analisis multicriterio de solucion puente

E.T.S.Ing.Caminos, Canales y Puertos. Autora: Carolina Valencia Cabeza Viaducto del Rodenillo. Estudio de soluciones Tutor: D. Alejandro Castillo Linares

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ANEJO Nº8:

ANÁLISIS MULTICRITERIO


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ÍNDICE

1. Introducción

2. Valoración económica

3. Valoración ambiental

4. Variable estética

5. Facilidad constructiva

5.1. Aspectos generales

5.2. Construcción del tablero de vigas prefabricadas de hormigón

5.2.1. Sección transversal

5.2.2. Morfología longitudinal

5.3. Construcción del tablero sección cajón

5.4. Construcción del tablero mixto

5.5. Conclusiones derivadas de la construcción

6. Análisis multicriterio


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1.‐ INTRODUCCIÓN.

Llegados a este punto, se han presentado las tres alternativas, que se han estimado óptimas para el barranco que deseamos franquear. A continuación, se han predimensionado cada una de las opciones descritas, completando la definición geométrica necesaria para todo futuro análisis económico.

Finalmente se han valorado económicamente cada una de las alternativas. En este análisis no se han considerado los términos correspondientes a IVA, beneficio industrial, expropiaciones, etc., ya que como se comentó no creemos que aporten nada nuevo y no harían más que perdernos en más números sin mucho sentido habida cuenta de que no estamos analizando la viabilidad del proyecto, sino que estamos eligiendo la opción óptima.

Ahora es el turno de, apoyándonos en los estudios del medio físico, en los presupuestos referidos anteriormente y en las características constructivas y


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peculiaridades, realizar una valoración global de todas las alternativas con el fin de no cometer el error de elegir la opción correcta basándonos únicamente en la vertiente económica.

De esta manera evaluaremos los siguientes criterios:

- Valoración económica.

- Valoración ambiental.

- Valoración estética.

- Facilidad constructiva.

Evidentemente, cada uno de estos aparatados tiene un peso relativo, que es función de la importancia relativa que creamos que deben tener; así, estos pesos quedan:

- Valoración económica: 40%.

- Valoración ambiental: 15%.

- Valoración estética: 15%.

- Facilidad constructiva: 30%.

2.‐VALORACIÓN ECONÓMICA.

A continuación vamos a introducir un cuadro resumen extraído de la valoración económica, tan solo se expondrán los resultados globales así como los resultados por m2 de estructura. Dichos resultados son:

Alternativa Coste total Coste unitario

Puente viga 2.146.584,46 € 782,3 €/m2

Puente de sección cajón 2.056.947,38 € 709,78 €/m2

Puente mixto 3.142.669,51 € 1084,07 €/m2

De esta manera, se observa que la solución más barata es la de puente de sección cajón, tanto si nos fijamos en el coste por metro cuadrado como si nos fijamos en el coste total.


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3.‐ VALORACIÓN AMBIENTAL.

Los condicionantes ambientales para la realización del proyecto, se basa en que el viaducto no cause daños medioambientales en la zona de estudio.

Recordando los planteamientos expresados en él, debemos tener en cuenta que la realización de un viaducto no causa grandes afecciones en el seno del espacio natural, así como en el seno del patrimonio histórico‐artístico en las cercanías de la obra.

Así, aplicando las medidas correctoras clásicas para este tipo de proyectos, no debemos tener en cuenta los problemas que se desprenden de la construcción de una estructura de semejantes dimensiones.

Del mismo modo la tipología que se escoja poco afecta en este apartado pues, las actuaciones causadas y los lugares donde estas se sitúan son idénticos. Por tanto, no entendemos que la tipología influya de manera decisiva en la elección de la alternativa elegida en el campo de la variable ambiental.

4.‐VARIABLE ESTÉTICA.

El puente es un elemento del camino. Una vía de ferrocarril, como en nuestro caso, pero también una carretera en otros, se sirven de puentes para salvar determinados obstáculos que se encuentran en su camino, en nuestro caso un río, el barranco del Rodenillo.

