La rehabilitación de la infraestructura vial colgante existente es un tema de interés por todo el mundo. Normalmente se puede llevar a cabo un mantenimiento para adaptar este tipo de estructuras a los estándares de seguridad actuales, pero la intervención depende del nivel de conocimiento que se tenga sobre la infraestructura en cuestión. Sin embargo, con estos datos se puede crear un modelo numérico para analizar el funcionamiento de las estructuras y determinar sus tensiones. Por otra parte, el modelo geométrico permite el estudio de las conexiones, los nodos y los elementos estructurales. Para ilustrar esto, el ingeniero Francesco Fanigliulo del Studio di Ingegneria delle Strutture en Cosenza comparte sus ideas sobre el uso de un modelo BIM 3D, desarrollado por Allplan y su software de diseño de puentes Allplan Bridge para la rehabilitación integral de dos puentes en Italia.
Antecedentes del proyecto
En la autopista A2 del Mediterráneo se encuentra un conjunto de infraestructuras importantísimo: los puentes de Friddizza. Estos puentes, que comprenden dos estructuras paralelas construidas hace aproximadamente 50 años, el norte y el sur de Friddizza, son una parte esencial de la red de autopistas, ya que facilitan un tráfico fluido a través de distintas elevaciones y perfiles longitudinales.
El Friddizza Norte tiene una extensión de 627 metros con 19 vanos, tableros apoyados entre estribos y pilas para los tableros finales, y entre pilas para los tableros interiores. Este diseño consigue un esquema estructural de vigas que están simplemente apoyadas. Por el contrario, el Friddizza Sur, aunque tiene una construcción y geometría similares, cuenta con una extensión de 264 metros y tiene 8 vanos. A pesar de la diferencia en el número de vanos y la altura de las pilas, ambos puentes comparten un principio constructivo que permite un enfoque unificado tanto para el análisis de las tensiones como para los controles de integridad estructural.
© Ing. Franceso Fanigliulo – el modelo BIM 3D del puente de Friddizza Nord en el software de diseño de puentes de Allplan Bridge
En el centro de ambas estructuras hay pilas dintel con secciones multiconectadas, tableros con un vano de 33 metros y una viga neta de 32,5 metros. Los tableros presentan una sección transversal tipo peine, con vigas paralelas y tirantes dispuestos ortogonalmente que distribuyen las cargas y mitigan la tensión torsional en las vigas. Esta disposición es fundamental para mantener la salud estructural de los puentes, con un ancho de tablero de 9,3 metros, un espesor de losa de 20 cm y una separación entre de vigas de 2,4 metros, lo que garantiza su robustez y resiliencia.
La rehabilitación de estas estructuras tan emblemáticas se llevó a cabo en el marco de un proyecto global de 16,74 millones de euros financiado por el programa «Connecting Europe Facility (CEF) RELEVANT». Esta iniciativa tiene como objetivo no solo la rehabilitación estática, sino también la mejora sísmica para que haya espacio tanto para los vehículos ordinarios como para los transportes especiales en conformidad con el Reglamento de la UE 2021/1328. Este reglamento detalla los requisitos para la infraestructura de transporte civil/militar de doble uso, destacando la importancia del proyecto tanto para la movilidad civil como estratégica.
Preservar un legado con ingeniería innovadora
Se hizo un estudio detallado del trabajo utilizando Allplan y su software de diseño de puentes de Allplan Bridge, lo que permitió estudiar todo el modelo del viaducto teniendo en cuenta las geometrías reales calculadas. Y se crearon dos modelos numéricos para realizar análisis estructurales estáticos y sísmicos:
- un modelo numérico descriptivo del sistema de pilotes del tablero, junto con un modelo FEM local para el estudio de las tensiones de ambos puentes utilizando el software LUSAS y
- un modelo numérico global para cada puente.
Se realizaron modelos computacionales para estudiar las tensiones inducidas por las cargas implicadas, con condiciones de contorno compatibles con las encontradas en el obra. Además se realizaron verificaciones locales basadas en las pruebas e investigaciones e hipótesis realizadas.
