginatobel de 1930 y con una luz de 90 m (Figura 13). En este arco, al contrario que en el puente del Risorgimento de Hennebique y de otras realizaciones de Maillard anteriores (puente sobre el Tour de 1904), abandono las paredes laminares, y vació parcialmente los tímpanos que se sustituyen por pilas sobre el propio arco. Después, en otras realizaciones posteriores, planteó el arco sin tímpanos y adelantó la  tipología que sería la clásica para los arcos de hormigón de tablero superior.

Pero, tal vez, lo más importante de este arco fue la dificultad del montaje de su cimbra. En el desarrollo de los arcos de hormigón armado las cimbras jugaron un papel determinante por su dificultad y consecuente coste. La cimbra del Salginatobel fue proyectada y construida por el Ingeniero Coray (Figura 14). Se trataba de una cimbra clásica de recogida, así llamadas por que recogían sus pies derechos inclinándolos ligeramente hacia unas cimentaciones concentradas en puntos de las laderas que daban menor altura de cimbrado. No es de extrañar que a mediados del siglo XX los arcos de hormigón sufran una desaparición temporal debido precisamente al coste que suponian estas cimbras durante su construcción.

En este sentido hay que mencionar los procedimientos de montaje de autocimbras perdidas que se pusieron en marcha para evitar
estas dificultades. Tal vez uno de los primeros (1898) fue el procedimiento del ingeniero Melan que consistía en montar por voladizos una autocimbra
que era una celosía de cordones, montantes y diagonales. El cordón inferior era la cimbra propiamente dicha. El arco más conocido construido por este procedimiento fue el Ammer Brücken en Echelsbach Alemania, del año 1929 (Figura 15). Sin embargo el procedimiento no se estableció plenamente en Europa porque los costes del montaje y el material de la propia cimbra eran más caros que el arco propiamente dicho; Sin embargo en EE.UU. el procedimiento se extendió e incluso se fundó una constructora que se especializó en montajes con este sistema.

Freyssinet hizo una serie de arcos en la primera mitad del siglo XX que fueron una contribución esencial al desarrollo de los mismos. En 1910 construyó el Arco de Villenueve sur Lot un arco de 100 m de luz tan ligeramente armado que algunos autores lo consideran dentro de los puentes de hormigón en masa. En 1925 construyó el arco de Plougastel (Figuras 16 y 17) de tres vanos de 180 m de luz. Lo más notable de estos arcos fue la cimbra que se construyo para ser desplazado a flote de unos vanos a otros.

Las dificultades con las cimbras persistían y por ello Freyssinet tuvo que imaginar procedimientos ingeniosos a fin de abaratar la estructura resultante. En este sentido los arcos de la Guaría (Figura 18) de 152 m de luz construidos en 1952 en Venezuela, en la autopista que va desde Caracas al aeropuerto de la Guaira, supusieron un gran avance y un precedente de uno de los procedimientos constructivos actuales.

La forma de construcción (Figura 19) consistió en avanzar desde los estribos con una cimbra de madera. Esta cimbra se atirantaba a la pila de estribo que a su vez se venteaba hacia atrás contra los viaductos de acceso. De este modo se volaban unos 36 m desde cada lado quedando aun un vano en medio de 80 m. A continuación se hormigonaban los arranques de los arcos. Sobre estas cimbras se hormigonaban algunas roscas del arco y desde sus extremos se elevaba una cimbra de madera para los 80 m centrales que incorporaba un tirante para mantener su forma durante la elevación. La elevación del tramo central, que pesaba unas 200 Tn, se hizo con unos cabrestantes eléctricos. Finalmente se hormigonaban por roscas estos 80 m centrales y el resto de roscas de los laterales. A partir de aquí se podían retirar los tirantes.

