Informe Especial 159: Puentes by PROSPERTECH SA

INFORME ESPECIAL PUENTES

EDICIÓN 159 JUNIO - AGOSTO 2011

INFORME ESPECIAL

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Fotos: cortesía Gregorio Rentería, Alfredo Santander, Germán Escobar, GRISA, Alcaldía Mayor de Bogotá,Diego Dueñas y PCA.

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Puentes ingenio para estructuras

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Este informe especial describe estructuras que son un ejemplo del talento y la capacidad de innovación de la ingeniería, obras que vale la pena destacar por la acertada combinación de sus variables.

En las sociedades primitivas, los puentes se hacían con troncos de árboles grandes, que se llevaban al sitio de la obra mediante rodillos. Tales troncos se apoyaban en obras falsas para pasar el vacío por cubrir. Este tipo de estructuras evolucionó con el uso de la madera gracias a procedimientos similares a los voladizos sucesivos, con lo cual se lograron obras de mayor magnitud que formaban una especie de arco. Durante el Imperio Romano nacieron los puentes de arco fabricados con rocas provenientes de canteras,

cortadas a medida y unidas con cementantes naturales. Hoy se conservan obras espectaculares de este tipo, a las que se agregan los acueductos. Esta práctica duró hasta el siglo XVIII. Con el inicio de la Revolución Industrial comenzó a utilizarse el hierro como elemento estructural, para pasar luego al acero; también se empezó a emplear el concreto, una vez que se tuvo a disposición el cemento Portland. Así nacieron los puentes metálicos y los de placa y viga reforzada. El perfeccionamiento del cemento y del acero de refuerzo hizo que se desarrollaran los puentes de menor longitud en concreto reforzado. Por otro lado, el trefilado de los perfiles de acero permitió la construcción de grandes estructuras, entre ellas el Puente de San Francisco (EE.UU.), obra insigne de la ingeniería de puentes en su momento y que todavía despierta admiración. Durante la Segunda Guerra Mundial y luego de este conflicto, en Europa se usó acero de alta resistencia y nació el concreto pretensado y postensado. Este último material permitió la construcción de estructuras de mayores luces y de puentes de voladizos sucesivos fundidos ‘in situ’. Para ello se usaron carros de avance. Esta tecnología tuvo un gran crecimiento entre los años 50 y 60 en Francia, Alemania y, posteriormente, en toda Europa. Mientras tanto, Estados Unidos avanzaba en la producción de acero, lo cual promovió la construcción de puentes con estructuras metálicas que se usaron en toda la red vial de autopistas, a lo largo y ancho de ese país. En Colom-

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PUENTES bia, la tecnología para la construcción de puentes se estancó en los años anteriores a la década del 70. “Con mucho respeto a la ingeniería nacional, en aquella época no se ejecutaban puentes de envergadura, pues las normas del Ministerio de Obras Públicas concebían las vías para que por ellas se transitara a velocidades del orden de los 30 kph, y calzadas de 6 m a 7 m de ancho. A mediados del siglo XX, nuestras carreteras en las zonas montañosas eran caminos serpenteantes que buscaban pasar los cauces de agua con una luz mínima; prácticamente, los puentes eran de longitud muy reducida”, explica Gregorio Rentería, gerente general de GRISA. El Puente Pumarejo de Barranquilla se convirtió en un suceso en el país. Su construcción en 1974 fue el resultado de la unión de la empresa italiana Lodigiani S.A. con la colombiana Cuéllar Serrano Gómez Ltda. También fue un hito la construcción del Puente de Juanambú en 1975 por Augusto Ruiz Corredor y otros, con asesoría española. Este fue el primer puente de dovelas sucesivas hecho en Colombia, con luces de 45 m, 90 m y 45 m, y pilas de 56 m de altura. En 1997, con una tecnología que no se conocía en el país, se construyó el puente atirantado de Pereira, con una luz principal de 211 m y una longitud total de 440 m. El siglo XX finalizó con construcciones masivas de puentes de luces menores en concreto reforzado, puentes de luces mayores y múltiples luces en concreto postensado, puentes metálicos en vigas y de celosía, y algunos de arco metálico, todos con placa de concreto reforzado. El análisis estructural que se hacía hasta entonces en el mundo cambió totalmente cuando en la última década del siglo X X ocurrieron los sismos de Northridge y Loma Prieta (California, EE.UU.). Estos siniestros

“El Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes, de 1995, se basa en las normas antiguas con las que se diseñaron los puentes que se cayeron en Estados Unidos y Japón. Ningún ente regulador de Invías ha tomado cartas en el asunto”, Gregorio Rentería. Puente Juananambú, Nariño.

