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Puente atirantado girando sobre una autopista |
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Tender un puente sobre una autopista de 10 carriles sin interrumpir el tránsito: este era el reto extraordinario presentado por el Departamento de Transporte de Sudáfrica cuando prohibió el cierre de carriles durante la construcción de un puente para continuar la carretera Harper sobre la autopista N12 en Germiston. La N12 es recorrida en sus 10 carriles por 230 mil vehículos diariamente. El puente Concorde East, terminado en 1995, es el puente de tres carriles que aceptó el reto del Departamento de Transporte. La estructura con tirantes de cables sobre una sola pila y dos claros fue construida al lado de la autopista, y después girada alrededor de la pila a su posición final, extendiéndose sobre la autopista sin cerrar la carretera al tránsito. El segundo claro que actúa como contrapeso quedó empotrado en el terraplén y es completamente invisible en la estructura acabada. Único en los aspectos de diseño y construcción, el paso a desnivel es el puente con tirantes de cable más corto del mundo abierto al tránsito vehicular, y el único en su tipo en Sudáfrica. ¿Por qué se usó una estructura con tirantes de cables? Para este proyecto se eligió un puente con tirantes de cables debido a que podía ser diseñado sin un soporte central sobre la mediana de la autopista, lo que hubiera requerido el cierre de carriles durante la construcción. La estructura con tirantes de cables podía abarcar los 49.87 m requeridos con un esbelto tablero de solamente 84 cm de espesor, minimizando la elevación requerida para la carretera con un paso superior. Considerando los costos de los retrasos en el tránsito y los accidentes que probablemente hubieran ocurrido al cerrar los carriles en la N12, resultó rentable girar la estructura a su posición. Nunca se restringió el tránsito en la autopista, excepto por un reducido límite de velocidad impuesto durante el período de seis horas requerido para la rotación. Diseño del claro principal La figura 1 muestra las dimensiones de conjunto del paso superior. El claro principal tiene 49.87 m de largo, con un tablero de 15.81 m de ancho que consiste en dos vigas longitudinales coladas en el lugar, las cuales soportan vigas transversales presforzadas prefabricadas con centros espaciados a 3 m. La losa del tablero con peralte de 20 cm se expande sobre el claro entre las vigas presforzadas con un voladizo de 90 cm, 7.5 cm más lejos de los bordes exteriores de las vigas longitudinales. La deflexión total de la carga viva para el puente es de 17.3 cm. Los puentes con tirantes de cables tienen deflexiones muy grandes por la carga viva, debido a la elasticidad de los soportes del cable. Estas deflexiones inducen momentos de flexión secundarios en el tablero que son varias veces más grandes que los momentos de carga muerta. El problema es más severo en claros más cortos como éste; los claros más largos son más flexibles y mejor adaptados para absorber las deflexiones. Por lo tanto, el tablero se diseñó para aceptar deformaciones por flexión anormalmente altas mientras permanezcan dentro de los límites de fatiga y agrietamiento aceptables. El claro de contrapeso, que pesa más de 1,600 toneladas, es una losa plana, sólida, de 1.60 m de peralte. Los cables desde las pilas convergen en una de anclaje único, en el extremo de este claro, el cual está internamente presforzado para resistir grandes fuerzas de levantamiento y horizontales. La pila es un elemento de concreto reforzado esbelto de 25.8 m de alto. Los anclajes de los tirantes superiores fueron colados directamente en la sección superior de la pila. La carga que viene de cada pata de la pila es transmitida a la cimentación a través del espesor del contrapeso y a través de dos grandes apoyos. Durante la rotación del puente (figura 2) uno de los apoyos sirvió como pivote mientras que el otro se movía alrededor sobre una viga curva de cimentación. La cabeza de la pila es una sección curva que se ahusa en dos planos. Los cimientos para el claro de contrapeso y la pila están sobre