La vía impone sus condiciones. Anchuras, alturas, peraltes, trazado en planta son datos para el diseño del puente y las variables que constituyen su dimensión funcional. Rara vez el puente impone sus condiciones a la vía, tienen que ser cruces realmente excepcionales, que reúnan una máxima dificultad para las posibilidades de la tecnología y unos costes excesivos, para que sean estos los que determinen a priori la ubicación del puente y sus condiciones geométricas a las cuales debe plegarse el trazado de la vía.

Con lo anterior vemos que la función de un puente no es resistir, como en un principio se podría pensar, su función es unir, salvar una discontinuidad. Muchas de las características del puente vienen fijadas por las características de la vía a la que sirve y del tráfico al que va dirigido, sin embargo quedan aún muchas otras variables que serán elección del proyectista.

El fijar estas variables viene de la mano de conocer que para un ingeniero es bello lo que resiste, porque en cualquier tarea hay que ir buscando la consonancia y no otra cosa.

Junto a lo anterior, cabe argumentar que la construcción civil es muy costosa y se paga con fondos públicos y por lo tanto lo más importante, su esencia es el papel resistente, en todo momento su construcción y diseño viene limitada por exigencias de costo mínimo.

Pues bien, en relación a los aspectos expuestos llegamos a la conclusión de que cualquiera de las tipologías propuestas es capaz de cumplirlos, por lo que estos no serán motivo de descarte de ninguna de las alternativas.


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Sin embargo, la solución puente viga es la que mejor los cumple, debido a que cuando se observa un puente de esta tipología se ven claramente una serie de pilas que, apoyadas en el terreno a través de sus respectivos cimientos tienen la función de sostener una serie de vigas transversales que a su vez se encargan de soportar el tablero, con la finalidad última de salvar para el tráfico rodado la discontinuidad existente.

Pero a pesar de todo lo anteriormente expuesto hay otras variables significativas en la estética de los puentes. Siempre se ha dicho que la estética de los puentes se centra en dos puntos fundamentales: la posibilidad de obtener grandes luces y la de conseguir líneas flexibles y cantos muy reducidos. Estos dos objetivos no tienen otro fin que el intentar, de alguna manera que el puente pase lo más desapercibido posible en el entorno en el que se encuadra.

En el tema de conseguir las mayores luces posibles la solución que sale más claramente beneficiada es la de puente mixto y la del puente sección cajón ya que con éstas se alcanzan, en nuestro caso luces de hasta 45 metros en los vanos centrales y de 36 metros en los extremos. Sin embargo, en cuanto a líneas flexibles y cantos muy reducidos queda claramente por debajo de la solución de puente de vigas.

Las luces en los casos del puente de vigas son menores que las que se alcanzan con las otras dos soluciones, pasando de luces de 28 metros muy ajustadas, a luces de hasta 45 metros. Sin embargo, el canto que necesitamos para que el puente resista con vigas artesa prefabricadas es de 2,3 metros, mientras que en las otras dos soluciones asciende hasta 3,1 metros.

Para la solución de puente mixto, se tiene menos peso propio, pues la parte metálica del tablero, aligera bastante el peso de la sección del tablero, respecto a la solución de sección cajón.

Respecto a lo que el peso propio se refiere, la solución más desfavorable es la del puente de vigas prefabricadas, pues se trata de dos vigas artesa, frente a una sección

monocelular de cajón en las otras dos alternativas. De ahí que se puedan alcanzar mayores luces con estas dos últimas soluciones, a diferencia de las del puente de vigas.

Así, teniendo en cuenta que la solución mediante tablero de sección cajón presume de tener las mejores relaciones canto/luz, además de poseer menos peso propio y una sección monocelular, preferible a la vista, con homogeneidad de materiales, será la que reciba mayor puntuación en este aspecto

Siguiendo estos cánones, y en función de las características de cada una de las alternativas, podemos atribuir las siguientes puntuaciones cuantitativas:

Alternativa Puntuación

Puente viga 5

Puente sección cajón 10

Puente mixto 7


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5.‐ FACILIDAD CONSTRUCTIVA.

5.1.‐ Aspectos Generales.

Resulta encomiable que un proyectista quiera realizar la solución más estética y con más integración en el entorno, pero tenemos que darnos cuenta de que el trabajo fundamental de un proyectista es hacer las cosas lo más económicas y fácilmente construibles dentro de lo posible.

