Recuperacion Y Reforma De Edificios Y Puentes

ALBERTO PONCE INGENIERO CIVIL

SOLUCIONES ESTRUCTURALES EN LA RECUPERACION Y REFORMA DE EDIFICIOS Y PUENTES. EJEMPLOS En anterior presentación técnica en CONPAT 1999 planteaba el tema de “la rehabilitación de puentes”. En ese entonces veíamos el tema de la recuperación de los mismos y en particular la recuperación de alguna de sus partes constituyentes: Por ejemplo en el puente del K. 329 en ruta 6, el caso de reforzar las pilas de hormigón sin armar, existentes hace 65 años.

En ellas se colocaron tiradores de postensado

anclados en las fundaciones y que agregaban tensiones de compresión en las secciones que con las nuevas solicitaciones que deben tomarse en la actualidad, provocarían tensiones de tracción que con los cables de postensado quedarán equilibradas por las compresiones que ellos provocan.

Otro ejemplo de la misma obra fue la solución elegida para transformar el puente ferroviario en carretero, por el agregado de una losa de tablero en ménsula y postensado.

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Hoy vamos a tratar el tema Soluciones estructurales en la recuperación y

reforma de edificios y puentes. Comenzando con el tema de edificios, elegimos algunos ejemplos especiales:

Incendio del Palacio de la Luz. El día... se produjo un gran incendio en el 8º. Piso del Palacio de la Luz, que luego se propagó a los pisos superiores. Causó la tragedia de la muerte de 4 empleadas que fue sin duda la peor consecuencia del siniestro. Pero lógicamente causó múltiples perjuicios al edificio y en particular a su estructura, que es el tema a que nos vamos a referir hoy. Cuando se desarrolla un incendio en un piso, el techo se calienta más que el piso, por lo que se provoca una mayor dilatación del techo que del piso, y por lo tanto se produce una fuerte presoflexión de los pilares que puede llegar a provocar fisuras importantes y aún su rotura. (fotos).

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En el caso que nos ocupa se produjeron graves averías en pilares y losas que veremos en las fotografías (de pilares) (de losas huecas averiadas), de tal manera que se destrozó la losa inferior como se ve en las fotos mostradas a continuación.

Se debió actuar con rapidez –porque evidentemente un derrumbe de un pilar provocaría la caída de la viga que soporta y a su vez de la losa que se apoya en la viga, y todo ello provocando un derrumbe total como un castillo de naipes.

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Propuse entonces el inmediato refuerzo de los pilares averiados con barras roscadas que soportaran perfiles metálicos y que armaran en conjunto un refuerzo de acero a los efectos de coser las fisuras de los pilares. (Fotos).

Una vez asegurado esto, al otro día del incendio se procedió a planificar el apuntalado de las losas y efectuar su reconstrucción rellenando los “huecos” colocando armadura cada 4 nervios y uniendo esos nervios con vigas transversales, de manera de darle una capacidad de sobrecarga de 400 K/cm2. Posteriormente las losas se ensayaron con cargas crecientes y con medidas de las deformaciones que confirmaron que la reconstrucción era correcta.

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Las columnas se cosieron con estribos como se muestra en el esquema y esos estribos se soldaron en sus empalmes y a la armadura vertical de los pilares. (esquema).

La fachada del palacio tiene pilares falsos que es una estructura hueca que sufrió intensamente con el incendio. Se repararon rellenando con hormigón las partes huecas afectadas, pero cosiendo las pantallas laterales con barras de acero cada 50 cms. Y 5

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dejando tubos verticales para conservarle la posibilidad de usarlos como ductos. (Esquema).

Igualmente hubo numerosas vigas afectadas debido a la producción de fisuras y desprendimientos de recubrimientos, fundamentalmente de las armaduras inferiores, que además fueron afectadas como material hierro.