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dejaron inservible la mitad de las autopistas, pues las intersecciones y viaductos elevados se derrumbaron. El remate de esa década fue el sismo de Kobe (Japón), que hizo que se cayera la autopista elevada Hanshin Expressway. La destrucción dejó ver que el arte en el análisis estructural sísmico de los puentes estaba errado y, muy rápidamente en el mundo entero, se inició una carrera para encontrar las respuestas que permitieran diseñar puentes que no sufrieran ese tipo de colapsos.

Las variables que se consideran hoy

Aunque no son infinitas, las variables que se deben considerar para diseñar y construir un puente seguro y con una vida útil larga son tan numerosas y particulares que demandan el trabajo y la investigación de más de ocho disciplinas. Cada proyecto plantea retos distintos, por lo que el resultado depende de múltiples aspectos, como la clase de suelo, el diseño vial, la hidráulica, el uso y función, su impacto en el medioambiente, la geografía circundante, la facilidad de acceso al sitio de la obra, el proceso constructivo elegido, el grado de riesgo al que la estructura puede someterse en caso de desastres naturales, los materiales y, por supuesto, los costos. En consecuencia, resulta definitivo articular la labor de cada especialista de tal manera que sus conceptos estén dirigidos a un objetivo común. De este trabajo en cadena depende el éxito del proyecto.

Arriba: Puente Atirantado, Risaralda.

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Puente Pumarejo, Atlántico.

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Para Diego Dueñas, ingeniero de PCA Ltda., encargado de diseñar el sector 1 de la Ruta del Sol, hay un factor adicional: la experiencia del equipo de trabajo. En este sentido, se debe entender que la labor de consultores y constructores es levantar un puente que ante una emergencia no se derrumbe y permita la evacuación de los usuarios. Se trata, entonces, de construir una estructura segura, eficaz, funcional y estéticamente atractiva, con los recursos disponibles. Dado que los proyectos de desarrollo vial están sujetos siempre a la capacidad de inversión, es determinante el costo del diseño y la construcción. Esta es la razón por la que los presupuestos y tiempos de entrega constituyen los aspectos más importantes de cualquier proyecto, pues condicionan las decisiones del consultor respecto a materiales, tipo de cimentación, y sistema constructivo y estructural, entre otros. Así, los objetivos de consultores y constructores deben ser optimizar los recursos y ejecutar obras que eviten la fuga de capital y jalonen la economía del país.

Factores determinantes

Si bien no existe una clasificación de las condiciones que determinan la elección del tipo de estructura de un puente, sí hay aspectos que usualmente se evalúan en el proceso. Esta es una descripción de las principales variables:

Suelo

El análisis geotécnico y geológico es esencial para determinar el tipo de cimentación y el número y longitud de las luces que conformarán el puente y el sistema de apoyos, entre otros aspectos. Si el suelo es de baja capacidad portante, la cimentación recomendada es por pilotes y no por zapatas; hay que tener en cuenta la profundidad, el número y el diámetro de dichos pilotes. Esto no quiere decir que en este tipo de suelo no pueda utilizarse el método de cimentación por zapatas; en este caso, es la dimensión de este elemento la que influye en la decisión, puesto que si es de grandes proporciones implica aumentar la cantidad de material y, en consecuencia, los costos. También es importante evaluar las condiciones del terreno por intervenir y las construcciones circundantes, pues, en el caso de las ciudades, implementar zapatas afectaría el tráfico vehicular.

Ubicación del terreno

Las características del puente dependerán de las condiciones geográficas del lugar donde será levantado. Por ejemplo, para las estrucPuente Sisga, Cundinamarca.

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turas con pilas en lechos de ríos, los factores determinantes son el tipo de cimentación y los dados que soportan el sistema de columnas, pues el sometimiento de la estructura a la fuerza de la corriente debe reducirse al mínimo. Una solución viable es redondear los dados o las columnas, según el caudal. En ríos navegables se deben tomar precauciones como el manejo del gálibo vertical –altura que debe existir entre la parte inferior de la viga y el suelo– y la longitud de luces entre columnas, para minimizar el eventual choque de barcazas con la infraestructura. El análisis de la ubicación del terreno también determina la resistencia del puente al alto oleaje o al impacto de un deslizamiento. En algunos casos, como el del puente La Estampilla, situado en Caldas, puede presentarse el reto de construir sobre una falla tectónica, con lo cual aumentará la probabilidad de que el diseño se afecte por un sismo.

Acceso a la obra De la ubicación del terreno depende el acceso a la zona, variable que repercute en el proceso de construcción y de movilización de maquinaria y personal. En algunos casos, es necesario realizar la cimentación mediante caissons, debido a que hasta el lugar no pueden llegar piloteadoras o excavadoras.

