Puentes de la nueva ampliación de la autopista 407E en Toronto (Ontario)

ScienceDirect

www.elsevierciencia.com/hya HormigónyAcero2015;66(276):119–132 www.e-ache.com

Original

Puentes

de

la

nueva

ampliación

de

la

autopista

407E

en

Toronto

(Ontario)

Bridges

of

the

new

highway

407E

in

Toronto

(Ontario)

Antonio

J.

Madrid

Ramos

,

Amaya

Hernando

Martín

,

Carmen

Lozano

Bruna

,

Miguel

Ángel

Higuera

Antón

y

David

Nogueira

Abal

a_{Ingeniera/odeCaminos,CanalesyPuertos,PROESConsultores,S.A.,Madrid,Espa˜na} b_{IngenierodeEdificación,PROESConsultores,S.A.,Madrid,Espa˜na}

Recibidoel17denoviembrede2014;aceptadoel7deoctubrede2015 DisponibleenInternetel4dediciembrede2015

Resumen

Elproyectodeampliación,sometidoapeaje,extiendelaautopista40724 kmhaciaeleste,introduciendoademásdosnuevosramalesnorte-sur deunos10kmdelongitudparaconectarconlaautopista401.PROES,encolaboraciónconlaingenieríaestadounidenseJanssen&Spaans,ha desarrolladoelproyectoconstructivodeltrazado,eldrenajeylasestructurasdeltroncodeWestDurhamLink,queunela407conlaautopista401 ylosenlacesconambasautopistas.

Enelpresenteartículosedescribelaactuaciónproyectada,sedestacanlosprincipalesdocumentosdereferenciautilizadosyseindicanlos aspectosmásrelevantesdeldise˜nodelasestructuras,haciendoespecialhincapiéenlatipologíamayoritariamenteadoptadaeneltramo:puentes conestribosintegralesysemintegrales.

ParaterminarserealizaunacomparaciónconexperienciassimilaresdepuentesintegralesenEspa˜nayseestablecenconclusiones.

©2014AsociaciónCientífico-TécnicadelHormigónEstructural(ACHE).PublicadoporElsevierEspaña,S.L.U.Todoslosderechosreservados.

Palabrasclave: Estribointegral;Estribosemintegral;Piloteshincados;Diafragma;Vigasprefabricadas.

Abstract

TheHighway407EastprojectinOntario,CanadaisunderwaytoconstructanewhighwaythatwillruneastwardfromtheendpointofHighway 407ETRatBrockRoadinPickeringtoHighway35/115inClarington.Theprojectalsoincludestwonorth-southconnectionstoHighway401. Proes,togetherwiththeU.S.companyJanssen&SpaansEngineeringhasdevelopedtheconstructionprojectoftheroad,drainageandstructures oftheWestDurhamLink(WDL)andthe2highwayinterchanges.

Inthisarticletheproposedactionisdescribed,highlightingthemaindocumentsusedandshowingthemostrelevantaspectsofthedesignof thestructures,withparticularemphasisonthetypologymainlyadoptedinthisproject:Bridgeswithintegralandsemi-integralabutments.

Finally,acomparisonismadewithsimilarexperiencesofintegralbridgesinSpainandconclusionsaredrawn.

©2014AsociaciónCientífico-TécnicadelHormigónEstructural(ACHE).PublishedbyElsevierEspaña,S.L.U.Allrightsreserved.

Keywords:Integralabutment;Semi-integralabutment;DrivenH-piles;Diaphragm;Precastgirders

1. Introducción

Laautopista407 ysusdistintasampliacionessuponenuna alternativaalaautopista401,quecircunvalaTorontoporelnorte.

∗_{Autorparacorrespondencia.}

Correoselectrónicos:[email protected], [email protected](A.J.MadridRamos).

La fase1 consiste en ampliarla 407 en 24km haciael este, introduciendo además dos nuevos ramales norte-sur de unos 10kmdelongitudparaconectarconlaautopista401.

ElMinisteriodeTransportesdeOntarioseleccionóalgrupo 407EastDevelopmentGroup(407EDG)parallevaracaboel proyecto,laconstrucción,laexplotaciónyelmantenimientode lafase1.Elgrupo407EDGestáformadoporCintra Infraestruc-turasS.A.ySNC-LavalinInc.

http://dx.doi.org/10.1016/j.hya.2015.10.001

Figura1.Mapadesituación.

PROESConsultores,encolaboraciónconlaingeniería esta-dounidense Janssen & Spaans, ha desarrollado el proyecto constructivo del trazado y las estructurasdel tronco de West DurhamLink,queunela407conlaautopista401y los enla-cesconambasautopistas.Enlafigura1semuestraunmapade situación.

Debendestacarse lasduras condiciones meteorológicasen lasquese vaallevaracabo laconstrucción.Se tratadeuna regiónenlaquesonhabitualestemperaturasquese sitúanen el entorno de −10◦C y donde, durante un promedio de 40

días al a˜no, las nevadas dejan más de 25cm de nieve en el terreno.

Comose puede imaginar, todoesto dificulta los ciclosde producciónenobra.Perotambiéncondicionalamanerade pro-yectar:lameteorologíaes unode losprincipalesfactoresque inspiranlanormativacanadienseylosusosconstructivos loca-les.

2. Descripcióndelaactuación

Laactuacióndelafase1seencuentradivididaensegmentos. Lasestructurasproyectadas porPROES se encuentranenlos segmentosB-1,B-3yA-2.