Eso se reparó volviendo a recubrir las armaduras y adhiriendo planchas de acero en su cara inferior con adherente epoxi, con lo cual se le devolvió su resistencia que había perdido por acción del fuego. (Esquema)

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El Palacio de Justicia. Proyecto arquitectónico del conocido y prestigioso Estudio Cinco. La construcción del edificio del Palacio de Justicia ubicado en la Plaza Independencia, ha tenido una historia dilatada, que ha sido interrumpida varias veces, y con prolongados períodos de paralización. En esas condiciones la variación de las formas de desarrollo de los juicios a partir del nuevo “Código General del Proceso” obligaron a realizar muchas reformas en la arquitectura del edificio, creando salas de audiencias con una conformación especial en dos niveles, en donde fue necesario demoler losas de manera de dar doble nivel a esas salas. En este plano de corte del edificio se observa un corte de estas salas que se adaptaron a la nueva modalidad.

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Igualmente en otro sector se demolieron dos niveles de losas para crear un hall de entrada y acceso a una sala en anfiteatro. La forma de esa sala con paredes curvas obligó a realizar vigas longitudinales llenadas entre dos nervios como se ve en el esquema adjunto. Sobre esas vigas dispuse vigas radiales de altura variable que sirvieran a la vez de apoyo a losas a diferentes niveles que permitieran conformar la platea. Sobre esas vigas radiales se apoyó el muro curvo de hormigón de doble tabique. La tertulia se soportó como una losa en ménsula empotrada en el muro curvo. (Ver esquemas).

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Las demoliciones de losas aumentaron la esbeltez de las columnas sobre las cuales apoyan 10 niveles más. Fue necesario reforzarlas, transformando la forma cilíndrica en una forma prismática de sección cuadrada como se ve en el esquema. (Esquema).

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Hubo otros cambios para adaptar el edificio a sus nuevas funciones. Otras de las razones de los cambios fue la adaptación de las fachadas, para acondicionarlas a una arquitectura moderna. Los arquitectos consideraron que era una modernización interesante la creación de estructuras cuadriculadas en las 4 fachadas, cada una con una función y conformación diferente. La fachada que da sobre la Plaza Independencia se debía colgar de ménsulas de 3 mts. de largo que se unieran a la estructura existente. Para ello habría que unir esas ménsulas a las vigas de los pórticos múltiples existentes perpendiculares a la fachada. En el esquema se ve una primera tentativa de lograr el equilibrio de la ménsula abrazando un cable de postensado al pilar circular del pórtico.

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Eso provocaba un excesivo esfuerzo tronchante en el pilar. Por eso lo reemplacé por una solución similar en hormigón armado. Traté entonces de descarnar la armadura superior de la viga existente, picando su recubrimiento y soldarle la armadura superior de la ménsula de manera de equilibrar los esfuerzos en sentidos opuestos de la viga del pórtico y de la ménsula.

De esa manera están sostenidas cientos de toneladas de la nueva fachada. Otra reforma interesante es la cuadrícula que se construyó en la fachada frente al Solís. Ménsula sostén de cuadrícula de fachada principal 14

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Ménsula sostén de cuadrícula de fachada principal

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Allí aparece un pórtico de varios pilares y vigas de una gran esbeltez. ¿Cómo se logró el equilibrio de esa “pantalla aporticada”?. Planteemos primero un problema más sencillo. Las diferentes condiciones frente al planteo del pandeo de una columna:

Y en el caso de la estructura de que hablamos ¿cuáles son y cómo son esos resortes?. Veamos nuevamente la planta y foto. Los elementos horizontales de la cuadrícula trabajan en el plano horizontal como ménsulas empotradas en las losas triangulares que se agregaron, rígidamente unidas a cada losa de cada planta de la estructura del edificio. Por lo tanto, a los efectos de los desplazamientos horizontales trabajan como resortes que se aplican a los pilares oponiéndose elásticamente a su desplazamiento en el plano horizontal de cada nivel. De esa manera dimensionando la inercia y resistencia horizontal de esas ménsulas obtendremos el coeficiente α que nos dará lo necesario para calcular una carga crítica de cada pilar de la cuadrícula y consecuentemente verificar si la carga que reciben en los 2 pisos superiores tienen la suficiente seguridad frente al pandeo de los pilares de la cuadrícula.

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Teatro Solís.