Las condiciones de acceso también definen los materiales y su manejo dentro de la obra. Así, se determina el tipo de estructura (fundida ‘in situ’ o prefabricada en taller). Si no es posible el ingreso de transporte pesado, los elementos prefabricados deben limitarse en longitud y tamaño, lo cual hace el proceso menos ágil y más costoso. Por otra parte, si la topografía es escarpada, para fundir el concreto se usan carros de avance y, en algunas ocasiones, piezas prefabricadas. Ahora, si la decisión es trabajar con acero, la colocación de las vigas se realizará por medio de dos sistemas: empujado y lanzado, procesos que se llevan a cabo con gato hidráulico o malacate. El sistema de lanzado se diferencia por el uso de un elemento o nariz de lanzamiento que tiene como función acortar la distancia entre la viga y la columna.

Materiales: propiedades y comportamiento a largo plazo

El concreto y el acero se ven sometidos a movimientos relacionados con el cambio de temperatura, efectos de retracción, acortamientos por fraguado, cargas de tráfico, asentamientos diferenciales, tolerancias o relajación. Del cálculo de estos movimientos se deriva la elección de los sistemas de apoyo y las juntas de expansión, pues es la superestructura la que se somete a estos

En algunos lugares de Colombia, la situación de orden público es el factor que más influye en la selección del tipo de estructura y del material por emplear.

Puente Quebrada Negra, montaje por lanzamiento, Antioquia.

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efectos. En algunos casos, la reducción puede llegar a ser de más de 20 cm en cada extremo de la superestructura; la diferencia de altitud entre el puente y el terraplén de acceso también puede presentar condiciones similares. Para puentes en los cuales el cálculo de acortamiento es mínimo, el ingeniero Gregorio Rentería, de GRISA, recomienda el uso de sistemas de apoyo de neopreno, dado que la capacidad de deformación de este material permite una alta liberación de energía. No obstante, luego de un sismo fuerte y prolongado, este apoyo no mantiene sus características iniciales, lo que implica la sustitución del neopreno. Para acortamientos pronunciados, Rentería sugiere el sistema POT. Para implementarlo, es necesaria una cimentación que resista las fuerzas en dirección transversal, puesto que este sistema libera energía en una sola dirección (longitudinal).

Clima

Las condiciones atmosféricas de la zona también determinan las características de los materiales de la estructura, pues estos deben soportar las variaciones de temperatura y tolerar los movimientos que causan los cambios climáticos. Prever los efectos del clima en la zona hace que el puente responda adecuadamente a las situaciones producidas por desastres naturales. Ejemplo de esto son los cálculos que deben hacerse para soportar una avalancha sin que los materiales arrastrados se represen. Respecto a la lluvia, es primordial que el diseño geométrico contemple el ángulo de bombeo que debe tener la placa del puente, para que el drenaje sea eficaz. Cuando en la zona haya precipitaciones fuertes y crecientes de los ríos, se recomienda llevar a cabo el proceso de cimentación en época de verano; de esta manera, no es necesario construir planchones especiales para soportar la maquinaria o fundir pantallas de concreto a las orillas del río. En conclusión, no existe una fórmula universal ni estricta para diseñar y construir un puente; son múltiples los aspectos que se deben analizar, lo que convierte el resultado en una estructura de características únicas. Si bien es cierto que existen tipologías y sistemas constructivos específicos, también lo es que el éxito y la eficacia de la obra radican en la convergencia, el ingenio y la experiencia del equipo de trabajo.

Puente Dosquebradas, Risaralda.

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En proyectos con luces de gran longitud y dificultades de acceso, como el puente de Pipiral, situado en la vía Bogotá-Vill avicencio, puede ser necesario emplear helicópteros o construir un teleférico para transportar los materiales del puente y a los trabajadores.

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Tipologías y procesos constructivos PENDOLóN Elemento vertical que forma el armazón de las estructuras en arco.

PLACA y TERRAPLéN DE ACCESO Se sitúan en cada extremo del puente. Su diseño debe tener en cuenta el asentamiento. En algunos casos, el terraplén se reemplaza por una estructura con cimentación propia.

ANDéN

Acera u orilla de concreto que debe construirse en los puentes vehiculares por los que también haya tránsito peatonal.

PLACA Se ubica sobre las vigas principales o secundarias, y hacia ellas transmite las cargas. Para proteger la placa, que generalmente es de concreto, se instala la carpeta asfáltica.

RIOSTRA Impide la deformación de los elementos estructurales por torsión.

CIMENTACIóN Generalmente, en puentes se utilizan pilotes –hincados o pre-excavados–, caissons –excavados a mano– y zapatas. Estas últimas trabajan por compresión, mientras que los dos primeros lo hacen por punta o fricción, o combinados.