Los aspectos generales más importantes a tener en cuenta a la hora de llevar a cabo un Viaducto como es el caso son los siguientes:

• Las tipologías estructurales básicas en puentes están fuertemente ligadas a un proceso constructivo.

• Existen dos condiciones básicas para que un puente se pueda construir:

- Deben emplearse elementos de peso manejable y controlable (viga elemental, dovela, etc.)

- Es fundamental que la estructura, conforme se construye, vaya resistiendo de manera similar a como tiene que hacerlo durante su vida útil, para que su dimensionamiento y por lo tanto coste, no venga condicionado por el proceso constructivo.

• El proceso constructivo y sus fases condiciona fuertemente la evolución de esfuerzos y deformaciones de la estructura. Todas las deformaciones de la estructura en sus fases constructivas deben ser calculadas y verificadas en obra mediante replanteo topográfico, con objeto de que el puente alcance la rasante que queremos.

Comentar que en todos las tipologías elegidas para solución del Viaducto sobre el barranco del Rodenillo el proceso constructivo comienza con la ejecución de las

cimentaciones de pilas y estribos y por lo tanto su correspondiente excavación, ferrallado, encofrado y hormigonado y la ejecución de los alzados de pilas y estribos, con su ferrallado, encofrado y hormigonado correspondientes. Así, la mayor diferencia en cuanto a lo que se refiere el proceso constructivo se encuentra en la construcción del tablero de cada una de las tipologías propuestas como solución y es en esto en lo que nos centraremos en los siguientes apartados.

5.2.‐ Construcción del tablero de vigas prefabricadas de hormigón.

La utilización de elementos lineales prefabricados para la construcción de puentes es uno de los métodos más generales de ordenar el proceso de construcción de un puente, y esto ha ocurrido a lo largo de todos los tiempos, desde los puentes de madera con troncos que salvan la luz entre dos soportes, hasta los puentes metálicos.

Las vigas de hormigón pretensado se incorporan más tardíamente a esta familia, pero una vez que se ajustó la distribución del material para obtener el máximo rendimiento resistente con el mínimo peso y se desarrollaron adecuadamente los procedimientos de montaje, grúas, vigas de lanzamiento, etc, la familia de los así llamados, puentes de vigas prefabricadas de hormigón pretensado, constituyó la manera más universal de construir puentes de luces moderadas (rara vez pasan de 50 m). Cada viga se monta directamente entre dos pilas y colocándolas paralelamente a una cierta distancia; van constituyendo el soporte de una losa de hormigón que constituye el tablero del puente.

5.2.1.‐ Sección Transversal.

Los tableros más usuales de vigas doble “T”, están formados por vigas separadas entre sí del orden de 3 a 4 m y luces que raramente pasan de 40 m. de longitud. En el caso de puentes de ferrocarril, como es nuestro caso, lo más usual es emplear las vigas artesa


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de sección cajón, por su mayor estabilidad y rigidez a torsión, dado que las cargas del ferrocarril son mayores. El peso de estas vigas puede alcanzar las 70 u 80 tn para las vigas más largas. Esta tipología constituye una solución excelente, barata y eficaz, con una perfecta adecuación, entre la capacidad resistente parcial de cada uno de los elementos que la constituyen, a cada una de las fases de construcción por donde pasa y a la que tiene que realizar durante su etapa en servicio.

El procedimiento más habitual de fabricación del tablero cuando se utilizan vigas artesa es el siguiente:

Lo más fácil es disponer las vigas uniformemente distribuidas desde el borde, de manera que no sea necesario volar la losa superior, y esto es lo que hemos propuesto para la sección del tablero correspondiente a la solución mediante puente de vigas. La utilización de un encofrado de madera u hormigón (losas de hormigón prefabricado), a colocarse entre las vigas es el procedimiento más habitual.

La separación entre vigas constituye una luz considerable para las prelosas. Por esta razón la cabeza de compresión de las vigas prefabricadas se realiza de una gran anchura (174 cm en nuestro caso) para acortar esa luz y permitir espesores de no más de 5 ó 6 cm para las prelosas, las cuales deberán estar convenientemente armadas para soportar el peso del hormigón fresco de la losa.