La modernización del Teatro Solís, trajo durante el proyecto y ahora durante la construcción, un esfuerzo muy grande de trabajo de arquitectura y consecuentemente el acompañante de trabajos de estructuras y actualmente de una muy eficiente dirección de obra. Hay enorme cantidad de detalles arquitectónicos a respetar y crear en un edificio que es un valor patrimonial enorme para nuestra ciudad de Montevideo y también desde el punto de vista histórico. En esa tarea se han distinguido nuestros arquitectos entre los cuales representando al numeroso grupo que trabajó y está trabajando mencionaremos a los Arquitectos Farina y Pascual, y actualmente en una correcta dirección de obra a la Arq. Eneida de León y a los Ingenieros Colacce y García. Yo tuve a cargo la estructura de acero del vestíbulo y de la Sala Central y en parte de las alas laterales. Y ahora me voy a referir a un aspecto especial que fue el proyecto de la estructura de vigas y losas de la sala que se construye sobre la gran Sala Principal.

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La construcción de esa estructura debía cumplir varias condiciones pero fundamentalmente: 1) No apoyarse en las cerchas existentes por varias razones: a) Para no afectar su resistencia. b) Para no trasmitir vibraciones al plafond que cuelga de las cerchas. c) Por razones acústicas. O sea que se debía construir una estructura que por limpieza debería ser con vigas prefabricadas y metálicas y apoyar sobre ellas losas de hormigón, cuya armadura principal fueran los Steel-Decks que además permiten no apuntalar y hacer un llenado de hormigón limpio y fácil.

En el plano en planta se aprecia un esquema de ubicación de las nuevas vigas de 26 mts. de luz y ubicadas algo más altas que el cordón inferior de las cerchas para que las losas que se apoyan en ellas pasen por arriba de los cordones inferiores de las cerchas e independicen la nueva estructura de la existente.

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Como procedimiento constructivo planteé colocar lanzando como viga auxiliar de colocación, primero una viga más liviana que la definitiva que apoyada en los perfiles transversales que a su vez están apoyados en las cerchas existentes, pueda cruzar los 26 mts. de luz y apoyarse en definitiva en los muros laterales sobre un refuerzo de hormigón armado en su parte superior. Sobre esa viga de lanzamiento y penetrando bajo las cerchas, por medio del levantamiento de una chapa lateral, se introduciría por medio de una grúa, una viga definitiva y corriendo sobre la viga de lanzamiento se desplazaría hasta lograr el apoyo en el muro del lado opuesto. De esa manera no se levanta la cubierta para hacer el montaje con la grúa, porque en caso de que lloviera, el plafond de la sala principal que está debajo de la sala a construir, se destrozaría totalmente. Esa era la manera que tenía prevista. 21

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La Empresa Teyma sobre la misma forma prevista en mi sistema, realizó un cambio favorable a la manera de correr la viga para lanzarla, colocando un par de vigas trianguladas auxiliares de refuerzo, apoyadas en el cordón inferior de las 2 cerchas contiguas. Sobre el cordón superior de las vigas trianguladas agregadas corren varias vigas puente como se ve en las fotos adjuntas.

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Con esas instalaciones auxiliares, el montaje de las vigas se hizo correctamente como se ve en la sucesión de fotos adjuntas. Hay muchas más formas constructivas interesantes en esta obra, pero aún está en ejecución. Por ejemplo la estructura de la Torre Escénica, con particularidades constructivas propias del funcionamiento del escenario, las fundaciones que refuerzan y se adaptan a lo existente, todo el acondicionamiento acústico, etc. Pasemos ahora al tema de:

Recuperación y Reforma de Puentes. En la parte inicial vimos algunas formas de refuerzo de partes de puentes. También en CONPAT 99 relaté diversos casos de refuerzo y ensanche de puentes de hormigón.-

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En esa presentación me referí a la restauración de puentes.

Las causas de la necesidad de restaurarlos, surge en general, por el hecho de su antigüedad, que hace que con el aumento de las cargas de transporte, la capacidad resistente del puente y su ancho de calzada hayan quedado en defecto. La solución a este problema consistiría en tres posibilidades: a) Construir a su costado un nuevo puente, desviando la ruta en sus dos accesos. b) Demoliendo el puente existente y construir un nuevo puente en el mismo lugar que el puente demolido. c) Reforzar y ensanchar el puente existente. a) Comenzando por la primera solución, la construcción de un nuevo puente a su lado, requiere la desviación de la carretera desde una distancia tanto mayor cuanto mayor sea la velocidad directriz de la misma. Eso hace que el costo del nuevo puente se vea muy incrementado por el costo de los accesos. Si el nuevo puente tiene poca longitud, seguramente el costo de la desviación de la carretera, superará ampliamente al costo del puente.