DADO O zAPATA Transmite las cargas de la columna a la cimentación.

Plano: cortesía S&A.

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Para lograr una armónica convergencia es fundamental conocer las tipologías básicas para la construcción de puentes, y los elementos que componen estas estructuras.

TIRANTE Se utiliza en puentes atirantados, colgantes y extradosados. Por lo general, es un cable de acero cuyo diámetro y longitud depende del esfuerzo al que se someta la estructura.

BARRERA DE TRáFICO y BARANDA Muros para proteger al usuario en caso de accidente: impiden que el vehículo se salga de la superestructura. Pueden ser de metal o concreto.

COLUMNA y ESTRIBO VIgA Elemento lineal que cumple funciones estructurales dentro del puente. Por lo general, se ubica en forma longitudinal, pero también se usa de manera transversal para reforzar las vigas principales.

Soportes verticales de la superestructura. Los estribos son los apoyos finales del puente y se ubican en los extremos del mismo. Para resistir mejor la acción de los agentes naturales, el material más utilizado es el concreto.

APOyOS Son sistemas que protegen la estructura de movimientos sísmicos o del comportamiento irregular del material. De esta categoría forman parte los amortiguadores y los aisladores sísmicos.

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VIgA CABEzAL Su uso depende del diseño. Este elemento recibe la carga de la superestructura y la transmite a la columna.

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TIPOLOGÍAS

Puente

Chirajara

PLACAS Y VIGAS Ingenieros como Alfredo Santander, de S&A, la consideran básica en las tipologías de puentes. Existen vigas longitudinales, apoyadas sobre pilas. La longitud recomendada para la luz es de 80 m. Esta tipología tiene un funcionamiento óptimo en puentes rectos o con curvas leves. Los materiales más usados en el país para las vigas son el concreto reforzado o prerreforzado (pretensado y postensado) y el acero. El sistema constructivo depende del material y la localización del terreno. Para las piezas prefabricadas en concreto o acero, el montaje más sencillo puede hacerse mediante una grúa o, si las condiciones topográficas lo permiten, los segmentos de viga y la placa pueden ser fundidos‘in situ’.

Está situado sobre la quebrada del mismo nombre, en la vía al Llano. Aunque la estructura no pertenece a la tipología ‘placa y vigas’, su concepción se da a partir de esta clase de puente, pues utiliza vigas principales de alma llena con sección en I, que gracias al arriostramiento, rigidización y sistema de contravientos, se convierte en un falso cajón. Esta característica le permite un buen funcionamiento, a pesar del pronunciamiento de la curva.

Factores determinantes

· Inestabilidad del terreno / carencia de suelo adecuado · · · · · ·

para cimentar. Esbeltez de las columnas. Curvatura horizontal del puente. Continuidad entre la superestructura e infraestructura. Pendiente longitudinal. Peralte. Grandes luces entre apoyos.

Descripción

La longitud del puente es de 284 m y su ancho, de 11 m. La curvatura tiene 175 m de radio en su eje central y presenta dos segmentos: el primero inicia en el estribo con dirección hacia Bogotá, cuya longitud es de 240 m; le sigue una curva de transición de 44 m.

La curva se logra mediante tramos rectilíneos que forman una poligonal circunscrita a un arco; el arco de la viga externa es de 178 m, y el de la interna, de 172 m. El puente cuenta con una pendiente longitudinal de 3,8% y, transversalmente, con un peralte del 6%. La viga poligonal se apoya sobre dos estribos y tres columnas, lo cual da como resultado cuatro luces, cuyas medidas son 70,645 m, 94,17 m, 75,645 m y 44,04 m, respectivamente.

Proceso constructivo

La cimentación se hizo por caissons postensados de 2 m de diámetro, con una profundidad que varía entre 15 m y 30 m. La medida del dado o zapata es de 10 m x 9 m, y por cada columna se construyeron 4 caissons. Las columnas se fabricaron en concreto reforzado por el sistema de formaleta deslizante; la modulación por columna es 7 m x 6 m x 30 cm de espesor, con alturas variables de 35 m, 70 m y 18 m.