5.2.2.‐ Morfología Longitudinal.

La estructura longitudinal utilizada por los puentes de vigas prefabricadas, empezó siendo la de tableros bi‐apoyados sobre pilas, situación más frecuente y de plena vigencia hoy en día, y se ha pasado a la utilización de casi cualquier morfología longitudinal del puente. Tableros biapoyados, continuos, apuntalados,, atirantados, constituyen las diversas morfologías posibles hoy en día, cuyo único problema fundamental a resolver es la unión longitudinal entre elementos prefabricados.

Los tableros bi‐apoyados son la disposición más habitual. Las vigas se apoyan sobre los pilares por medio de apoyos de neopreno y sobre (entre) ellas se hormigona el tablero.

El pavimento superior necesitará un ajunta de dilatación encima de las pilas que permita los movimientos longitudinales del tablero por temperatura, fluencia y retracción.

Este tipo de tableros suele suponerse isostático a efectos de los asientos diferenciales entre pilas y esto, en general, no es cierto. Si el asiento de la pila, en su conjunto, es un descenso vertical exclusivamente, el tablero es isostático. Pero debido a la envergadura transversal de este tipo de puentes el asiento transversal de las pilas puede no ser constante. En este caso este descenso diferencial introducirá unas torsiones en el tablero, los cuales producirán una serie de esfuerzos de flexión y torsión en vigas y losa transversal aunque en general estos son pequeños en el caso de vigas artesa.

El tablero bi‐apoyado produce un excesivo número de juntas transversales en el puente lo que ha conducido a eliminarlas, manteniendo la estructura esencialmente bi‐apoyada a efectos resistentes. Los tableros semi‐continuos establecen la continuidad entre los vanos, exclusivamente a nivel de la losa superior. Las vigas quedan separadas y apoyadas sobre las pilas. Esta unión tiene como misión eliminar las juntas de dilatación del pavimento, proporcionando una rodadura mucho más confortable.

La losa se desconecta de las vigas en una determinada longitud. Para ello se elimina la armadura de cercos y se interpone un material inerte que impida la adherencia entre el hormigón de la viga y de la losa. Debe tener un determinado espesor para impedir el contacto entre los dos hormigones. De esta manera se consigue proporcionar a la unión una determinada flexibilidad que le permita hacer frente con seguridad a los siguientes esfuerzos:

- Los correspondientes a las deformaciones impuestas por la fluencia y la retracción del hormigón que producirán giros en los apoyos en función del tiempo. Estos


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giros producen unos esfuerzos, tanto menores cuanto mayor es la longitud L de la losa desconectada de las vigas.

- Los correspondientes a los giros de las vigas como consecuencia de la acción de la sobrecarga sobre los vanos. Estos esfuerzos son instantáneos y son tanto más pequeños cuanto mayor es la longitud desconectada L.

- Los correspondientes al peso propio de la losa, a la carga muerta y a la aplicación de la sobrecarga actuando sobre la longitud desconectada L. Estos valores serán tanto mayores conforme aumenta la luz L.

Por tanto la longitud L de la zona desconectada depende del compromiso a encontrar entre unos efectos desfavorables y otros favorables, pero en general crecerá con la luz del tablero. Para luces del orden de 30 ó 40 m, como es nuestro caso, la longitud variará entre los 2 y 4 m.

5.3.‐ Construcción del tablero sección cajón.

Dentro de la construcción de tableros “in situ” existe una gran multitud de variantes, desde procedimientos muy artesanales a los altamente industrializados. Todos ellos se caracterizan por la presencia de dos elementos base: el encofrado que da forma al hormigón y la cimbra, que lo sostiene en su sitio.

Se pueden distinguir dos clases de cimbras. Aquellas que refieren su carga al suelo, en ellas la obra depende de la accesibilidad al suelo, y la cimbra autoportante, que a modo de estructura auxiliar transmite sus cargas a elementos estructurales del puente, liberando la construcción del tablero de lo que pasa en suelo.

Las primeras, las que se apoyan en el suelo, varían sus disposiciones, en función de la altura de la obra. Dentro de las cimbras sutoportantes tenemos una gran variedad de

disposiciones, en que unas veces la cimbra se coloca por encima del tablero y otro por debajo.