© Ing. Franceso Fanigliulo – Friddizza viaducts
El enfoque inicial se centró en abordar las variaciones significativas de tensión en los armados pretensados del puente, que mostraron una caída promedio del 50%, superando las normas esperadas. Esto llevó a recalcular la tensión del diseño, reducida significativamente con respecto a las estimaciones iniciales. Además, las discrepancias entre las alturas de las pilas reales y las esperadas requirieron una reevaluación de la capacidad del apoyo simple de la cimentación, que se complicó aún más por las interacciones inesperadas entre el suelo y la estructura debido a las diversas penetraciones de las pilas. A través de evaluaciones detalladas de materiales e investigaciones estructurales, incluyendo las extracciones del núcleo y los estudios geoeléctricos, el equipo obtuvo información sobre la integridad estructural y las condiciones de los materiales, lo que aportó datos a su enfoque para reforzar la estabilidad estática del puente.
Después de la rehabilitación estática, se centraron en mejorar la resiliencia del puente debido a las actividades sísmicas. Al construir en base a instalaciones de amortiguación sísmica anteriores, se utilizó un modelado numérico avanzado para evaluar con precisión la vulnerabilidad sísmica de la estructura. Esto implicó el uso tanto de modelos locales como globales para analizar la distribución de las tensiones y la respuesta sísmica. Se propuso el uso de una cadena cinemática externa para mitigar las fuerzas sísmicas horizontales en las pilas, reduciendo así la tensión en los puntos críticos y garantizando un rendimiento sísmico más robusto. Este enfoque de doble fase, que aprovecha un software de vanguardia y las soluciones de ingeniería innovadoras, tiene como objetivo restaurar y mejorar significativamente la resiliencia de los puentes ante los desafíos estáticos y sísmicos.
© Ing. Franceso Fanigliulo – Sección transversal paramétrica del puente de Friddizza Nord en el Allplan Bridge
Puentes preparados para el futuro
El método de intervención elegido consistió en el novedoso uso de polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), morteros de alto rendimiento y apoyos simples multidireccionales de alto deslizamiento. La estrategia de rehabilitación estructural utiliza el CFRP de dos formas: como láminas aplicadas a las superficies inferiores de las vigas para reforzar la resistencia a flexión, y como revestimientos de tela en los extremos de las vigas para mejorar su capacidad cortante. Este enfoque garantiza que los elementos estructurales estén reforzados contra futuras tensiones, preservando así la integridad de la construcción original.
Para las pilas, un componente clave del sistema de apoyo del puente, el plan de rehabilitación introduce morteros de alto rendimiento. Estos materiales se eligieron por su doble beneficio: por un lado, sus perfiles estilizados mantienen las características de respuesta sísmica de la estructura al no añadir masa significativa, y por otro, su composición avanzada ofrece un armado superior. Este método aborda eficazmente la degradación de los armados existentes y se integra perfectamente con el uso de mejoras de fibra de carbono para proporcionar una actualización integral a la resiliencia de las pilas.
© Ing. Franceso Fanigliulo – Detalle de la pila
Para las mejoras sísmicas, se instalaron apoyos simples multidireccionales de alto deslizamiento en la parte superior de los muelles, que garantizan la absorción de deformaciones debido a la temperatura y las acciones horizontales. Las fuerzas instantáneas, como las fuerzas sísmicas, de frenado y de viento, se transmiten a elementos estructurales reforzados con este propósito o donde la acción induzca menos tensión.
Al integrar estas soluciones innovadoras, el proyecto no solo aborda las necesidades inmediatas de los puentes, sino que también establece un referente para futuras rehabilitaciones, garantizando así que los puentes de Friddizza sigan sirviendo como arterias vitales en la Autopista A2 del Mediterráneo durante los próximos años.
+++ ¿Qué es el software BIM de diseño de puentes de Allplan Bridge? Una potente solución BIM paramétrica para ingenieros de puentes, que combina todas las fases del diseño de puentes, desde la creación de modelos altamente detallados, incluyendo los tendones de pretensado, hasta la integración del proceso constructivo, el análisis estructural con el diseño según la normativa y la creación de planos. Todo en una misma solución. Encontrarás más información aquí. +++