Diseñador: Germán Escobar Constructor: Conconcreto Inaugurado en: 1995

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TIPOLOGÍAS

La viga ‘falso cajón’ se formó con vigas maestras que tienen rigidizadores verticales y horizontales, y con contravientos –viga en celosía– superiores e inferiores, soldados a los patines. El proceso de armado inició en los patines, que se ensamblaron en segmentos de 12 m, y luego se conformó el alma de la viga de 5 m de alto, a partir de la unión de dos láminas de 2,5 m x 12 m x 13 mm de espesor. Una vez listos los patines y las almas, se procedió a soldar longitudinalmente con arco sumergido, mediante proceso controlado. Después del armado de la viga se instalaron con soldadura automática y manual los rigidizadores verticales en la cara interior, y los longitudinales, en la exterior. Luego se ensamblaron tres segmentos de 12 m consecutivos mediante soldadura y tornillos, en dos pistas de concreto de 36 m de longitud. Los tramos se emplazaron con una grúa derrick, y en los módulos de 36 m se instalaron los contravientos y riostras.

Montaje

Por las características del terreno, se eligió el sistema de empujado y lanzado por medio de malacates eléctricos, cuya capacidad es de 4 toneladas con doble tambor, en donde el primer tambor se usó para halar y el segundo, para frenar. El cable halado pasó por un sistema de poleas móviles, conformado por dos aparejos. El primero se amarró a un punto fijo, y el segundo, al extremo de la estructura. En el extremo noroccidental (Bogotá), la viga se empujó con un sistema de poleas de 7 discos que multiplican la fuerza del malacate por 14; del lado oriental, los 7 discos la multiplican por 28. Así, el extremo occidental requiere menos fuerza, gracias a la pendiente de 3,8% descendente. Durante el proceso de “empujado” de la estructura metálica, la estabilidad después de un volcamiento y basculamiento no estaba garantizada en algunos tramos, por lo que fue necesario implementar contrapesos y apoyos temporales en el extremo noroccidental. En el suroriental (Villavicencio) se usó además una nariz de lanzamiento y ménsulas para disminuir la longitud de la luz. La placa de la primera sección del puente es de concreto prefabricado, y la de la última sección, del lado de Villavicencio, fue fundida ‘in situ’ debido a su curvatura. Los apoyos que se utilizaron son de neopreno; sin embargo, el ingeniero Germán Escobar, diseñador del proyecto, aconseja que, cuando sea necesario, se reemplacen por POT.

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TIPOLOGÍAS

VIGA CAJÓN La viga longitudinal tiene forma de cajón y cuenta con un vano central. Puede fabricarse en concreto reforzado, siempre y cuando la longitud de la luz no supere los 30 m, pues su costo se eleva frente al concreto preesforzado e, incluso, frente al acero. Según el ancho del tablero y el diseño, el puente puede contar con varias vigas cajón de menor altura. La construcción ‘in situ’ de las vigas puede realizarse de manera convencional mediante apoyos temporales y formaleta; si la ubicación y la maquinaria del constructor lo permiten, se realiza con el sistema de voladizos o dovelas sucesivas. Con piezas prefabricadas, la construcción puede llevarse a cabo por el sistema de empujado, lanzado o grúa.

Puente tercer nivel

Calle 92

Está localizado en Bogotá. La estructura inicia en el carril oriental de la Avenida NQS, y termina en el carril oriental de la Autopista Norte. Pasa sobre dos puentes de la Autopista y por el de la Calle 92.

Factores determinantes

· Utilización de acero A-588. · Sistema de apoyos de neopreno. · Diseño de una columna excéntrica para dar

Diseñador: Germán Escobar Constructor: Metrodistrito S.A. Inaugurado en: 2005

paso a una posible prolongación de la paralela sur-norte de la Autopista Norte. · Intervención mínima del tráfico vehicular. · Viga con 58 secciones calculadas para optimizar el acero al máximo.

Descripción La longitud del puente es de 567 m, y el ancho de su tablero, para tres carriles, es de 12 m. La estructura presenta cuatro curvas de diferentes radios y establece en la longitud del puente una variación en la pendiente transversal de la calzada, peralte que brinda seguridad al usuario. La superestructura se apoya en 13 columnas y dos estribos, lo que da como resultado una división de 14 luces, en donde la mayor es de 44 m y la menor, de 36 m. El radio de curvatura más pequeño en planta es de 127 m.

