Semana 5. Procesos Constructivos: Puentes. Puentes Colgantes

Procesos constructivos 2. Puentes. Puentes Colgantes.

Tras estar parado el blog durante unas cuantas semanas debido a la carga de trabajo, vuelve con el segundo volumen de Procesos Constructivos. Esta vez, sobre la construcción de los puentes colgantes.

 Es muy cierto, que los puentes colgantes son estructuras muy complejas y que en todas las fases de proyecto se tienen que cuidar los detalles al máximo para aumentar la durabilidad.

Tsing Ma Daqiao Durante su construcción.

Existen diversos métodos constructivos para la ejecución de este tipo de puentes. Sin embargo, en la mayoría se ejecutan siguiendo los mismos pasos y con pequeñas variantes, ya que hay que adaptarse a la morfología del terreno y las condiciones que se presentan.

La construcción de este tipo de puentes es secuencial, y cada elemento se construye por separado, como se explica a continuación.

¿Cómo se construyen las torres?

Las torres son los primeros elementos que se construyen, normalmente se encuentran apoyadas en el fondo del río, aunque hay ejemplos como el puente de Brooklyn en las que una de las torres se encuentra sobre tierra.

Lo más importante, como en cualquier estructura de este calibre,  es la cimentación. Una mala elección o ejecución de la cimentación hará que la estructura no trabaje como debe, que es a compresión en el caso de las torres. 

Construcción de las torres. En este caso de hormigón.

La cimentación de las torres se prepara de tal manera que se excava profundamente en el suelo hasta llegar a un macizo rocoso. Esto es mucho más simple si se hacen en tierra firme y no en el fondo del río o accidente geográfico que se quiere sortear.

Con mayor probabilidad tendremos que luchar contra la acción del agua en la construcción. Para ello, se introduce en el agua un cilindro de hormigón y acero que actuará como una presa circular. Este cilindro se ancla en el fondo, y se empieza a drenar con el fin de vaciarlo de agua. Esto permite que los trabajadores puedan trabajar en un ambiente seco, y sean capaces de excavar.

Cuando la excavación se completa, se comprueba que no haya filtraciones, y se encofra la zona donde se van a colocar las armaduras y se va a echar el hormigón. Al estar trabajando en seco, el curado se puede hacer de manera correcta. Otros métodos de construcción de cimentaciones para pilares incluyen la inyección de cemento y su propia ascensión haciendo la capa superior inservible. Sin embargo, necesita trabajadores muy especializados y un control más exhaustivo que el mencionado anteriormente.

Cuando esto está terminado, se comienza con la construcción de las torres. Éstas pueden ser, de hormigón, bloques o acero. Todas ellas, se hacen con elementos trepantes, sean grúas o encofrados.

¿Cómo se construyen los anclajes?

Los anclajes son igualmente importantes en la estructura, se puede decir que críticos para la estabilidad de la misma. Actúan como los estribos del puente, pero además tienen función de muro de contención y anclaje de los cables.

Esquema de un anclaje

Generalmente son enormes bloques de hormigón que se encuentran firmemente empotrados en formaciones de roca, con lo que se asegura que no se moverán. Algunos se hacen para que resistan por gravedad otros se anclan mediante pilotes. Cualquiera que sea el método, es importante que éstos no se muevan, porque harían que la base del concepto del puente colgante se tambalee.               

Excavación para un anclaje

Construcción de un anclaje.

¿Y el cable principal?

Si bien las torres y los anclajes eran muy importantes, el cable principal juega un papel extremadamente vital en el comportamiento estructural del puente. Estos se comienzan a construir y colocar a la misma vez que se construye el anclaje. 

Primero se lanza un cable piloto que pasará por donde el cable principal tendrá su posición final. Este cable va desde el anclaje 1 pasando por las torres hasta el anclaje 2. Para posicionar este cable piloto existen varios métodos, actualmente, se usa un helicóptero para hacerlo o en su defecto se usa un barco que cruza el accidente geográfico y el cable se eleva hasta las torres. Cuando este cable se coloca, una pasarela se construye para toda la longitud del puente, un metro por debajo del cable piloto. Esto se hace con el fin que los trabajadores puedan operar con el cable principal.

Polea que sube el cable principal.