ElsegmentoB-1eselqueunelaautopista401coneltronco deWestDurhamLink.

ElsegmentoB-3correspondealtroncodeWestDurhamLink enlazonadeTountonRoad.

El segmentoA-2eselcorrespondiente alenlacedela407 coneltroncodeWestDurhamLink.

2.1. SegmentoB-1

TodaslasestructurasdelsegmentoB-1tienenestribos inte-grales y tableros prefabricados a los que se da continuidad medianteladisposicióndediafragmas.

Encuantoalatipología delasuperestructura,sedisponen dostiposdetablerosdevigasprefabricadas:losdevigasdoble T tipoNU, comoelde laestructuraW12y los devigas tipo cajónoboxgirders,enlasestructurasW6,W10yW11.

En cuanto a la subestructura, todas tienen pilas-pilote de variosfustesyestribosintegralescimentadossobrepilotes metá-licoshincados.

Enlatabla1seresumenlasprincipalescaracterísticasdelas estructurasdelsegmento.

2.2. SegmentoB-3

En el segmento B-3 se ha proyectado la estructura W21. Se tratade un puente de dosvanos con estribos integrales y tablerodevigasprefabricadastipoNU,alquesedacontinuidad mediantetraviesaenpila.

Tabla1

ResumendeestructurasdelsegmentoB-1

SegmentoB-1

W-6 W-10(norteysur)

Longitudtotal(m) 72,0 70,0

Luces(m) 22,0+29,0+21,0 21,0+29,0+20,0

Vigas 15box800×1.220 17box800×1.220(norte)

14box800×1.220(sur)

Ancho (m)

37,55 22,90(norte)

18,85(sur)

Esbeltez 1/36 1/36

Esviaje 0◦ ₂₄◦_(norte)

14◦_(sur)

Pilas 5fustesØ=1.200mm 3fustesØ=1.200mm

Alturamáximapilas(m) 5,0 5,7(norte)-3,5(sur)

Cimentación Profunda Profunda

Cargaadmisible ULS10.000kN;L=10,50m ULS10.500kN;L=13,00m

Estribos Integral Integral

Cimentaciones HP310_×110@3,00mL₌10m HP310_×110@2,75mL₌12m

Cargaadmisible(kN) ULS1.900 ULS1.900

W-11 W-12

Longitudtotal(m) 60,0 71,7

Luces(m) 18,0+24,0+18,0 36,2+35,5

Vigas 9box700×1.220 [email protected]

Ancho(m) 12,00 35,30

Esbeltez 1/36 1/22

Esviaje 0◦ ₀◦

Pilas 2fustesØ=1.200mm 5fustesØ=1.200mm

Alturamáximapilas(m) 4,0 7,5

Cimentación Profunda Profunda

Cargaadmisible ULS7.000kN;L=12,00m ULS10.500kN;L=9,60m

Estribos Integral Integral

Cimentaciones HP310×110@2,50mL=12m HP310×110@1,50mL=11m

Cargaadmisible(kN) ULS1.900 ULS1.400

Enlatabla2seresumenlasprincipalescaracterísticasdela estructura.

2.3. SegmentoA-2

Encuantoalasuperestructura,todaslasestructurasdel seg-mentoA-2tienentablerosdevigasprefabricadastipoNU.En lasestructurasM23 y M32se lesda continuidadmediantela disposicióndediafragmasenlaspilas.

Eneste segmento la roca se encuentra a unaprofundidad menor,loquepermitelacimentacióndirectaenlaspilasy con-dicionalatipologíadelosestribos,queensugranmayoríason semi-integralescerradosconcimentacióndirecta.

Enlatabla3seresumenlasprincipalescaracterísticasdelas estructurasdeestesegmento.Enlasfiguras2–4semuestranunas imágenesdelasestructurasenconstrucción.

3. Dise ˜nodepuentesenToronto(Ontario)

3.1. Normativadereferencia

Enelapartadodereferenciasbibliográficassecitanlos prin-cipalesdocumentosutilizadoseneldise˜nodelospuentes.

Tabla2

ResumenestructuradelsegmentoB-3

SegmentoB-3 W-21

Longitudtotal(m) 70

Luces(m) 35+35

Vigas 10NU [email protected]

Ancho(m) 32,20

Esbeltez 1/20

Esviaje 2

Pilas 5fustesØ=1.200mm

Alturamáximapilas(m) 7,5

Cimentación Profunda

Cargaadmisible ULS9.500kN;L=11,00m

Estribos Integral

Cimentaciones HP310×110@1,70mL=17m Cargaadmisible ULS1.600kN

Los de obligado cumplimiento son el código canadiense

Canadian highwaybridge design code (CHBDC CAN/CSA-S6-06)[1]yelStructuralmanual[2]deOntario.