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Proceso constructivivo

La cimentación se realizó mediante pilotes de concreto prefabricado, en módulos de 10 m, aproximadamente, con sección de 35 cm x 35 cm, transportados en tractocamión e hincados con martillo. Su profundidad alcanza una longitud de 40 m. Los estribos están soportados por 12 pilotes y la mayoría de las columnas por 16, con excepción de la 9, que tiene un pilote menos debido a la proximidad a la tubería de Tibitoc; y la 6, que tiene 18 pilotes, en razón de su excentricidad. La modulación de la mayoría de los dados es de 7 m x 7 m x 1,5 m de espesor en concreto reforzado; para la columna 6, el dado es de 8 m x 7 m, con una altura variable entre 1,50 m y 2 m de concreto, con refuerzo especial para momentos de flexión transversales. La longitud de las columnas no es uniforme: la 14 es la más corta, con 6,45 m; y la 7 es la más larga, con 12,7 m. En su base, las columnas ordinarias son de 4,32 m, medida que se amplía gradualmente en la parte superior, para llegar a 5,62 m; el ancho de la columna es de 1,50 m. La columna 6 es excéntrica respecto al dado, pues se ubica a 15 cm de uno de sus bordes. La medida de su base inicia en 4,50 m. El aumento comienza a partir de los 7,85 m de altura. En la parte superior tiene 7,91 m de ancho. La viga es una estructura mixta compuesta por un cajón en acero –fabricada en taller– y una placa colaborante de concreto, preesforzada transversalmente con monotorones adheridos y fundida en el sitio de la obra. El cajón de acero cuenta con 58 secciones, que se distinguen por su espesor variable, por la presencia de rigidizadores transversales y longitudinales y, entre otros aspectos, por la ubicación de riostras verticales intermedias instaladas en curvas cada 5,5 m y cada 11 m en zonas rectas; así, el peso de la estructura metálica es de 850 t.

Montaje

Los segmentos de viga se montaron con grúa, y posteriormente se ensamblaron con soldadura. Para la placa con 12 m de ancho, el concreto usado en su zona central de 5 m fue postensado transversalmente y fundido ‘in situ’ de forma convencional. Para los voladizos de 3,50 m cada uno, el concreto reforzado se fundió con carro de avance para no interrumpir el tráfico vehicular.

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TIPOLOGÍAS

Puente

Dosquebradas Se encuentra localizado en la Concesión Autopistas del Café, en la doble calzada que conduce de Pereira a Manizales, en el tramo que une a Dosquebradas con Santa Rosa.

Factores determinantes

· Terreno inestable, compuesto de cenizas volcánicas y materiales residuales.

· Imposibilidad de ampliar la vía existente. · Mínima intervención del terreno, para garantizar la estabilidad del trazado.

Descripción

Su geometría helicoidal lo convierte en el primer puente de estas características en Latinoamérica. Tiene una longitud de 395,30 m, con un diámetro de 180 m, y presenta una pendiente constante del 7% y un peralte del 8%. Tiene 2 estribos y 8 columnas circulares huecas con dos secciones: 3,20 m de diámetro

externo –para la pila más alta en cada ladera–, y 2,30 m de diámetro para las restantes. La altura de las columnas varía entre 4,82 m y 25,59 m. La viga cajón de concreto postensado tiene un tablero de 10 m de ancho y una altura de sección constante de 2,20 m.

Proceso constructivo

Cada columna está soportada por tres caissons, con un diámetro de 1,50 m y una longitud que varía entre 9 m y 24 m, con zapata triangular, forma que permite una mínima intervención del terreno. Para cada estribo, se necesitaron dos caissons, con un diámetro de 1,20 m: la profundidad del eje 1 es de 14 m, y la del eje 10, de 11 m. Debido a la inestabilidad del terreno, se debieron construir terrazas alrededor de las zapatas, para garantizar la seguridad en la excavación de los caissons.

Las columnas se fabricaron en concreto reforzado mediante formaleta deslizante, conformada por paneles de 50 cm de ancho por 2 m de alto. Luego de alcanzar la altura, se procedió a construir la viga cabezal o capitel de concreto, que además se fundió con los soportes de los gatos de arena, situados en cada esquina del capitel para absorber las compresiones. A lo largo de la columna, hasta la cimentación, se instalaron múltiples barras de alta resistencia, diseñadas para absorber las tracciones; los gatos y las barras son elementos que compensan los momentos generados por la excentricidad del proyecto en la construcción de los voladizos. Entre la parte superior del capitel y la inferior de la viga, existe un espacio de alrededor de 41 cm de altura, donde se localizan los apo-

Diseñador: GRISA Constructor: Concesiones Autopista del Café Inaugurado en: 2010

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yos, que para este puente son aisladores sísmicos de péndulo por fricción. Aquí se presentan los desplazamientos entre las partes de la estructura, lo que permite liberar energía en caso de sismo. Para el armado de la viga o dovela sobre el apoyo, se inició el reforzamiento de la placa de fondo, de donde se establecieron los arranques de refuerzo para las almas o muros y la placa superior. Luego de fraguar el concreto de la placa inferior, se finalizó el reforzamiento de toda la viga con acero de refuerzo, y ductos para los cables de construcción de los voladizos.