b) Demoler el puente existente, obliga a utilizar un by-pass que puede no existir. En ese caso es imposible esta solución, salvo que se pueda adaptar un paso provisorio, pero con los inconvenientes del caso. c) El refuerzo y eventual ensanche del puente existente, es casi siempre factible y más económico que la construcción de un puente nuevo . Se puede en general, efectuar las obras sin detener el tránsito, trabajando por medias calzadas. 27

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PUENTE METALICO SOBRE EL ARROYO SAN FRANCISCO En esta ocasión voy a mostrar una obra que consistió en el refuerzo de un puente metálico que estaba fuera de servicio hacía como treinta años en la ruta 8 sobre el Arroyo San Francisco, en la ciudad de Minas en Uruguay. Voy a proyectar fotos que describirán el proceso de esa obra y las distintas soluciones para realizar el refuerzo de las partes principales de la misma. El nuevo tablero se convirtió en un tablero mixto acero-hormigón. Los trabajos sucesivos fueron : 1) Vigas compuestas con agregado de conectores y refuerzo con planchuelas soldadas. 2) Refuerzo de las barras del triangulado y de los nudos. 3) Postensado de las barras en tracción. 4) Arreglo de los apoyos. 5) Ubicación de anclajes y forma de hacer los tensados y de protegerlos.

El puente metálico existente fue abandonado hace muchos años al tránsito, por su notoria falta de

resistencia para los sucesivos incrementos de cargas que fueron

reglamentándose. Se construyó a su lado un puente de hormigón armado para suplantarlo. La Intendencia Municipal del Departamento de Lavalleja me consultó acerca de cómo podría utilizarse el viejo puente reforzándolo, e incorporarlo para dar tránsito en un solo sentido en cada uno de los dos puentes. Presenté varias sugerencias, utilizando de distintas maneras el puente viejo. Por su carácter patrimonial para la ciudad de Minas, la Intendencia Municipal de Lavalleja eligió la solución de refuerzo metálico, de manera de conservar su aspecto.

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Por lo tanto estudié la manera de reforzar cada una de las barras de las 2 vigas celosía laterales, las vigas transversales y las longarinas, utilizando todo lo existente, menos la calzada, que se demolió inicialmente. Proyecté el refuerzo de las vigas longitudinales trianguladas, soldándole a cada barra, un perfil de sección del mismo tipo y tamaño, o bien una planchuela, o ambas cosas, de manera que la vista lateral de las barras y por lo tanto del puente no cambiara sustancialmente. Para completar el refuerzo, proyecté postensar las vigas trianguladas de manera de ayudar a las barras traccionadas e indirectamente a toda la estructura. Ver esquema N° 1 de la estructura y de los cables de postensado (2 cables de 55 tons. comprimiendo el total del cordón inferior y 2 cables de 55 toneladas entre los nudos 1-10-14 – 7 ).

Esquema N°1 .

Alzado Indicativo

Las vigas transversales existentes del tablero se reforzaron por dos medios: soldando al cordón inferior un perfil U y colocando conectores en su cordón superior de manera que la viga reforzada trabaje con la nueva losa de hormigón de la calzada como viga compuesta. A las longarinas de perfiles PNI 32 existentes, se les soldaron también conectores para que trabajaran como compuestas con el hormigón del nuevo tablero. Los apoyos de las vigas trianguladas en las pilas de la estructura existente se efectuaba por apoyos metálicos simples.

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Esos apoyos estaban en muy mal estado de conservación, por un mantenimiento nulo, consecuencia del hecho de que el puente estaba en desuso desde hacía muchos años. Por lo tanto me pareció que sería conveniente englobar toda la zona de apoyo en un bloque de hormigón armado, al cual las barras que concurrían al apoyo quedaran empotradas y trasmitieran al mismo las reacciones trasmitidas a su vez por las vigas laterales. El bloque de hormigón armado se construiría sobre un apoyo de neopreno que reemplazaría el apoyo anterior. Foto y esquema N° 2.