pilotes de aproximadamente 8 pies de largo colados en la obra. Estos cimientos forman parte del sistema de rotación. El contrafuerte en el extremo más alejado del claro principal está sobre una zapata continua y soporta una carga relativamente pequeña. Los tirantes de los cables y las anclas son del sistema Freyssinet, y cada uno consta de torones. Los tirantes del extremo superior tienen 31 torones, los que se encuentran más abajo, 15 torones, y los tirantes intermedios tienen 19 torones. Cada tirante consta de un torón de siete alambres presforzados de 0.62 pulgadas, galvanizado relleno de cera y revestido de polietileno. Secuencia de la construcción Después de la preparación del lugar y de la instalación de una plataforma de construcción hecha de tierra, las cuadrillas construyeron la cimentación de los pilotes para la pila y el contrapeso, incluyendo los pilotes de levantamiento, necesarios para anclar el puente en su posición final. Una vez construidas las vigas curvas de cimentación para que sirvieran como rieles de deslizamiento para la rotación del puente, las cuadrillas construyeron el claro del contrapeso y empezaron los trabajos en la pila. El claro principal fue construido a lo largo de la carretera en un terraplén previamente instalado. Después de la construcción de las dos vigas longitudinales, los trabajadores colocaron las vigas transversales presforzadas y prefabricadas en su lugar y construyeron los moldes para el tablero. Después de colocar las varillas corrugadas y las anclas empotradas, se colocó el concreto y se compactó. El cuadro muestra las resistencias del concreto y los materiales cementantes para el claro principal, el contrapeso y la pila. El siguiente paso consistió en construir las cabezas y las vigas transversales de las pilas y los anclajes en el extremo del contrapeso. La colocación del concreto en la cabeza de la pila fue difícil, complicada en parte por los 3.3 t/m3 de varilla corrugada requeridos. El concreto premezclado con aditivo superfluidizante con un revenimiento de 15 cm fue colocado y compactado a través de aberturas temporales en la cimbra. Se requirieron tres horas para colocar los 6.8 m3 de concreto. Después de la instalación de todos los cables, las cuadrillas quitaron las cimbras del claro principal y empezaron el proceso de rotación. Se utilizó un gato hidráulico para presfuerzo a fin de aplicar una fuerza de 48 ton para vencer la fricción estática, y después tan solo 15 ton para vencer la fricción de deslizamiento. Una vez completada la rotación, el apoyo se convirtió de modo de deslizamiento en un pivote o cojinete libre y el claro principal se unió al claro del contrafuerte por medio de un relleno interior. Las fuerzas en los tirantes de los cables se afinaron bien antes de que la estructura completa se abriera al tránsito. Precisión requerida. Puesto que el puente contiene muchos elementos altamente tensados, se requirieron materiales de alta calidad y excelente mano de obra en todo el proyecto. Fue necesario un control estricto de la precisión dimensional estructural para satisfacer los requisitos del procedimiento de rotación. Por ejemplo, se tuvieron que alinear pares de anclajes de cables ahogados perfectamente alineados uno respecto al otro después de los movimientos causados por el corrimiento que había tenido lugar. Las distancias entre las anclas de los cables se midieron a una exactitud de 0.5 cm. Para asegurar una precisión similar de la longitud de los cables, éstos se cortaron solamente durante las horas frías del día. La superficie superior de la viga de deslizamiento curvo principal se terminó a 0.5 cm de la elevación especificada. El espacio entre el extremo libre del claro principal y su contrafuerte se especificó a 5 cm; después de la rotación, la separación real fue de 4.8 cm. Consideraciones acerca del costo El costo del puente en 1995 fue de aproximadamente $ 840.000 o 3.8 millones de rands sudafricanos, distribuidos como sigue: Cimentación y sistema de rotación 24% Tablero, pilas y acabado 48% Cables y anclajes 28% Un puente convencional, con un soporte en la mitad del claro, hubiera costado aproximadamente un