Caso de estudio

Sustitución de apoyos en el viaducto de Weyermannshaus

Bern | Switzerland | Emch+Berger AG Bern

Concrete

Detail 2D

SIA (Switzerland)

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Traducido por IA del inglés

Los proyectos de infraestructura en entornos urbanos densos requieren a menudo estructuras de hormigón armado altamente optimizadas, en las que la transferencia de cargas, el detallado y la constructibilidad deben equilibrarse cuidadosamente. Esto es especialmente cierto en estructuras que combinan exigencias arquitectónicas con estrictos requisitos de seguridad y durabilidad, como los elementos de hormigón relacionados con el transporte, expuestos a cargas elevadas y condiciones de servicio a largo plazo. En Berna, Suiza, EMCH+BERGER AG participó en el proyecto estructural de una estructura de hormigón en la que la evaluación precisa de la transferencia de fuerzas y el detallado de la armadura resultaron fundamentales. El proyecto exigía un enfoque fiable para verificar regiones complejas de hormigón que no podían evaluarse de forma suficiente mediante cálculos manuales estándar o métodos analíticos simplificados.

Acerca del proyecto

El proyecto implicó el diseño y la verificación de un detalle estructural de hormigón armado que forma parte de un sistema de infraestructura de mayor envergadura.

El viaducto (construido entre 1974 y 1977) está compuesto por vigas cajón pretensadas (con vanos de entre 26,5 y 38 metros) con macizas vigas transversales pretensadas que salvan los pilares. Estos pilares serán sustituidos por secciones durante la construcción. Para ello, el viaducto se eleva mediante un sistema de apuntalamiento temporal (macizas vigas de acero soldadas sobre torres de andamiaje) y gatos hidráulicos. Los pilares existentes se descargan y desmontan, tras lo cual se construyen nuevos pilares de mayor altura para poder rebajar el terreno.

Disposición original

Nueva disposición

Vista isométrica y sección transversal del apuntalamiento temporal (extracto del plano: Frutiger AG)

La estructura estaba sometida a fuerzas concentradas significativas, lo que generaba distribuciones de tensiones complejas en el volumen de hormigón. Los elementos de hormigón se diseñaron de acuerdo con el Eurocódigo 2, prestando especial atención a:

Zonas de introducción local de fuerzas
Anclaje y transferencia de cargas entre componentes estructurales
Disposición de la armadura en regiones perturbadas (regiones D)

Debido a la geometría y a las condiciones de carga, el comportamiento estructural no podía describirse mediante la teoría simple de vigas. En su lugar, se requería una comprensión del flujo de fuerzas basada en modelos de biela y tirante para garantizar que tanto los campos de compresión del hormigón como los tirantes de tracción de la armadura estuvieran adecuadamente dimensionados.

Sección transversal de la viga del puente que muestra una comparación de la distribución de fuerzas en la estructura existente (arriba) y durante la construcción (abajo)

Retos de ingeniería

Uno de los principales retos del proyecto fue la verificación de estados de tensión complejos en el hormigón armado, especialmente en regiones donde:

Las fuerzas se introducían en áreas relativamente pequeñas
Múltiples caminos de carga interactúan dentro de un volumen limitado de hormigón
La congestión de armadura planteaba posibles problemas de constructibilidad

Los enfoques de diseño tradicionales basados en modelos simplificados de biela y tirante proporcionaban una comprensión conceptual inicial, pero carecían de la precisión necesaria para la verificación final. El desarrollo manual de modelos refinados de biela y tirante habría resultado extremadamente laborioso y propenso a hipótesis conservadoras, lo que podría haber conducido a disposiciones de armadura ineficientes.
Otro aspecto crítico era la necesidad de demostrar claramente el cumplimiento de los requisitos del Eurocódigo. Dada la importancia de la estructura, el diseño debía ser transparente, trazable y fácil de revisar por todos los interesados en el proyecto.

Soluciones y resultados

Para superar estos retos, EMCH+BERGER AG Bern implementó IDEA StatiCa Concrete, utilizando el CSFM (Método del Campo de Tensiones Compatible) para analizar el comportamiento real del detalle de hormigón armado.
El enfoque permitió a los ingenieros:

Modelar la geometría exacta del elemento de hormigón
Aplicar combinaciones de carga realistas directamente al modelo
Definir disposiciones de armadura que reflejen las restricciones prácticas de construcción

En lugar de basarse en caminos de fuerza idealizados, el análisis por elementos finitos proporcionó una visualización clara de:

Trayectorias de tensión principal de compresión en el hormigón
Utilización de las barras de armadura individuales
Anchos de fisura y niveles de tensión en los estados límite de servicio y último

Esto permitió refinar iterativamente la disposición de la armadura, logrando un diseño que era a la vez estructuralmente eficiente y constructible. Las regiones críticas pudieron reforzarse con precisión donde era necesario, sin una sobre-armadura innecesaria en otras zonas.
El software también generó resultados claros y completos, incluyendo verificaciones de utilización y representaciones gráficas de tensiones, lo que simplificó considerablemente el proceso de verificación y la comunicación con los revisores.

Conclusión

Mediante el uso de IDEA StatiCa Concrete, EMCH+BERGER AG Bern pudo ir más allá de las hipótesis de diseño simplificadas y basar las decisiones críticas en una representación realista del comportamiento estructural. El método proporcionó confianza en la seguridad y el rendimiento del detalle de hormigón, manteniendo al mismo tiempo un diseño eficiente y económico.
Este proyecto demuestra cómo las herramientas numéricas avanzadas pueden ayudar a los ingenieros a abordar problemas complejos de hormigón armado, especialmente en proyectos de infraestructura donde la precisión, la transparencia y el cumplimiento de las normativas son esenciales.