Diseño de la superestructura de una pasarela sobre el río Cérvol en Vinaroz (Castellón), usando hormigón de altas prestaciones (UHPFRC). Análisis estructural, diseño y dimensionamiento

Abstract

[EN] Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concrete (UHPFRC) is a very high performance stone building material, resulting from combining the three most advanced technologies used in concrete: heavy-duty, self-compactability and use of fibers. The first applications of UHPFRC in Spain for the construction of bridges are located in marine environments, because of its extraordinary durability of the material, as opposed to other conventional materials. This footbridges have a span length within a range of 20 to 40 m, and they are composed by trusses. However, the applicability of that structural system to more than 50 m span length turns out to be limited, therefore, it is necessary to look for new solutions. The purpose of this final project is to carry out the structural design of the superstructure of a footbridge of 60 m span length on the Cérvol river in Vinaroz (Castellón). In order to perform this project, high performance concrete ( UHPFRC ) is used, defining the manufacturing process of the different footbridge¿s elements and the final construction process. First, the current state of knowledge regarding the UHPFRC and its application in bridges and footbridges is studied. After that, a study of solutions is carried out to choose the optimal structural system to apply. As a result of the preliminary analysis, a tied-arch bridge is chosen as a natural evolution of the truss bridge. Following the solutions found in literature, it is decided that the footbridge is composed of modular elements connected by external prestressing and shear keys. After defining the solution, the structural analysis and design of the elements forming the superstructure of the footbridge is implemented. To carry out this section, it is necessary to develop a sectional calculation tool in order to adapt the design phase to the behavior of the material. As a result of this phase, axil - bending moment interaction diagrams can be obtained for designing sections under normal stresses. Subsequently, the manufacturing process of the different elements and the construction process of the footbridge is detailed. Finally, an economic assessment of the performance is done.

[CA] El Formigó de Molt Alt Rendiment (FMAR) o Ultra High Performance Fibre- Reinforced Concrete (UHPFRC) és un material petri de construcció de molt altes prestacions, resultant de combinar les tres tecnologies més punteres utilitzades en el formigó: alta resistència, autocompactabilitat i utilització de fibres. Les primeres aplicacions de l'UHPFRC a Espanya per a la construcció de passarel·les, situades en entorns marins gràcies a l'extraordinària durabilitat del material en contraposició a altres materials convencionals, salven llums compreses en un rang d'entre 20 i 40 m per mitjà de bigues en zelosia. No obstant això, l'aplicabilitat de la dita tipologia resistent a llums superiors a 50 m resulta ser limitada, per la qual cosa han de buscar-se noves solucions. L'objecte del present Treball Final de Màster és realitzar el disseny estructural de la superestructura d'una passarel·la de 60 m de llum sobre el riu Cérvol a Vinaròs (Castelló), emprant formigó d'altes prestacions (UHPFRC), definint a més el procés de fabricació dels distints elements així com el procés constructiu final. En primer lloc s'estudia l'estat actual del coneixement en relació amb l'UHPFRC i la seua aplicació en ponts i passarel·les, realitzant posteriorment un estudi de solucions per a triar la tipologia resistent òptima a aplicar. Com resultat de l'anàlisi prèvia, es tria la tipologia resistent arc estirat tipus bowstring amb disposició de pèndoles tipus Nielsen com una evolució natural de la tipologia resistent biga en zelosia. D'acord amb solucions arreplegues en la bibliografia, es decidix que la passarel·la estiga composta per elements modulars units per mitjà de pretensat extern i claus de tallant. Després de definir la solució, es realitza el disseny estructural, càlcul i dimensionament dels elements que formen la superestructura de la passarel·la. Per a dur a terme este apartat, és necessari desenrotllar una ferramenta de càlcul seccional que permeta adaptar la fase de disseny al comportament del material, obtenint els diagrames d'interacció axial - moment de ruptura a utilitzar en el dimensionament de les seccions enfront de solicitacions normals. Posteriorment, es detalla el procés de fabricació dels distints elements així com el procés constructiu de la passarel·la. Finalment, es realitza una valoració econòmica de l'actuació.

[ES] El Hormigón de Muy Alto Rendimiento (HMAR) o Ultra High Performance Fibre-Reinforced Concrete (UHPFRC) es un material pétreo de construcción de muy altas prestaciones, resultante de combinar las tres tecnologías más punteras utilizadas en el hormigón: alta resistencia, autocompactabilidad y empleo de fibras. Las primeras aplicaciones del UHPFRC en España para la construcción de pasarelas, situadas en entornos marinos gracias a la extraordinaria durabilidad del material en contraposición a otros materiales convencionales, salvan luces comprendidas en un rango de entre 20 y 40 m mediante vigas en celosía. Sin embargo, la aplicabilidad de dicha tipología resistente a luces superiores a 50 m resulta ser limitada, por lo que deben buscarse nuevas soluciones. El objeto del presente Trabajo Final de Máster es realizar el diseño estructural de la superestructura de una pasarela de 60 m de luz sobre el río Cérvol en Vinaroz (Castellón), empleando hormigón de altas prestaciones (UHPFRC), definiendo además el proceso de fabricación de los distintos elementos así como el proceso constructivo final. En primer lugar se estudia el estado actual del conocimiento en relación con el UHPFRC y su aplicación en puentes y pasarelas, realizando posteriormente un estudio de soluciones para escoger la tipología resistente óptima a aplicar. Como resultado del análisis previo, se escoge la tipología resistente arco atirantado tipo bowstring con disposición de péndolas tipo Nielsen como una evolución natural de la tipología resistente viga en celosía. De acuerdo a soluciones recogidas en la bibliografía, se decide que la pasarela esté compuesta por elementos modulares unidos mediante pretensado externo y llaves de cortante. Tras definir la solución, se realiza el diseño estructural, cálculo y dimensionamiento de los elementos que forman la superestructura de la pasarela. Para llevar a cabo este apartado, es necesario desarrollar una herramienta de cálculo seccional que permita adaptar la fase de diseño al comportamiento del material, obteniendo los diagramas de interacción axil - momento de rotura a utilizar en el dimensionamiento de las secciones frente a solicitaciones normales. Posteriormente, se detalla el proceso de fabricación de los distintos elementos así como el proceso constructivo de la pasarela. Por último, se realiza una valoración económica de la actuación.