tercio menos que la estructura por la cual se optó finalmente. Pero la construcción de un puente convencional hubiera requerido un acceso a la mediana de la autopista, y el montaje de vigas para el tablero y el andamiaje. El angostamiento resultante de la autopista de 5 a 3 carriles en cada dirección hubiera causado retrasos a los automovilistas y hubiera podido causar accidentes. Un estudio independiente estimó que los costos para los automovilistas que hubieran sufrido colisiones y retrasos hubiera sido de aproximadamente siete veces el costo del puente con tirantes de cables, o 24 veces la diferencia entre las opciones convencional y los tirantes de cables. Participación de la comunidad El interés del público en este proyecto fue muy grande, y el equipo del proyecto tomó las medidas necesarias para mantener informado al público sobre el diseño del puente y el proceso de construcción. El proyecto también tuvo difusión extensa en los medios impresos y en radio y televisión. Se prepararon más de 20 tours al lugar para grupos que a veces excedían las cien personas; mucha otra gente en la comunidad visitó el sitio de manera informal. Y cientos de personas observaron en la mañana de aquel domingo cuando tuvo lugar la rotación del puente. Muy rara vez se ha visto en Sudáfrica tanto interés del público en un proyecto de construcción de ingeniería. Este interés no solamente benefició la imagen de la industria del concreto, sino que instruyó a la comunidad acerca de la versatilidad del concreto como material de construcción. (Ilustraciones) Foto 1. El claro principal del puente en proceso de construcción al lado de la autopista N12 en Germiston, Sudáfrica. Foto 2. El paso superior con un claro de 49.8 m fue girado a su posición mientras el tránsito fluía por debajo en la autopista.
Figura 1. Dimensiones y localización de los principales componentes del puente. ( anclaje) Figura 2. Diagrama esquemático del proceso de rotación, mostrando la viga curva de cimentación. (Puente en posición de construcción) (Punto de rotación) Foto 3. El Paso Superior East Concord –el primer puente de autopista con tirantes de cables de Sudáfrica–, cruza sobre 10 carriles de tránsito. Terminada en 1995, la estructura ha recibido cuatro premios importantes de parte de organizaciones de profesionales y de la industria. (Cuadro:) Concretos especificados para el puente
Elemento Resistencia de un Resistencia* del puente cubo característico aproximada de a 28 días un cilindro (kg/cm2) equivalente (kg/cm2) Claro principal 408 337
Material cementante Cemento portland Escoria de alto horno ordinario** granulada y molida 70% 30% 50% 50% 70% 30% * Debido a la forma relativamente baja y ancha del cubo, la resistencia del cubo de un concreto dado es de aproximadamente 20 por ciento mayor que la resistencia del cilindro del ASTM C469. ** Similar al ASTM tipo 1. ___________________ Créditos Propietario: Departamento del Transporte, Gobierno Nacional de Sudáfrica. Cliente: Consejo de la Ciudad de Germiston Ingeniero Consultor: Keeve Steyn Inc. Diseñadores: Peter Fitzgerald y Jerzy Sochanski Contratista: Empresa conjunta entre LTA Construction Ltd. y Labor Construction (Pty) Ltd. Otros participantes: Ground Engineering, and Piling; Freyssinet Civil Engineering,; Nova Engineering, y RMM Concrete.
Brian Addis es consultor de concreto, escritor de temas técnicos y escultor. Es editor de numerosas publicaciones técnicas sobre el concreto. Este artículo fue publicado en Concrete Construction y se reproduce con la autorización del Aberdeen Group. Claro del 302 253 contrapeso Pila 506 422
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Resumen: Los inconvenientes que hubiera provocado suspender temporariamente el tránsito vehicular en esta autopista sudafricana condujeron a que un paso superior que debía ser colocado sobre la misma fuera llevado a su posición haciéndolo girar sobre un pivote mientras fluía normalmente la circulación por los 10 carriles que corrían debajo. |
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Instituto Mexicano
del Cemento y del Concreto, A.C. |
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