Para empezar a enrollar el cable, una bobina de alambre se coloca en el anclaje. El final del cable se coloca en un extremo de la polea anclada. El alambre se engancha sobre otra polea que se monta en el cable piloto. Esta otra polea lleva el alambre hasta el otro lado, donde se ancla en la otra polea. Este proceso se repite hasta que se consigue un cable del grosor deseado. Puede tener de 125 a 400 alambres. Durante este paso, los trabajadores que se encuentran en la pasarela velan porque los alambres se vayan deslizando de manera correcta y no se generen nudos.

Si se gasta una bobina, el extremo del cable de la bobina gastada y el de la bobina nueva se empalman. Cuando se consigue el grosor adecuado, se van colocando diferentes bandas en intervalos definidos para conservar la sección. Cuando se completa el proceso, el cable principal se asegura en los anclajes. Este proceso se ha de repetir en el otro lado, ya que existe otro cable principal que colocar.

Finalmente, los cables se revisten de acero para que se protejan y se mantengan compactos. Alrededor de este revestimiento se colocan presillos de los que cuelgan los tensores verticales que se unirán a la cubierta.

El tablero, ¿de qué manera se coloca?

Después de que los cables verticales se coloquen es su posición, se puede comenzar con el tablero. La estructura se debe construir en ambas direcciones para mantener las fuerzas que se aplican en las torres estables y equilibradas.

Tableros prefabricados.

Tablero siendo elevado por una grúa en el cable principal.

Una de las técnicas utilizadas se basa en una grúa que se desplaza enrollada por el cable principal y eleva las diferentes secciones del tablero. Hay que mencionar, que lo más normal es que se prefabriquen estas unidades, lo que hace el proceso más simple. Al colocarlas en el punto preciso en el espacio, los trabajadores las enganchan a los tensores. Esto se repite hasta que se completa toda la longitud.

Esquema de grúa elevadora sobre el tablero.

Existe otro caso en el que la grúa de montaje se encuentra en la cubierta y avanza a medida que las secciones prefabricadas son colocadas.

¿Cuáles son los trabajos finales?

Los trabajos de finalización son variados y depende de los acabados y servicios que se le quieran dotar al puente. Cuando se completa el tablero, se le coloca una capa base, que normalmente es de placas de acero y luego se pavimenta, y finaliza. Esto se produce en todos los casos, ya que nuestra intención es que lo cruce un tráfico rodado, y normalmente peatonal.

A partir de aquí, el puente puede tener servicios de iluminación, por lo que las líneas de tensión son necesarias; o puede estar diseñado un acabado con pintura, por lo que trabajos de imprimación, anti-óxido y pintura son necesarios.

Lo que está claro, es que el mantenimiento es crítico para la supervivencia de las estructuras. Es imprescindible que se programen las tareas de mantenimiento a la vez que se redacta el proyecto, y debe ser revisado cada cierto tiempo. El “Brooklyn Bridge” ha estado en reparaciones durante todo el 2013 con el fin de conservar una estructura crítica para las conexiones con la isla de Manhattan.

Reparaciones en el Brooklyn Bridge. 2013

Espero que la próxima entrada no tarde tanto en llegar y que el blog se vaya actualizando de manera periódica. Todo depende de la carga de trabajo que tenga. ¿Cuál será el siguiente tema? Muchos llaman a la puerta, pero ninguno ha sido elegido. ¿Apuestas?

Un saludo, y ¡hasta la siguiente entrada!

Semana 2. Procesos constructivos: Puentes. Método de dovelas sucesivas, "in Situ".

Procesos constructivos 1. Puentes. Método de dovelas sucesivas, "in Situ".

Pensaba ir profundizando en el blog de tal manera que los temas estuviesen más o menos hilados. Sin embargo, he recordado una clase increíble que me dio un gran ingeniero de puentes sobre la construcción del viaducto que estaba visitando.  

Viaducto del Guiniguada. Gran Canaria. Fuente: en.structurae.de

Por lo cual, he decidido abrir una sección que tratará sobre procesos constructivos que creo interesantes. Este es el primer fascículo de muchos que vendrán, eso sí, periódicamente.

¿Qué es el método de dovelas sucesivas "in situ"?