Tabla3

ResumendeestructurasdelsegmentoA-2

SegmentoA-2

M-23 M-29 M-31 M-31A M-32

Longitudtotal(m) 84,0 32,0 45,5 45,5 79,8

Luces(m) 42,0+42,0 32,0 45,5 45,5 42,0+37,8

Vigas [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

Ancho(m) 12,00 9,30 14,60(norte)17,00(sur) 12,05 11,00

Esbeltez 1/21 1/20 1/19 1/19 1/21

Esviaje 0◦ ₄₃◦ ₄₉◦ ₅₁◦ ₁₅◦

Pilas(mm) 2fustesØ=1.200 - - - 2fustesØ=1.200

Alturamáximapilas(m) 8,5 - - - 7,5

Cimentación Directa - - - Directa

Cargaadmisible(kPa) ULS750SLS500 - - - ULS500SLS350

Estribos Semintegrales Semintegrales Semintegrales Semintegrales Semintegrales

Cimentaciones Directa Directa Directa Directa Directa

Cargaadmisible(kPa) ULS750SLS500 ULS750SLS500 ULS750SLS500 ULS750SLS500 ULS750SLS500

M-33 M-34 M-35north M-35south M-36

Longitudtotal(m) 40,0 32,0 45,9 45,9 45,9

Luces(m) 40,0 32,0 45,9 45,9 45,9

Vigas [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

Ancho(m) 11,00 11,00 14,05 21,85 12,05

Esbeltez 1/20 1/20 1/19 1/19 1/19

Esviaje 10◦ ₁₅◦ ₁₄◦ ₁₄◦ ₁₃◦

Pilas(mm) - - - -

-Alturamáximapilas(m) - - - -

-Cimentación - - - -

-Cargaadmisible(kPa) - - - -

-Estribos Semintegrales Semintegrales Semintegrales Semintegrales Semintegrales

Cimentaciones Directa Directa Directa Directa Directa

Cargaadmisible(kPa) ULS750SLS500 ULS500SLS350 ULS750SLS500 ULS750SLS500 ULS750SLS500

M-37 W-26 W-27 W-30

Longitudtotal(m) 46,6 43,0 43,4 45,9

Luces(m) 46,6 43,0 43,4 45,9

Vigas [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] 3.064

Ancho(m) 14,05 15,75 12,00 22,30-24,30

Esbeltez 1/19 1/18 1/18 1/19

Esviaje 10◦ ₃◦ ₅◦ ₄◦

Pilas(mm) - - -

-Alturamáximapilas(m) - - -

-Cimentación - - -

-Cargaadmisible(kPa) - - -

-Estribos Integral Semintegrales Semintegrales Integral

Cimentaciones HP310×110@1100

L=20m

Directa Directa HP310×110@1200

L=10m Cargaadmisible(kPa) ULS1600kN ULS750SLS500 ULS750SLS500 ULS1400kN

proporcionarprocedimientos,políticas,disposicionesdedise˜no yestándaresdeplanosparalapreparacióndelosdocumentos estructurales.Posteriormente,elmanualhasidoactualizado con-tinuamenteparareflejarloscambiosdebidosalsistemamétrico, alosnuevoscódigosdeproyectodepuentesyalasprácticas actuales.Desdesusinicioselmanualhasidorevisadoparaser compatibleconelcódigoAASHTO,OHBDCyconlasdistintas edicionesdelCHBDC.

EntretodoslosdocumentoscitadoscabedestacarelIntegral abutment bridges[3],cuya metodologíase ha utilizadoen el dise˜no yen elcálculo de los puentesconestribos integrales.

Lasventajas, tanto económicascomofuncionales y de incre-mento de ladurabilidad de las estructurascon esta tipología deestribos,sonampliamentereconocidasporelMinisteriode TransportesdeOntario, queen1993publicóestedocumento. Enélse establecenlasconsideraciones tantodeplanificación comodedise˜noyconstruccióndeestatipologíadeestructuras, asícomolaslimitacionesasuuso.

Porúltimo,cabehacerreferenciaalosestándaresdedibujo

Figura2.ConstruccióndeestriboW6.

Figura3.CimentacióndeestriboW10.

3.2. Tablerosdevigaspretensadas

Lostablerosdetodoslospuentesdise˜nadosenlaactuación estánconstituidosporvigasprefabricadassobrelasquese hor-migonainsitulalosadecompresión,alasquesedacontinuidad enpilasmedianteladisposicióndediafragmas.

Figura4.EncofradodeestriboesteW12.

Lasvigasprefabricadassontodaspretensadas,condos tipo-logíasdiferentes.Enlamayorpartedelasestructurassetratade vigaspretensadastipoNUcomolasquemuestralafigura5.

Las vigas NU fueron desarrollas por la Universidad de Nebraskaparasuperarlaslimitacionesdelasvigas prefabrica-dasllamadasI-girders(ahoraconocidascomovigasAASTHO) enpuentescontinuos.Puedenserpostesadas,perosuprincipal aplicaciónescomovigaspretensadasentablerosalosqueseda continuidadmediantelaarmaduradelalosainsitu.

LasvigasNUtienenunacabezasuperiorconanchodealmas muyreducido.Porelcontrario,elala inferiortieneunancho mayorparamejorarlaresistenciaalacompresiónenlaszonas denegativosenpuentescontinuosyparapermitiralojarungran númerodecablesenelcasodequeelpuenteseaisostático.

Existenunaseriedeestructuras,proyectadassobrecursosde agua,enlasqueporcondicionanteshidráulicossonmás adecua-daslasvigascajóntipo«box»(«multi-beamdecks»)(fig.6).