Cimbras apoyadas en el suelo

En nuestro caso, dada la no mucha altura de la obra al suelo, se permitiría el uso de cimbra apoyada en el suelo para hormigonar en tablero, en el caso de que escogiéramos esta solución.

En este caso, contamos con varias soluciones a su vez, que pasamos a estudiar:

En primer lugar, en el grado más bajo de la escala, contamos con las cimbras de tubos metálicos o de madera, sobre la que se apoya un encofrado de madera que da forma a la geometría específica del dintel.

Los tubos se apoyan en el suelo sobre unos tablones de madera o pequeñas cimentaciones de hormigón que tienen por fin repartir la pequeña carga que recoge y así reducir los asientos del suelo. Tanto en la parte superior como en la inferior tienen husillos con los cuales ajustar la altura del encofrado y facilitar las operaciones de desencofrado.

Este tipo de cimbra se usa principalmente para puentes de altura pequeña, hasta 8 ó 10 metros. Su coste es proporcional al volumen cimbrado y a los metros cuadrados de encofrado utilizado. Esto determina que únicamente para puentes de pequeña longitud se usa una cimbra y encofrado completo. Es el método de cimbrado ideal para pasos superiores.

Cuando el puente tiene varios vanos, como es nuestro caso, la construcción se realiza por el procedimiento tramo a tramo. Este método consiste en cimbrar y encofrar únicamente un tramo, constituido por una longitud de dintel comprendida entre dos secciones situadas a cuartos de luz de dos vanos sucesivos. Una vez hormigonado un tramo se pretensa, descimbra y desencofra y ambos elementos, cimbra y encofrado, pasan al tramo siguiente. De esta manera se economiza mucha cimbra y encofrado. La obra se


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hace muy secuencial y desde el punto de vista resistente solo se produce una pequeña perturbación en la respuesta resistente.

Para poder materializar los gálibos de alguna servidumbre inferior, se utilizan vigas metálicas normales, apoyadas en filas de soportes de tubos, que deberán estar dimensionados para la carga que transmiten las vigas. Si se espera que estas vigas van a flectar significativamente por el peso del hormigón fresco, se dispone en el encofrado que se apoya sobre ellas una pequeña contraflecha que contrarreste el de las vigas metálicas.

Cuando la altura a que se desarrolla el tablero es elevada, la utilización de tubos elementales situados a distancias muy pequeñas es antieconómico. Se recurre a un tipo de cimbra constituido por castilletes metálicos de mayor rigidez a flexión por su arriostramiento interno y de vigas en celosía que puentean la distancia que existe entre casquilletes o entre casquilletes y pilas definitivas.

Se han alcanzado hasta 40 m de altura con estas cimbras.

La normalización de estos elementos es total, tanto las vigas en celosía como los casquilletes metálicos son desmontables y formados por elementos que se pueden unir entre sí para cubrir todos los rangos de alturas y luces normales.

Las uniones entre estos elementos se realiza por medio de bulones de acero especial. Los correspondientes al cordón inferior de las vigas en celosía son reglables de manera que se pueda proporcionar contraflecha a la cimbra.

Todas las vigas se colocan sobre los casquilletes convenientemente arriostradas entre sí. Los casquilletes son también modulares y están provistos de piezas especiales en coronación y en su base para ajustar su altura al tablero. Las exigencias de cimentación de estos casquilletes son mucho mayores que en el caso de tubos pues acumulan una carga mucho mayor.

5.4.‐ Construcción del tablero mixto.

Los puentes empujados, construidos en un parque y empujarlos según el eje del puente, se ha universalizado hasta construir un procedimiento normal de ejecución de puentes.

Sin embargo hay que decir, que un proceso constructivo tan eficaz y de actualidad como el de estos puentes empujados cumple muy mal l asegunda de las condiciones que hemos establecido se debe cumplir en un buen proceso constructivo. Pero su uso se ha universalizado por las grandes ventajas que presenta construir grandes dovelas en un parque fijo, industrializado y preciso como una fábrica, que después se empuja a su situación definitiva con la utilización de gatos y apoyos que tienen un coeficiente de rozamiento muy bajo como es el teflón.

