Como las vías no pueden permanecer cerradas por tiempos prolongados, en estas obras preventivas se manejan plazos de ejecución muy reducidos. Todo esto afecta la durabilidad y resiliencia de las losas en los puentes, que reciben permanentes impactos de carga (cargas puntuales) como resultado del rodamiento de vehículos de gran tamaño y de los cambios ambientales.
Crédito: Cortesía PCI
Los paneles de losas son una manera convencional de acelerar el sistema constructivo; sin embargo, siempre es necesario realizar mantenimientos periódicos en las juntas del sistema de prefabricados de concreto porque una infraestructura está sometida durante toda su vida útil a continuos esfuerzos de flexión y a deformaciones por las variaciones térmicas que deterioran las losas.
Las losas vaciadas en sitio con concreto de alto desempeño (sigla en inglés HPC) resisten la corrosión en el refuerzo estructural, y por lo mismo pueden prolongar significativamente la vida útil de las placas. Pero esta modalidad constructiva también tiene inconvenientes porque es forzoso interrumpir el tránsito mientras se remplazan en puentes de alto tráfico vehicular, o en áreas remotas con acceso limitado para el concreto premezclado. Las uniones convencionales en las losas prefabricadas de concreto en un puente suelen ser, entonces, un punto débil del sistema constructivo.
Sin embargo, hay una nueva tecnología que ayuda a resolver el problema del deterioro: el concreto de ultra-alto desempeño (sigla en inglés UHPC), que ofrece mayor ductilidad, fuerza y durabilidad en comparación con el concreto convencional, cuando se usa como material de unión entre paneles en HPC reforzado.
El UHPC presenta grandes ventajas sobre los sistemas convencionales porque sus características ayudan a simplificar los diseños en las uniones y facilitan la instalación de los paneles en prefabricado de concreto. El diseño simple proporciona mejores tolerancias, reduce riesgos, acelera la construcción, ahorra costos globales de construcción y obtiene tableros de puentes con mayor resistencia y prolongada duración.
Aplicaciones en Canadá
El desarrollo de juntas con UHPC comenzó en el año 2004. Este sistema constructivo se llevó a la práctica por primera vez en 2006 en el puente ubicado en la autopista de Rainy Lake sobre el Canadian National Railway, en una losa de concreto y aproximaciones en paneles de losas con barras de refuerzo en polímero de fibra de vidrio. Se puso relleno de UHPC en las juntas para dar continuidad a los paneles de la cubierta.
La experiencia acumulada por la ingeniería canadiense se aplicó en dos puentes gemelos ya construidos del río Mackenzie, cerca de la bahía Thunder, Ontario, Canadá, que hasta hoy son el proyecto más importante de América del Norte en la utilización de concreto de ultra-alto desempeño como material de relleno para las juntas de losas.
Los puentes se completaron en 2011 como parte de la nueva autopista TransCanada. Cada puente tiene dos carriles y está compuesto por tres vanos para un total de 180 m de longitud. Se construyeron con vigas en placas continuas de profundidades variables soportadas por pilares en las márgenes del río y dos muelles intermedios con concreto vaciado en sitio sobre zapatas asentadas directamente sobre el lecho rocoso. Tienen en total 130 losas prefabricadas de concreto con las siguientes dimensiones: 2,99 m de ancho, 14,5 m de longitud y 225 mm de espesor. Se usaron también losas de aproximación prefabricadas de concreto con UHPC en las juntas.
El proyecto
La construcción del puente se efectuó bajo las presiones del plazo ajustado para ejecutar la obra y del veto a los vehículos pesados de la misma construcción para usar las autopistas. Para el diseño de los puentes se consideraron varias opciones estructurales como vigas segmentadas y arcos en concreto. Al final, las vigas en acero con losas prefabricadas de concreto resultaron la elección más conveniente tanto en economía como en estética. Había una trayectoria en la aplicación de esta fórmula estructural, específicamente con losas en HPC pretensadas y prefabricadas con relleno en sus juntas de UHPC, en combinación con lo último en refuerzo en polímeros. El resultado es una expectativa de vida útil de más de 75 años para las losas en puentes.
Vigas
Cada puente gemelo tiene cinco vigas en acero resistentes a la corrosión atmosférica con vanos de 50 m, 80 m y 50 m, con separación de 3 m entre eje y eje, para un ancho total de 14,5 m. Las vigas de placa de acero continuas varían en profundidad desde 1,8 m al pilar del vano medio del vano principal hasta 3,8 m en los apoyos; solo las tres vigas interiores están soportadas con un pesado diafragma transversal ubicado en los muelles el cual está compuesto de dos idénticas vigas de placa.
Paneles de la pantalla
La pantalla del puente está integrada por 130 paneles de losas en concreto ligeramente pretensadas y extendidas en todo el ancho del puente. Los paneles también contienen barras GFRP como refuerzo pasivo, que se proyectan hacia las juntas para empatar a las conexiones panel a panel. Las juntas transversales entre paneles están rellenas con UHPC.
El leve pretensado de los 14,5 m de largo de los paneles de losas prefabricadas tiene como objeto minimizar la posibilidad de agrietamiento durante la puesta en servicio, lo cual mejora la durabilidad de la pantalla.
Crédito: Cortesía PCI
Juntas de losas
El UHPC utilizado en las juntas es una fórmula dúctil hecha con cemento Pórtland, humo de sílice, harina de cuarzo, arena de sílice fina, reductor de agua de alto rango y fibras de acero. Las resistencias a la compresión van desde 120 a 200 MPa, y resistencia a la flexión entre 15 a 40 MPa. El ancho en la junta del panel de la losa varía dependiendo del diseño. Las juntas estrechas son más adecuadas pero reducen las tolerancias en la construcción para la instalación de los paneles.
Vaciado de juntas
En esta etapa de los puentes gemelos se utilizaron mezcladoras de 0,5 m3 para el UHPC y se suministraron todos los materiales necesarios para asegurar la producción de más de 20 m3 por día, para un total de 175 m3. El vaciado en las juntas se realizó en tan solo diez días con una cuadrilla de 18 operarios organizada así: dos en la mezcladora, uno en la báscula, uno para cargar la mezcladora, uno como guía del cargador, dos más manejando las carretillas para llevar el material desde el camión mezclador hasta el puente, cuatro guiando los mini-cargadores, uno descargando la mezcla del cargador y seis más en formación.
La premezcla de UHPC suministrada en seco fue de 1.116 kg en bultos y lista para ser agregada a la mezcladora. Después se añadían el agua, líquidos de alta gama y aditivos reductores de agua. Una vez fluida la mezcla, las fibras pesadas se adicionaron manualmente. Al colocar este UHPC fluido autocompactante es posible verificar que los vacíos entre la parte inferior de la losa y la parte superior de la viga se llenaron totalmente, para no dejar burbujas de aire. Después de vaciada la mezcla se cubrió toda superficie expuesta para prevenir deshidratación. Durante el vaciado se realizó un control de calidad para medir las propiedades reológicas y confirmar que el material estuviera siendo fundido de forma correcta. Igualmente se hicieron pruebas de resistencia a la compresión por cada día de vaciado.
Crédito: Cortesía PCI
Beneficios del UHPC
El UHPC extiende la sostenibilidad y resiliencia de la infraestructura. Para su aplicación en juntas, la mezcla y vaciado en sitio no exigen grandes cantidades de materia prima, que se despacha desde la planta de mezcla más cercana directamente a la obra. El resultado final es de máxima compactación y finura, con una estructura de poros discontinua.
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