Lasvigascajónutilizadasenelproyectosontodasdeancho 1.200mmycanto800mmcolocadasatope.Ladistanciaentre ejesdevigasehaprevistoconunatoleranciaparatenerencuenta laspeque˜nasdiferencias geométricasquese puedan producir durantelaconstrucción.Nosonnecesariaslasllavesdecortante entrevigas adyacentes. Tan soloes necesario,en algúncaso, algúnsistemadeatadoprovisionalparagarantizarlaestabilidad duranteelprocesoconstructivo.Ademásdeestos requerimien-tosdeestabilidad,esnecesarioimpedirqueseproduzcanflechas

Figura6.Tableroconvigascajón.

Figura7.Placasdeuniónentrevigas.

diferencialesentrevigasadyacentes,locualpodríadarlugara efectostransversalesenlalosade tablero.Paraello se dispo-nenplacas metálicasentrevigas «transverseties»talcomose muestraenlafigura7.

Lasuperestructurasehacalculadoutilizandoelmétodo sim-plificado, tanto para cargas muertas como para sobrecargas, prescritoporelCHBDC[1]ensusapartados5.6.1.y5.7.1.Este métodosuponeunmodelodevigaparaelcálculodemomentos, cortantesydeformacioneslongitudinales,tantoparacargas per-manentescomoparasobrecargas.Parapoderaplicarestemétodo esnecesarioquelostableroscumplanunaseriedecondiciones relativasalancho,esviaje,curvatura,máximovoladizoy con-dicionesdeapoyo.Enalgunodelospuentesproyectados,dado sufuerteesviajeosuanchodetablerovariable,estas condicio-nessecumplen,perodeformamuyestricta,porloquesehan elaboradoenparalelomodelosdeemparrilladoplanoque per-mitenobtenerunoscoeficientesdedistribucióndeesfuerzosde acuerdoconlageometríarealdeltablero.

Respectoalascargashorizontales,se destacalainfluencia delosefectosderetracción,fluenciaytemperaturaeneldise˜no delostableros.Enelcasodelospuentesconestribosintegrales, enlosquelalosadeltableroestáunidaaldiafragmadelestribo, los movimientosproducidos pordichosefectos se introducen comomovimientosimpuestoseneldimensionamientotantode laarmaduradelalosacomodeladeldiafragmadeltablero.Del mismomodo,estosmovimientosimpuestosdebenserincluidos enelcálculodelospilotesdeestribo.

Enelcálculodelasvigastambiénsehantenidoencuenta losefectosderetracción,fluenciaytemperatura.Deestemodo, secumpleloestablecidoeneldocumentoBridgeofficedesign bulletin:Limitingconcretestressesforprestressedgirders[5], derecientepublicación.

Asímismo,sehaconsideradoelefectoqueproduceenlas vigaslarestriccióndelosaparatosdeapoyoalasdeformaciones producidasporestosefectos.

Encuantoaloshormigonesutilizados,sesitúanenel inter-valo 40-50MPa deresistenciaacompresión. Si laresistencia requeridaa28díasesmayorde50MPa,lanormativaconsidera quelasespecificacionesdebenserdehormigóndealtacalidad. La armadura activa necesaria para cumplir con todos los requerimientosdelanormativasedisponecombinandocables quebradosyentubados.Elporcentajemáximodeentubamiento permitidoesdel25%deltotaldecablesdispuestos.Respectoa loscablesquebrados,elStructuralmanual[2]deOntarioindica que,porrazonesconstructivas,selimitelafuerzadedesvíoen el puntodequiebrodelos cables a80kN.Para evitarquese produzcanconcentracionesdeesfuerzosenlosextremosdelas vigas, debidasalpretensadodelos cablesquebrados,estosse handistribuidodeformauniformeportodaelalma,evitandoasí problemasdefisuración(fig.8).

Estadisposicióndearmadurasnoeshabitualenlosproyectos de puentesde vigas realizadosen Espa˜na, en los que, en su mayorparte,lasvigasestánprovistasdecablesdepretensado rectos, contrarrestandoelexcesodepretensadoenlos apoyos concablesenelalasuperioryentubandolosdelalainferior.La normativacanadienseylaespa˜nolacoincidenenelporcentaje máximodeentubamientopermitido.Encuantoalascuantías, enlospuentesproyectadosestashanresultadosuperioresalas quesedispondríanenuntableroproyectadoenEspa˜napordos motivosprincipales:

- Elhechodetenerquedistribuirdeformauniformeloscables quebradosportodaelalmapenalizasucomportamiento,ya que su centro de gravedad está muchomás bajo que si se dispusieranconcentradosenlapartesuperiordelaviga. - ElBridgeofficedesignbulletin:Limitingconcretestressesfor

Figura8.DisposicióndearmaduraactivaenvigasNU.

Figura9.Diafragmaenpila.

porloscablesa0,5veceslaresistenciaatraccióndelhormigón (0,5fcr).

Lacontinuidad,enlos tablerosdelasestructurasdevarios vanos,seconsiguemedianteladisposicióndediafragmasenla zonadepilascomoelquesemuestraenlafigura9.

Para el replanteo de la losa de compresión se han defi-nido líneas maestras longitudinales acotadas cada 3 m, con

contraflechas queasumen el peso propio del hormigón y las cargasmuertas.Deestemodoseaseguraunmejorcontroldel espesordelalosa.Estoquedaestablecidoenelpunto7.2.7del

Structuralmanual[2]deOntario.Asímismo,estedocumento obliga a definir distintas longitudes de esperas en los cercos de lasvigas paraasegurar correctamenteel anclajea lalosa, teniendo en cuenta las pendientes longitudinales, flechas y contraflechas.Debidoaesto,esnecesariodefinirelespesorde la bandalongitudinal de hormigón sobre lasvigas, así como los elementosde apoyode lasprelosas,alolargo de todala viga.