Este método se basa en el más antiguo de los utilizados para el vertido del hormigón. Es decir, un encofrado que da forma al hormigón hasta que se queda en el estado deseado. Estos elementos han evolucionado de tal manera que los tiempos de montaje y amortización se hacen viables para la construcción de estas estructuras, compitiendo en gran manera con los elementos prefabricados.

Entonces, este sistema de dovelas sucesivas "in situ", se inicia partiendo de cada pila y se construye a uno y a otro lado de la misma y simultáneamente. Esos elementos, que están estudiados tanto en longitud y peso, los denominamos dovelas. Las mencionadas dovelas se van uniendo mediante cables de pretensado, con lo que se consigue la estabilidad del conjunto.

¿Cómo se desarrolla el método?

El primer paso es la ejecución "in situ" de la dovela que se sitúa sobre la pila. La llamaremos dovela "0". Este es el punto de apoyo, sobre el cual la ejecución progresa hasta llegar al centro del vano o el estribo, donde se ejecutan las dovelas de apoyo en los estribos o la del cierre.

Dovela"0" Viaducto de Tenoya, Gran Canaria.

Es importante tener en cuenta que el tablero ha de estar empotrado en la pila durante su construcción, garantizando la estabilidad. Normalmente se van construyendo hacia los dos sentidos con el fin de evitar una distribución de cargas asimétrica.

Dovelas Sucesivas en ejecución. Viaducto de Tenoya, Gran Canaria.

El empotramiento puede ser provisional o definitivo, ya que en la fase de servicio los esfuerzos son considerablemente menores a los de la fase de ejecución. Los factores que determinan la provisionalidad son: Los esfuerzos de retracción, fluencia y acortamiento térmico. Cuanto más alta es la pila más capacidad tiene de aceptar la deformación.

Cuando todas las dovelas están construidas, las estructura pasa a comportarse como una viga continua tras realizar el tesado de continuidad. Éste consiste en la unión de los dos semivanos, a través de la dovela de cierre, mediante la colocación y posterior tesado de los cables correspondientes.

Cabe mencionar, que la actuación de los topógrafos es crítico, ya que tienen que situar las dovelas correctamente en planta y alzado. Para ello, los datos tomados en obra se contrastan con los de proyecto. Esta comparación ayuda en la toma de decisiones y ayuda a corregir los errores de ejecución, evitando que las dovelas que se acercan, no se encuentren a diferente cota.

Viaducto del Guiniguada. Gran Canaria. Fase de Construcción. Fuente.highestbridges.com

¿Por qué utilizar este método "in situ" comparado con el de prefabricados?

Se utiliza menor pretensado que en las prefabricadas si tenemos en cuenta las tensiones en el Estado Límite de Servicio. Además, los errores que se puedan provocar en cuanto a la geometría no se pueden detectar hasta la fase de lanzamiento de dovelas. Si se utiliza "in situ" esto no se produce, los topógrafos se dan cuenta mucho antes, con lo que se puede corregir.

Uno de sus inconvenientes, es que si se hace prefabricada, en el parque de prefabricación, simultáneamente, se pueden fabricar, dovelas, cimentaciones, pilas, etc. Al hacerlo "in situ", hay que respetar los tiempos de fraguado y curado para comenzar con la siguiente parte, alargando el proceso.

En cuanto a la economía, para que sean rentables, las luces han de estar comprendidas entre 125 m y 175 m. Sin embargo, si las prefabricadas quieren competir con estas su rango es mucho menor, ya que se comprende entre 60m y 130m.

Caso Real:

Un caso real es el Viaducto de Tenoya (Circunvalación Fase IV), que será el viaducto más alto de Canarias y el tercero de España, que se ejecute  por el método de voladizos sucesivos.

Viaducto de Tenoya. Gran Canaria. Control Topográfico.

Cabe destacar que los carros de encofrado provienen de Noruega, específicamente para este puente y se ha necesitado mano de obra especializada para el mismo.

En una entrada posterior, hablaré del mismo viaducto, pero en este caso de la ampliación del tablero mediante jabalcones. Es muy interesante la manera en la que se construye y los pasos que se siguen.

Espero que esto sirva de introducción a un proceso, que he intentado resumir.

Un saludo y hasta la semana que viene.