El fundamento económico reside en preparar un parque de fabricación fijo, en el eje del puente, donde poder realizar una dovela de 15 a 20 m de longitud. Una vez endurecido y pretensado el hormigón, se empuja hacia delante por medio de gatos; con lo que se libera el molde para realizar una nueva dovela, que unida a la anterior por pretensado, se empuja de nuevo. Y así sucesivamente. El puente va discurriendo sobre las pilas, hasta su terminación, sin necesidad de cimbra que lo soporte.

En el caso de tableros mixtos el procedimiento es el mismo. Las dovelas se unen entre sí por soldadura y el conjunto se empuja con gatos de menor entidad que en los puentes de hormigón, ya que el peso que se maneja es más pequeño.

Sin embargo es importante destacar los numerosos problemas resistentes derivados de la construcción que plantea este tipo de puentes.


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5.5.‐ Conclusiones derivadas de la construcción.

Una vez vistas y analizadas aunque no con una extremada profundidad las construcciones que se emplearían en cada una de las tipologías estructurales que hemos planteado para solucionar nuestro viaducto, nos damos cuenta de que la situación más favorable no puede ser sino una construcción en taller y un montaje por empuje, pues resulta lo más rápido y con la menor movilización de mano de obra, éste sería el caso de la construcción de nuestra solución puente mixto. Sin embargo hay que tener en cuenta que, en algunas circunstancias, sería necesaria la utilización de maquinaria pesada y la utilización a su vez de una torre intermedia que sirviera de apoyo al tablero en su empuje antes de alcanzar la siguiente pila. Esto nos podría llevar a entrar en actividades críticas dentro del planeamiento de la obra en la que se integra la construcción del puente en cuestión.

La siguiente situación que podríamos presentar como siguiente a la anterior en el tema constructivo sería la solución mediante puente de vigas. Se trataría por lo tanto de una solución no sólo económica sino también muy rápida en construcción. Sin embargo, debido al encaje que presenta nuestro puente, supone la existencia de más pilares, por no poder alcanzar mayores luces que 28 metros. Además, el puente de vigas resiste peor que los otros casos las vibraciones y el efecto de torsión y los momentos flectores que pueden transmitirle al tablero las fuertes cargas del ferrocarril a su paso por el viaducto.

Por último tendríamos la solución mediante puente de sección cajón. Esta solución, como ya hemos visto es la más eficiente frente a la absorción de los esfuerzos que le pueda transmitir el ferrocarril al tablero a su paso, favoreciendo además que sea hiperestático, al estar conectados todos los vanos, pues se trata de una solución hormigonada in situ, a diferencia del modo isostático de las vigas prefabricadas colocadas independientemente de vano a vano.

Además la sección cajón, al estar aligerada, disminuye el peso propio y al ser monocelular soporta mejor los esfuerzos de torsión generados, consiguiendo esa eficiencia estructural que mencionábamos. Bien es verdad, que su proceso de ejecución es

el más lento en el tiempo, por ser hormigonada in situ, y la maquinaria empleada en su construcción será mucho mayor, al requerir mayor número de máquinas. Aún así, esta sección tipo cajón monocelular tiene una ejecución in situ muy simple y económica con luces moderadas como es nuestro caso.

Por lo tanto, tenemos las siguientes puntuaciones:


Puente viga 9


Puente mixto 8


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6.‐ANÁLISIS MULTICRITERIO.

Teniendo en cuenta todos estos criterios y ponderando los valores según la importancia de cada factor como hemos mencionado anteriormente, tenemos:

Una vez analizados todos los factores que acabamos de comentar, podemos resumir toda esa información en forma de una matriz que nos facilitará mucho la rápida comprensión de los resultados:


Puente viga 9,5


Puente mixto 7

Con lo que finalmente la opción que resulta óptima es: Puente de tablero sección cajón hormigonado “in situ”, construido vano a vano y utilizando cimbra apoyada en el suelo.

Alternativa Economía Medio físico Estética Construcción Ponderada

Puente viga 9,5 10 5 10 9,05

Puente sección cajón

10 10 10 9 9,7

Puente mixto

7 10 7 8 7,75


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analisis multicriterio de solucion puente

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