Tambiénsehandefinidorecortesenlascarasinferioresdelas vigasenlazonadeapoyosparaasegurarasíunapoyocorrecto sobre los neoprenos, si bien para grandes pendientes se han dispuestoplacasdeapoyosoldadas(fig.10).

3.3. Dise˜nodepilas

Latipologíadetodaslaspilasproyectadasesladepilas pór-ticoconstituidasporvariosfustesdeseccióncircular.Laspilas correspondientes al segmento A2 tienen todascimentaciones directas,debidoalascondicionesgeotécnicasdeltramo.Enel restodesegmentos,lanecesidaddedisponercimentación pro-fundahacequelasoluciónmásadecuadasealadepila-pilote (fig.11).

Entodaslasestructurasse disponenaparatos deneopreno enlaspilas,porloqueestassemodelizanenelcálculocomo ménsulas conuna longitud equivalente quese determina del siguientemodo:

Figura11.Pilaspórtico407E.

• Enelcasodelaspilas concimentación directalalongitud

equivalenteeslaalturadesdelacoronacióndelapilahastala partesuperiordelacimentación.

• Enelcasodelaspilasconfustepila-pilote,lalongitud

equi-valenteesladistanciaentrelacoronacióndelapilayelpunto fijoestimado,enelquesesuponequeseproduceel empotra-mientodelpiloteenelterreno.Paraladeterminacióndedicho puntofijosehautilizado unprograma deelementosfinitos quecalculaelequilibrioelastoplásticodelapila,admitiendo substratosdesueloconcaracterísticasdiferentesysimulando elcomportamientodelacimentaciónmediantemuellesalos queseasignaunmódulodebalasto.

Paratener encuentalos efectosde segundoorden,el pro-grama de cálculo utiliza un modeloP-Delta, que consisteen amplificarlosmomentosdeprimerordenteniendoen conside-raciónelefectodebidoaladeformada.Porestarazón,setoma comopunto fijodelcálculo elpuntode movimientonulo,de formaqueladeformadaseasimilaralautilizadaenelcálculo deinestabilidadrealizadoconestemétodo.

Ademásdelascargashabituales,esnecesariotenerencuenta enelcálculolascargasdepresióndeaguaydeimpactodehielo enlaspilasdelasestructurasquepasansobrecursosfluviales.

Respecto a lascargas de presión de agua, se ha conside-radoloestablecidoen elpunto3.11 delCHBDC [1].Sehan tenidoencuentalos efectostantodelapresiónestáticacomo deladinámica.Estaúltimaconsideralosefectoslongitudinales ytransversalesdelacorrientedeagua mediantelaaplicación deunascargasquedependendeladensidadylavelocidaddel flujodeaguaydelascaracterísticasgeométricasdelasección depila.

Tambiénsehatenidoencuentaeneldimensionamientode laspilasysuscimentacioneselefectodelasocavaciónestimada enloscálculoshidráulicos(punto3.11.6delCHBDC[1]).Para elloseconsideralasocavacióncomounincrementodelongitud defustealahoradedeterminarelpuntofijodecálculo.

Encuantoalacargadehielo,sehatenidoencuentaelpunto 3.12delCHBDC [1].Estepunto delcódigoserefiere única-mentealascargasdehieloenríosylagos.Paraelcálculode esteefectosedebentenerencuentalossiguientesaspectos:

• Fuerzasdinámicasdeimpactodetémpanosdehielo

arrastra-dosporlacorrienteoelviento.

• Fuerzasestáticasproducidasporlosmovimientosdelos

tro-zosdehielo alrededor delapila debidos alos cambiosde temperatura.

• Empujelateraldebidoalefectoarcoqueproducenlasbarreras

dehielo.

3.4. Puentesconestribosintegrales

Lasnecesidadesdefuncionalidady,sobretodo,de durabili-daddelasestructurasdeltramohacenquelamayorpartedeellas seanpuentesdeestribosintegralesysemintegrales,eliminando deestemodolasjuntasdedilatación.

Lasjuntasdedilataciónylosapoyossonsingularidadesque puedengenerarenlospuenteslassiguientesconsecuencias:

• Percepcióndelasjuntasporlosusuariosalcircularsobrela

estructura.

• Mayorfrecuenciaycostedelasoperacionesdeconservación. • Da˜nosenlasacerasybarrerasporlamayordeformabilidad. • Efectosdinámicosindeseables,conmayorriesgodefatiga. • Deformabilidaddelosterraplenesdeacceso.

• Problemasdeinfiltracióndeagua.

Enlospuentesconestribosintegraleslasjuntassedisponen fueradeellos,alfinaldelalosadeaproximación,yseeliminan losaparatosdeapoyo.Elefectodelasaccioneslongitudinalesen lasubestructuraseminimizaflexibilizandolacimentacióndelos estribosydisminuyendolaresistenciafrentealosmovimientos horizontales.

3.4.1. Consideracionesdedise˜no

Los estribos integrales deben proyectarse para resistir las siguientescargas:

• Cargas transmitidas por el tablero debidas al peso propio,

cargasmuertas,tráficoygradientetérmico.

• Esfuerzosproducidosporlacoaccióndelosmovimientosde

laestructura.Estospuedentenerdiferentesorígenes:

• Movimientos intrínsecos,como retracción, fluencia,

pre-tensadoytemperatura.