El puente arco de Sandö (Figura 20) de 264 m de luz inició su construcción en 1 938 con una cimbra similar a la de P lougastel (Figura 21). Pero durante la construcción la cimbra se hundió y perecieron 17 personas. Durante el hormigonado la carga no es el funicular del arco y probablemente la cimbra no tuvo suficiente resistencia a flexión. La nueva cimbra fue mucho más conservadora mediante múltiples apoyos en palizada que cerraron provisionalmente el tráfico. El Puente se terminó en 1942 y fue record del mundo hasta la construcción del puente de la Arrabida en Porto.

El puente de la Arrabida de 270 m de luz, inaugurado en 1963, es un doble arco, cada uno de ellos con sección en cajón bicelular de hormigón armado (Figura 22). Además los dos cajones están unidos por un arriostramiento de cruces de San Andrés también de hormigón armado. El autor del proyecto fue Edgar Cardoso. El puente se construyó con una cimbra metálica autoportante para uno sólo de los arcos y para la totalidad de la luz. La cimbra estaba constituida por tres vigas de alma llena arriostradas entre si en planos horizontales y transversales. El montaje de la cimbra recuerda en todo el procedimiento del montaje de la cimbra de la Guaira (aunque con metal en lugar de madera). En efecto: primero se montaron los arranques del arco que se apoyaron en una palizada y en tirantes desde la pila del arranque (Figura 23). Después, desde los extremos de estos tramos atirantados, se elevó la zona central. La cimbra se situó primero bajo la mitad aguas abajo del puente y después se ripó transversalmente aguas arriba de modo que hizo sucesivamente los dos arcos de hormigón (Figura 24), finalmente se situó entre ambos arcos para hormigonar el arriostramiento entre ellos.

El record le duro muy poco al puente de la Arrabida; Pues poco después se inauguró el arco de G landesville en Australia (Figura 25). E. Freyssinet fue asesor del proyecto. Se trataba de un puente  e 305 m de luz terminado también en el año 1963. La innovación más importante de este puente fue que se construyó por dovelas prefabricadas sobre u na cimbra (Figura 26), s imilar a la segunda cimbra de Sandö, sin armadura pasante en las juntas. E. Freyssinet había construido en 1948 una serie de cinco puentes sobre el río Marne con dovelas prefabricadas unidas con pretensado, así que la prefabricación por dovelas no le era nueva. La idea nueva en el puente de Glandesville fue sustituir el pretensado de los puentes del Marne por el propio axil de compresión del arco. Aunque el procedimiento despertó desconfianza en aquel tiempo, lo cierto es que el puente ha funcionado perfectamente desde entonces hasta hoy día.

Arcos modernos de hormigón

En los sucesivos relevos del record e luz el siguiente arco fue el Krk I de la ex Yugoslavia (Figuras 27 y 28). Este arco inaugurado en 1979 tiene 390 m de luz. El autor del proyecto fue Ilia Stojadinovic. Este ingeniero había construido con anterioridad varios arcos de gran luz en las accidentadas costas del mar Adriático en Croacia y finalmente proyectó los puentes Krk I y II para unir la isla del mismo nombre al continente. En realidad el Krk I tiene una prolongación por debajo del agua que consiste en dividir el arco en dos bielas en cada extremo (precisamente cuando se alcanzan los 390 m de luz), de estas bielas una está sumergida y la otra está justo encima del agua. Parece ser que se diseñó así para simplificar la construcción del tramo sumergido. A efectos de fijar cual es la luz del arco se ha dado en considerar que la biela sumergida no forma parte del arco si no de su estribo, y por ello no se ha tenido en cuenta a la hora de determinar la luz, lo cual es a todas luces muy discutible. El caso es que si la biela sumergida de cada lado se considerase parte del arco y se tomara en consideración para fijar la luz, daría una cifra de unos 430 m con lo que el Krk I seguiría siendo record del mundo en la actualidad.

El Puente fue construido por avance en voladizos sucesivos con diagonales temporales (Figura 29). Se utilizaron dovelas prefabricadas para el cajón central de una sección transversal tricelular, después se añadieron los dos cajones laterales también prefabricados mediante juntas de transversales y longitudinales. mortero Para elevar las dovelas se monto un blondín con capacidad de carga de 10 Tn solamente en cada lado.