Foto N° 2.

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Esquema N° 2.

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Previamente a la construcción de los bloques de apoyo se debió levantar la estructura para posibilitar la operación descrita anteriormente. La estructura del tablero del puente consiste en vigas transversales en cada nudo inferior de las vigas trianguladas y 5 longarinas que sostenían un tablero apoyado sobre esa estructura. Las barras se conectaban por chapas de gousset, en donde se remachaban. Al agregar perfiles acoplados a los existentes, hubo que estudiar cómo trasmitir los esfuerzos a los nudos, para que realmente se distribuyan de manera de que colaboren con los perfiles existentes para resistir las solicitaciones que les lleguen desde el tablero, por el peso propio del mismo y las sobrecargas aplicadas sobre él. Se muestra en las fotos Nos. 3 y 4 aspectos del puente terminado, y los detalles del anclaje de los cables de postensado, detalles de nudos, etc. y una visión lateral del puente en donde se aprecia que sensiblemente tiene el mismo aspecto que el puente primitivo.

Foto N°3

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Foto Nº4.

PASAJE SUPERIOR FERROVIARIO EN LA CIUDAD DE FRAY BENTOS En la ciudad de Fray Bentos existe una vía férrea que se acerca al puerto atravesando sobre un terraplén una zona bastante poblada. Ese terraplén divide a la ciudad en dos partes. De un lado la planta urbana original y del otro nuevos barrios, además un liceo, un centro de barrio y un Complejo Deportivo. Ello obligaba a realizar una calle en rampa con mucho esviaje y gran pendiente a cada lado para cruzar el terraplén de una altura de unos 5 metros. Además muchos alumnos del liceo que está ubicado del lado menos poblado debían atravesar a pie el terraplén para poder acceder a sus clases. Y por otra parte el terraplén cortaba el acceso desde el camino que va al puente internacional Fray Bentos - Puerto Unzué (Libertador Gral. San Martín) a la calle que conduce directamente al camino que va al excelente balneario Las Cañas. Por todos esos motivos en la I.M. de Río Negro pensaron en la conveniencia de construir un pasaje inferior para acceder a la calle Young desde el camino al puente, facilitando así todos los inconvenientes de comunicaciones mencionados anteriormente. Pero había una condición fundamental : NO se podía cortar el tránsito ferroviario.

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Se me contactó para que ideara un proyecto que cumpliera fundamentalmente con esa condición, además de en lo posible no levantar el nivel de la vía, y no cambiar el perfil longitudinal de las calles a unir a ambos lados del terraplén, dejar un gálibo suficiente bajo el puente ferroviario, permitir el correcto escurrimiento del desagüe y admitir el ancho de calzada existente en la calle Young y dos veredas, una de ellas de bastante amplitud para facilitar el pasaje de importante número de peatones hacia el cercano centro de enseñanza ubicado del lado opuesto a la calle Young. Para cumplir con todas esas condiciones planteé el proyecto que se describe a continuación: Como había que mantener el tránsito ferroviario hacia el puerto de Fray Bentos no se podía pensar en ningún método constructivo tradicional. Pensé construir un puente con dos estribos formado por dos muros frontales, cada uno de ellos con dos alas oblicuas, es decir con forma tradicional. Debía respetar el perfil longitudinal del terraplén existente de la calle atravesante y no se disponía de cota para hacer una estructura de mucha altura, pues el gálibo que se debía respetar no lo permitía. Por tanto había que recurrir a una estructura de acero con el mínimo posible de altura compatible con la resistencia y flexibilidad requerida. Sobre las vigas metálicas se apoyarían durmientes y vías. Para lograr un procedimiento constructivo que respetara la condición fundamental de mantener el tránsito proyecté hacer el muro frontal y la parte de mayor altura de las alas con cortinas de pilotes, es decir conjuntos de pilotes perforados tangentes entre sí empotrados bajo el nivel de la futura calzada inferior de la calle Young. Ello permitiría ir construyendo el muro sin hacer más excavación que la perforación localizada de cada pilote lo cual no alteraba la estabilidad ni forma del terraplén. Para la construcción de los pilotes bajo las vías y cercanos a ellas, era necesario retirar las mismas, lo que se hacía en el sector del Puente, sin desarmarlas manteniendo unidas las vías con sus durmientes y por lo tanto constituyendo una fácil y rápida maniobra tanto para retirarlas como para volverlas a colocar, para permitir el pasaje de trenes.