• Movimientos debidos a cargas exteriores, como viento,

sismo,frenadoyfuerzacentrífuga.

• Movimientos debidos al terreno, como los asientos del

terreno de cimentación, así como de los terraplenes de accesoysusempujes.

Esnecesariotenerencuenta,ensudise˜no,losefectosdelas combinacionesdecargasenlasdistintasfasesconstructivas:en unaprimerafaselasvigasdel tableroestánsimplemente apo-yadasenelestriboyposteriormentesesolidarizanconélpara hacerelestribointegral.

En cuanto al cálculo de la cimentación,en el documento

Figura12.Modelosdecálculo.

• Métododelvoladizoodelaménsulaequivalente:considera

el pilote como unaménsula empotrada a unaprofundidad determinadadelasuperficiedelterreno.Deforma simplifi-cadasepuedeadoptarunalongituddeempotramientode10 diámetrosequivalentes.

• Método delmódulode balasto: setratade unmétodomás

sofisticado,enelquesemodelizaelterrenomediantemuelles. Estemétodorequiereunacaracterizaciónrigurosadelterreno medianteelmódulode balasto delasdiferenteszonas que atraviesaelpilote.

Enlafigura12semuestranlosmodelosdecálculodeambos métodos.

Enelproyectosehancombinadolosdosmétodos,aunqueen lamayorpartedeloscasossehautilizadoelmétododel vola-dizo,considerandounalongitudequivalentede 10diámetros. LosperfilesempleadosenlospilotesdelproyectosontodosHP 310×110,porloquesehaconsideradoundiámetroequivalente

de300mmentodosloscasos.Laexperienciademuestraqueeste métodoesconservador,yaqueelpuntodeempotramientosuele estaramenosde10diámetrosdelasuperficiedelterreno.El métododelmódulodebalastoes másprecisoypermite redu-cirla longitudde los pilotes enla mayor partede los casos, perorequiereunainformacióngeotécnicamuchomáscompleta yprecisa.

3.4.2. Elementosdelestribointegral

Losestribosintegralesproyectadosconstandelossiguientes elementosfundamentales:muro,diafragma,cimentación flexi-ble,losadeaproximación,juntayaletas.

Elmuroyeldiafragmaconstituyenelcuerpodelestribo.Enel

Integralabutmentbridge [3]figuranalgunasrecomendaciones paraeldise˜nodelosmuros:

• Laalturadel murono debesuperarlos 6,00m,paraevitar

excesivosempujesdetierras.

• Serecomiendaqueambosestribosseandealturassimilares.

Ladiferenciadealturaentreellosprovocaundesequilibrio enlosempujesproducidosporelterrenoenamboslados,que debeserconsideradoenelcálculo.

Se requiereun mínimoempotramiento (1,20 m)del muro enelterrenodenominado«frostprotection»(fig.13)o,ensu defecto,quesedefinaeladecuadoaislamientocontralosefectos delahelada.

Unelementomuyimportanteeneldise˜nodeestatipología deestriboseslaconexiónentreelmuroyeltablero.

Enlafigura14semuestranlasconexionescorrespondientes alosdostiposdetablerosutilizadosenelproyecto,quefiguran enelIntegralabutmentbridge[3].

Encuantoalacimentación,estadebeserflexible.La cimenta-ciónproyectadaparaestatipologíadeestribosesunaúnicalínea de pilotesmetálicoshincados.Para estructurasen lasquelos movimientosylascargassontalesquepermiteneldise˜nodelos pilotesenrégimenelástico,laconexióndebeconsiderarserígida ylospilotesdebenorientarsesegúnelejedemayorinercia.En estecaso,elIntegralabutmentbridge[3]proponequela cone-xiónseconsidererígidayquelospilotesseorientenconsueje demayorinerciaperpendicularaladireccióndelmovimiento. Enestoscasossedebetenerenconsideraciónlaestabilidadde laestructuraenelsentidotransversal,disponiéndoseelnúmero depilotesrequerido,inclusomodificandosuinclinación.Porel contrario,cuandolascargasylosmovimientossontalesqueel piloteseencuentraenrégimenplástico,lospilotesdeben orien-tarsesegúnelejedemenorinercia.Enestoscasos,elpilotedebe proporcionarlaflexibilidadyrotacionalidadsuficientes.Parael rangodelucesdelospuentesproyectados,enlamayorpartede loscasos,lomásadecuadohasidoorientarlospilotessegúnsu ejedemenorinercia.Enlafigura15semuestraelprocesode hincadelospilotesenunadelasestructurasproyectadas.

Encuantoalaconexiónentreelmuroyelpilote,elIntegral abutmentbridge[3]indicaqueestesedebeempotraralmenos 600mmdentrodelmuroyquesedebedisponerlaarmadurade transmisióndecargasenlacuantíanecesaria.

EnelStructuralmanual[2]sedanrecomendacionesdecarga verticalmáximaadmisible,limitandosuvalora2.000kNpara losperfilesHP 310×110,quehansidolosempleadosenlos

estribosproyectados.

Paragarantizarlaflexibilidaddelospilotes,serealizauna perforaciónenlosprimeros3,00mde600mmdediámetro,que posteriormenteserellenadearenasuelta.

Figura13.Perforaciónrellenadearenay«frost-protection».