Montaje

El proceso constructivo elegido para este proyecto es el de voladizos o dovelas sucesivas, que se lleva a cabo mediante carros de avance, instalados sobre la superficie de la losa de las vigas sobre apoyo. Para ejecutarlo, se monta con grúa un carro de avance que permite el vaciado de la primera dovela, que luego de fraguada se tensiona. Para instalar el segundo carro, el primero debe desplazarse sobre la dovela ya vaciada. La construcción de las dovelas se hace de forma simétrica sobre la columna; la longitud del voladizo depende de las especificaciones de diseño. En este proyecto se utilizaron cuatro carros de avance, para agilizar el empalme de los voladizos.

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UNIDAD ADMINISTRATIVA - BOGOTÁ Carrera 19B No. 166-82 Teléfonos: 668 4343 - 668 4340 - 485 3353 - Fax 670 0023 - 668 4341 E-mails: eiasa@energiaintegralandina.com - comercial@energiaintegralandina.com operaciones@energiaintegralandina.com - servicios@energiaintegralandina.com PLANTA INDUSTRIAL CALDAS - MANIZALES Estación Uribe km 4 Vía Chinchiná frente a la Universidad Antonio Nariño Teléfonos: (076) 889 9150 - 889 9175 - 889 9172 - Fax (076) 889 9205 E-mail: eintegral@energiaintegralandina.com - Celular Planta (310) 423 2184 UNIDAD DE NEGOCIOS ANTIOQUIA - MEDELLÍN Cr. 54 No. 29-52 Zona Industrial Belén bodega 101 Teléfonos: (074) 316 2123 - Fax (074) 316 2693 - 316 0072 E-mail: oficinamed@energiaintegralandina.com UNIDAD DE NEGOCIOS VALLE - CALI Calle 51Norte No. 3FN-85 Barrio La Flora Teléfax: (072) 664 3403 - Celulares (310) 831 1930 - (311) 390 4600 E-mail: mrodrigueztrujillo@gmail.com UNIDAD DE NEGOCIOS ATLÁNTICO - BARRANQUILLA Carrera 54 No. 64-97 Of. 203 Centro Boulevard Teléfax: (095) 360 4864 - Celular (318) 390 9067 UNIDAD DE NEGOCIOS SANTANDER - BUCARAMANGA Cra. 6 No. 35-49 Barrio Alfonso López - Telefax: (077) 652 5784 UNIDAD DE NEGOCIOS ECUADOR - QUITO Cumbaya Urb. Santa Lucia Calle No. 97 Edificio Monte Sinaí, Piso 3-oficina 305 PBX (593- 2) 289 1179 - Celular (593) 9 945 0704 UNIDAD DE NEGOCIOS CHINA

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Calle 50 y Calle 56 of. 1611 Global Bank Teléfono: (507) 391 9427 / 28

EDICIÓN 159 JUNIO - AGOSTO 2011

INGENIERÍA, SERVICIO ASESORÍAS, VENTA E INSTALACIÓN

INFORME ESPECIAL

TIPOLOGÍAS

Puentes

Calle 100

Localizados en el norte de Bogotá, en un punto neurálgico para el tráfico. Son dos puentes situados en la Calle 100, que cruzan sobre la glorieta y el paso deprimido que une la Avenida Carrera 9ª y la Carrera 15.

Factores determinantes

· Sistema constructivo pensado para causar el menor impacto en el tráfico vehicular.

· Geometría estructural definida por el diseño arquitectónico.

· Limitaciones de espacio para cimentación. · Construcción paralela al diseño. · Cimentación para las zonas de acceso al puente.

Descripción

Son dos estructuras independientes con un tablero de 11 m de ancho para tres carriles. El puente del costado norte maneja el tráfico de oriente-occidente, y el del costado sur, el de occidente-oriente. Cada estructura presenta dos secciones: el puente principal, con tres lu-

ces simétricas –46 m, 83 m, 46 m–, apoyadas sobre cuatro columnas; y las zonas de acceso, con dos luces de 30 m en cada costado. La longitud total de cada puente es de 295 m. Cada estructura cuenta con 2 estribos y 6 columnas, para un total de 4 estribos y 12 columnas, en donde 8 de ellas presentan forma de X en planta. Estas columnas con diseño arquitectónico, que se encuentran a la vista, reciben las luces de acceso y los voladizos laterales; las 4 restantes, con forma convencional, se localizan luego de cada estribo y no son perceptibles por los usuarios y transeúntes gracias a una pantalla de cerramiento en concreto que rodea, en el nivel de la infraestructura, las primeras luces en cada extremo del puente.

Diseño y construcción: SAINC S.A. Unión temporal Intersección Valorización Bogotá 25 Fecha de entrega: junio de 2011

CONSTRUDATA

La sección en X de la columna tiene una altura de 3,75 m y un ancho variable según su localización. En las esquinas superiores de cada una de las 8 columnas, se ubican cuatro elementos metálicos de 7,75 m de altura, que funcionan como ductos eléctricos y se conectan con el voladizo de la superestructura para sostener la iluminación del puente.