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Sólo se afectaría esa posibilidad cuando hubiera que perforar los pilotes que estaban indicados debajo de la trocha del tren, y también cuando se construyera la viga de coronación del muro frontal, que recibiría el apoyo de las vigas del puente pues perderían un apoyo seguro los durmientes cercanos a las perforaciones o la zanja para construir el muro de coronación de apoyo del puente. Para dar apoyo provisorio a esos durmientes en esas etapas constructivas se construyeron 8 pilotes auxiliares que dieran apoyo a los durmientes que quedaran a un lado y otro de la línea transversal del muro frontal. De esa manera se aseguraría la capacidad de carga para la circulación de los trenes que pasaran en los períodos en que se construyeran los pilotes centrales de los muros frontales y las vigas de coronación correspondientes. Se aceptó el proyecto y se comenzó la construcción de las cortinas de pilotes de 55 cms. de diámetro y también los 8 pilotes auxiliares. Una vez completadas las dos cortinas de pilotes y las vigas de coronamiento, se montó sobre ellas la superestructura metálica consistente en 2 vigas de acero unidas por vigas transversales y arriostramientos de perfiles L en cruz. Esta estructura completamente terminada pesaba unas 20 toneladas. Ver foto.

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Fue transportada sobre una chata que accedió por la rampa paralela al terraplén construida para acceder con las piloteras, grúas y equipos necesarios. La operación de montaje se hizo con dos grúas ubicadas sobre el terraplén que la tomaron por sus extremos y la colocaron en sitio sobre apoyos de neopreno.

La operación terminada realizó en menos de una hora . Inmediatamente de montada la superestructura se montó nuevamente las vías y acto seguido pasó un tren que había anunciado su llegada al puerto. Posteriormente aprovechando el pasaje de un tren se procedió a ensayar la superestructura metálica y la resistencia vertical de los muros cortina de pilotes y su viga de coronación. El ensayo se realizó sobrecargando el puente con una locomotora que se hizo penetrar gradualmente sobre el puente. Se consideraron 4 ubicaciones de la locomotora que 36

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generaron 4 estados de carga, que lograron en el centro del puente momentos 1/4, 1/2 , 3/4 del momento máximo y finalmente dicho momento máximo. En correspondencia con cada estado de carga se midieron con flexímetros de apreciación 1/100 de milímetro, las deformaciones verticales de ambas vigas principales en el centro de la luz y en los apoyos. El cálculo teórico de la flecha máxima que alcanzaría la deformación de la viga, realizado previamente al ensayo, era de 5 milímetros. Las medidas de deformaciones realizadas durante la prueba de carga fueron prácticamente coincidentes con las flechas teóricas calculadas, lo que demostró el buen comportamiento de la estructura, respecto al cálculo teórico. En las fotos adjuntas se aprecian aspectos de la operación del ensayo de carga, - Colocación de los flexímetros. - La locomotora se ubica en la primera posición de carga. - Finalizado satisfactoriamente el ensayo pasa el primer tren.

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Una vez completada la estructura superior se excavó el terraplén. Bajo el puente se observa en la foto el aspecto de los estribos construidos con pilotes.

La obra se completó con la construcción del pavimento bajo el puente y sus veredas a la vez que el desagüe de toda la zona que se vierte a un canal revestido cercano. El autor colaboró permanentemente con la obra, tanto en sitio como en el taller de construcción de la estructura metálica. Planificó y dirigió el ensayo de carga . La Dirección de Obra estuvo a cargo del Arq. Francisco Centurión por parte de la Intendencia Municipal de Río Negro, del Ing. Carlos Terreno supervisor por parte de P.O.M. de la O.P.P. y del Ing. Carlos Haretche de parte de la Empresa Constructora.

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En la foto se ve el pasaje inferior terminado con sus muros regularizados y la calzada construida con la vereda izquierda más ancha dado que conduce al liceo ubicado inmediatamente a la vuelta de la calle.

Ing. Alberto Ponce Pablo de María 1265 – Montevideo Uruguay

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