Una comunicación presentada en el anterior congreso de Arcos 01 por ingenieros de la Universidad de Croacia, ha puesto de manifiesto que el estado de conservación de este arco es bastante deficiente debido: al proyecto de elementos prefabricados con muchas juntas, en ambiente muy agresivo, y a la mala calidad de la construcción. Todo lo cual ha traído como consecuencia un déficit de durabilidad para esta magna obra. En la actualidad han comenzado los trabajos de mantenimiento, auscultación y reparación de ambos puentes.

El record del mundo actual en arcos de hormigón (y quinto en la lista de arcos metálicos) lo detenta el Waxian sobre el rió Yangtse en China. Se trata de un arco de 420 m de luz (Figura 30), con sección tricelular, proyectado por Li, W y terminado en el año 1996. La construcción se llevo a cabo con una cimbra perdida constituida por una celosía de tubos metálicos rellenos de hormigón (CFST Concrete Filled Steel Tubes) (Figura 31). Estos tubos se han estudiado y ensayado ampliamente y se ha podido conocer con gran precisión sus características resistentes. El relleno de hormigón fundamentalmente mejora el comportamiento a compresión de los tubos metálicos, que es lo que se necesita cuando forman parte de un arco metálico de celosía. Para el montaje de esta cimbra y también para el hormigonado posterior se monto un blondín. El hormigonado del arco se hizo por roscas para no sobrecargar la cimbra demasiado a flexión.

El arco de Waxian tiene un parecido extraordinario con el arco de Martin Gil en Zamoraa de 209 m de luz (récord del  mundo de puente de Ferrocarril en su época 1947) (Figura 32). Este arco, que fue proyectado por el Ingeniero Martín Gil, se pensaba construir con una cimbra de madera clásica que incluso llegó a estar completamente montada; Sin embargo en 1936 la construcción fue interrumpida por la guerra civil española y el arco no se llegó a hormigonar.

Cuando acabó la guerra la cimbra estaba muy deteriorada por el paso del tiempo anscurrido, así que se le encarg tr ó a D. Eduardo Torroja que diese una solución al problema para construir el arco. Torroja ideó la construcción con una cimbra perdida de celosía de perfiles metálicos y un blondín para llevar los materiales de construcción (Figura 33). Como puede verse en las fotografías de construcción y de arco terminado el parecido es total. Además las secciones transversales también son iguales y el hormigonado por roscas también lo hizo primero Torroja en el arco de Martín Gil.

En España el arco de hormigón record de luz actual es el arco de los Tilos en la isla de a Palma, Canarias (Figura 34). Se inauguró el 18 de Diciembre del 2004 y fue proyectado por el autor de esta ponencia. Se trata de un arco de 255 m de luz, con relación luz/flecha de 5.3, sección transversal en cajón monocelular de 3.0 x 6.0 m constante, con pilas de hormigón y tablero mixto de 12 m de ancho. Así el conjunto de la estructura arco-pilas-tablero resulta de una esbeltez excepcional en comparación con las realizaciones hasta la fecha, sobre todo para acciones transversales de viento y pandeo fuera de su plano. El arco y las pilas son de hormigón de alta resistencia (resistencia característica a 28 días de 750 Kg / cm²) por lo que se han podido diseñar almas de sólo 20 cm y losas de 25 cm de espesor.

El arco de Los Tilos se ha construido voladizos sucesivos con diagonales temporales (procedimiento bien conocido por el autor que había empleado en puentes anteriores como el arco de Ricobayo 168 m, Figura 35). La operación del cierre en clave se realizó con una apertura previa 16 cm para compensar la retracción, fluencia y diferencia de temperatura con la media anual.

 

 

Autor:
Santiago Pérez-Fadón Martínez
Director Técnico de Ferrovial-Agromán
Calle Ribera del Loira 42, 28042 Madrid, Spain
e-mail: sp.fadon@ferrovial.es

Ingeniero Civil, que comparte información relacionado a esta profesión y temas Geek. "Si buscas resultados distintos, no hagas siempre lo mismo"

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