Otroselementosateneren cuentaeneldise˜nodel estribo integralson:

• Losadeaproximación • Aletas

• Juntasdedilatación

Paraladefinicióndetodosellossehanseguidolosestándares dedibujodeOntario,quefiguranalfinaldelStructuralmanual

[2].

La losa de aproximación tiene como finalidad fundamen-tal absorber la diferencia de asientos entre el terraplén de acceso y la estructura. Además, permite dar continuidad al pavimento,favoreciendo la seguridady comodidad del usua-rio,asícomoalanclajedelsistemadecontencióndevehículos. Sudisposicióndificultalafiltracióndelaguaeneltrasdósdel estribo.

Encuantoalasaletas,tantoelStructuralmanual[2]de Onta-riocomo el Integral abutment bridge[3] limitan su longitud a 7,00 m, para minimizar la resistencia al movimiento de la estructura.

Losmovimientosproducidosporeltableroenelencuentro entrelalosaylacalzadahacennecesarialadisposicióndeun ele-mentoquepermitagarantizarlacontinuidadentreelpavimento ylalosa,asícomolaseguridadyelbienestardelosusuarios.En elproyectosehandispuesto dostiposdejuntas,dependiendo delamagnituddelmovimientoesperado.

3.4.3. Limitacionesalusodeestribosintegrales

Estatipologíadeestribosnosiempreeslamásadecuaday existendiversosfactoresqueesnecesarioconsiderar:

Lalongitudmáximadelospuentes:puedeconsiderarsequela longitudmáximadeunpuenteconestribosintegralesestáenel entornodelos150 m.Enpuentesconlongitudescomprendidas entre100y150 msepuededisponerestatipologíadeestribos siempre queenelproyectose realiceuncálculodetalladode susmovimientosysusefectos.Esnecesario,enestoscasos,un dimensionamientoadecuadodelasjuntasysuscorrespondientes sellados,aparatosdeapoyo,rellenosylosasdeaproximación, asícomouncontroldelastemperaturasdurantelaconstrucción.

Figura14.Conexiónestribo-tablero.

estribos,porpresentarmayoresmovimientosdebidosala retrac-ciónylafluencia.Coneste tipodeestribos se suelenutilizar tablerosdevigasdeacerouhormigón,conlosadecompresión dehormigónyvigastipocajóndehormigónpretensado.

Geometríadelaestructura:nodebendisponerseestetipode estribosenlasestructurasconesviajessuperioresa35◦_,debido

alafaltadeuniformidaddelascargasyalasdificultadespara establecerlosmovimientosysusdirecciones.Eneldise˜nodelas

estructurasdela407sehatenidomuyencuentaesteaspecto,ya quevariasdelasestructurasproyectadastienenfuertesesviajes. La estructuracon estribos integralescon mayor esviaje es la W10, con un valor de 24◦_{. Eneste caso se llevó acabo un}

análisisrigurosoparaconsiderartodoslos efectosproducidos porelesviaje,comolatorsión,ladesigualdistribucióndelas cargas,asícomoelincrementode longituddelapartedelos estribosexpuestaalempujedetierras.

Figura16.SistemaCSP.

Alturadelosestribosylongituddealetas:comoseha comen-tadoanteriormente,serecomiendaquelaalturadelosestribos noseasuperiora6,0mparareducirlosempujesdetierras.En cuantoalasaletas,sulongitudselimitaa7,0m.

Puentesdevariosvanos:lasestructurasdebendise˜narselo mássimétricasposiblesparaprocurarquelosmovimientossean similaresenambosextremosdelpuente.Laspilasysu cimen-tacióndebenserflexibles.

Condicionesdelterreno:unacondiciónfundamentalenesta tipología de estribos es que su cimentación sea flexible. Por tanto,enemplazamientosconterrenosmuycompetentesauna cotatalquelospilotestenganunalongitudinferiora5,00m,no serecomiendadisponerestribosintegrales.

3.5. Puentesconestribossemintegrales

Cuandoeneldise˜nodelasestructurasdeltramoseha plan-teado algunade laslimitaciones anteriores,se ha recurridoa solucionesconestribossemintegrales.

Lasrazonesfundamentalesquehanllevadoaldise˜nodeeste tipodeestribosenelproyectosondos:

- Lascondiciones del emplazamiento: la mayor parte de las estructurasdelsegmentoA2sehanproyectadoconestribos semintegralesdebidoaquelarocaseencuentraaunacotatal

Figura17.Estribosemintegral.

queimposibilitaladisposicióndeunacimentaciónflexible. Todoslosestribossemintegralesdise˜nadossoncerradoscon cimentacióndirectaymurosenvueltaoaletasformandoun ángulo conel muro frontal,como el que se muestra en la

figura17.

- Elfuerteesviaje,superiora35◦_{,quepresentanalgunasdelas}

estructurasdelsegmentoA2.

Los puentescon estribos semintegrales sonestructuras de unoomásvanosconcimentacionesrígidas,enlosquenohay conexiónentrelosestribosyeltablero,enlosquelasjuntasde expansiónsedisponentambiénfueradelpuente,yhay continui-dadentrelalosadecompresióndeltableroyladeaproximación. Aligualqueenelcasodelosestribosintegrales,elMinisterio deTransportesdeOntariopublicóundocumentocon conside-raciones parala planificación,el dise˜noy laconstrucción de estatipologíadeestribos.Estedocumentosedenomina Semi-integralabutment bridges[6].Enél figurandetalles comoel deldiafragmadeestribos,cuyoscriteriossehanaplicadoenlas estructurasproyectadas(fig.18).

4.ComparaciónconexperienciassimilaresenEspa ˜na

Sehaconsideradointeresanterealizarunacomparacióndel proyectodelasestructurasconestribosintegralesenCanadácon experienciassimilaresproyectadasyconstruidasenEspa˜na.

Paraellosehananalizadolasdiferenciasysemejanzasque existen entrelasestructuras dela autopista407 enOntario y lasestructurasintegralesdelavariantedeOssadeMontiel,en Espa˜na(proyectadastambiénporPROESConsultores).

Sedestacanacontinuaciónlasprincipalesdiferencias:

• Haydiferenciasimpuestasporlasnormativaspropiasdecada

país.

• Existendiferenciasenladefinicióndelosdetalles

Figura18.Diafragmaestribosemintegral.

indicarseenla definicióndelelemento(Ontario provincial standarddrawing[4]).

• Haydiferenciasdecaráctergeográficoyambiental.En

Onta-rio, las condiciones de humedad y temperatura hacen que seannecesariasmedidasespecialesparaaumentarla durabi-lidaddelasestructuras.Sedestacan,acontinuaciónlasmás importantes:

• Protecciónfrentealaheladadelhormigóndelosestribos

y lascimentaciones («frost protection»),citada anterior-mente.

• Lasarmadurasquepuedanestarencontactoconlassales

fundentesdedeshielodebenestarprotegidasmedianteun revestimientode epoxi(«coated bars»).EnelStructural manualdeOntario[2]sedefinenlaszonasdesalpicaduras («splashzones»),en lasquees obligatoriodisponer esta protección. Esmuy importante, en eldise˜no de los ele-mentosdelaestructura,determinarquéarmadurasdeben ser«coated»,yaqueestasrequierenlongitudesdeanclaje ysolapesuperioresalasdelasarmadurasnoprotegidas. Enlafigura19semuestraelarmadodeunpiloteconeste

Figura20.PilasempotradasenOssadeMontiel.

En cuanto a las semejanzas encontradas, cabe citar las siguientes:

• Elconceptodeestribointegraleselmismo.

• Laspublicacionesenambospaísesresuelvendeformamuy

similarestetipodeestructuras:

• EnEspa˜nalaGuíaparalaconcepcióndepuentesintegrales

en carreteras [7] publicada porlaDirección Generalde Carreteras.MinisteriodeFomento,en2000.

• EnCanadáelIntegralabutmentbridges[3]publicadopor

elMinisteriodeTransportesdeOntario(MTO).

Comparandolasdosexperienciascitadas,cabedestacarque lospuentesdelavariantedeOssadeMontielsontotalmente inte-grales,yaquesehaneliminadotambiénlosaparatosdeapoyo enlaspilas.Estasseencuentranempotradaseneltablero, cons-tituidoporunalosaconstruidainsitutalcomosemuestraenla

figura20.

EnCanadá,encambio,sehapreferidoaprovecharlasventajas de facilidady rapidez de colocaciónde los tablerosde vigas prefabricadas, disponiéndosedinteles y aparatosde apoyoen laspilas(fig.11).

Agradecimientos

Es necesario citar a los principales intervinientes en esta actuación,graciasacuyaparticipaciónelproyectodela amplia-cióndelaautopista407sehapodidomaterializar:

Ferrovial-Agromán S.A.y SNC-Lavalin Inc.hanestado a cargodelaconstrucción.EnFerrovial,ladireccióntécnicaha estadoacargodeLuisAmigoysuequipo,conRebecaGómez enlapartedeestructuras,quehaaportadosuexperienciaeneste tipodepuentes.

Todoeldise˜noseharealizadomanoamanoconlafirmade ingenieríaestadounidenseJanssen&SpaansEngineering, radi-cadaenIndianápolis,conunequipomultidisciplinarcoordinado porRobertGray.

TodoelequipodelÁreadeInfraestructurasTerrestresha par-ticipadoenelproyecto.Hahabidodosingenierosdesplazados enEstadosUnidosparagarantizarunaadecuadacoordinación, ManuelMoránSotoyLuisaFernandaGarcía.

En las dos páginas web siguientes: http://www. highway407east.com y http://www.407eastphase1.ca/ puede verse elestado de esta actuación en tiempo real, conmucha informacióngráfica.

Bibliografía

[1]CanadianStandardsAssociation,CanadianHighwayBridgeDesignCode CAN/CSA-S6-06,November2006.

[2]StructuralOffice,Ministry of Transportation,Structural Manual,MTO, Ontario,2008.

[3]StructuralOffice,MinistryofTransportation,Ontario,Integralabutment bridges,TheQueen’sPrinterforOntario,1996.

[4]StructuralOffice,MinistryofTransportation,Ontario,OntarioProvincial StandardsforRoadsandPublicWorks.Volume3-DrawingsforRoads, Barriers,Drainage,SanitarySewers,Watermains,andStructures,November 2010.

[5]StructuralOffice,MinistryofTransportation,Ontario,Bridgeofficedesign bulletin:Limitingconcretestressesforprestressedgirders,April292013. [6]StructuralOffice,MinistryofTransportation,Ontario,Semi-integral

abut-mentbridges,TheQueen’sPrinterforOntario,1999.