Proceso constructivo

La cimentación es uno de los desafíos que enfrentó el proyecto, debido a la calidad del suelo, al sistema de redes existentes y a las limitaciones de espacio en la zona de las pilas principales. El diámetro que se propuso inicialmente para los pilotes preexcavados era de 60 cm, eficaces desde el punto de vista geotécnico, pero no estructural; por eso se decidió utilizar dos tipos de diámetro, distribuidos a lo largo de los pilotes. Para cada estribo, la cimentación fue de 6 pilotes, con una profundidad de 35 m, un diámetro de 60 cm y una zapata de 6 m x 4 m. Para las columnas, la cimentación se clasificó de acuerdo con su ubicación en el proyecto; y en las zapatas y número de pilotes se aprecia la diferencia. Del conjunto de columnas, el soporte de ocho de ellas estuvo compuesto por 16 pilotes, con una longitud de 45 m, de los que los primeros 11,5 m tienen un diámetro de 80 cm, y los 33,5 m restantes, de 60 cm. Las zapatas son de 7,20 m x 7,20 m, con una altura variable entre 1 m y 1,50 m. La cimentación de las cuatro columnas restantes, es decir, de las pilas principales, se diferencia por la forma de la zapata y el número mayor de pilotes. En el puente sur, las columnas que sostienen la luz central

EDICIÓN 159 JUNIO - AGOSTO 2011

–83 m– tienen zapatas hexagonales; en el del norte, mientras la columna oriental también tiene zapata de seis lados, la occidental es rectangular, debido a su cercanía con redes hidráulicas y una cámara de inspección. Este factor hizo imposible que la columna se ubicara en el centro de la zapata. En razón de tal impedimento, el diseño estructural planteó un nuevo dado, de 10 m x 4,60 m, que acogió la mayor parte de la columna y dejó por fuera un segmento mínimo. En las zonas de acceso, el terraplén se descartó por la posibilidad de que se presentara un asentamiento elevado; entonces, se diseñó una estructura tipo box o

cajón de concreto reforzado, de 30 m de largo por 11 m de ancho, y cuya altura va de 66 cm a 3,41 m. La cimentación para la estructura se realizó con 24 pilotes, cuya longitud fue de 30 m y su diámetro, de 60 cm.

Montaje

La construcción de ambos puentes se hizo de forma paralela. La sección de acceso –60 m por cada extremo del puente– fue fundida en el sitio de la obra, con concreto postensado y usando el método tradicional. La sección de puente principal se construyó por el sistema de voladizos sucesivos, en donde la altura de la viga sobre la columna es de 4 m, y de 1,60 m en el centro de la luz. Para construir los puentes simultáneamente se necesitaron ocho carros de avance.

INFORME ESPECIAL

TIPOLOGÍAS

Puente

Humea

Proceso constructivo

La longitud del puente es de 316,40 m, segmentados en cinco luces: la principal es de 120 m; las secundarias, de 60,10 m; y las que están próximas al estribo, de 38,10 m. La pendiente longitudinal del puente es del 5%, y el bombeo por calzada, del 2%. La viga cajón de concreto postensado es de 11,60 m de ancho, distribuidos en 9 m de

K2+011.12

S-1

P-4

8 pilotes Ø = 0.90 L=20.00

P-4

5 pilotes Ø = 1.20 L=30.00

316.40 120.00 N+183.514

N+181.9733 K2+071.22

60.10

N+178.972

9 pilotes Ø = 1.50

Montaje

Para las luces siguientes a los estribos –38,10 m–, la tipología fue placa y vigas postensadas de 1,82 m de altura, fundidas en el sitio de la obra. Las luces restantes se construyeron por voladizo sucesivo, y se utilizaron dos carros de avance instalados por grúa.

C L

K2+071.22

K2+011.12

K1+973.02

38.10

N+177.071

S-1

N+177.071

La cimentación de las columnas centrales se realizó en época de verano, cuando el cauce del río es bajo, y se llevó a cabo a partir de la construcción de plataformas en recebo, para permitir la movilización de la mixer y la excavadora. Se utilizaron 9 pilotes preexcavados de 1,50 m de diámetro para cada columna; en la situada al occidente, la profundidad de los pilotes fue de 34,50 m,

K2+191.22

Descripción

mientras que en la columna oriental se manejó una longitud vertical de 37 m. En las columnas siguientes a los estribos, la cimentación fue de 5 pilotes de 1,20 m de diámetro y una longitud de 30 m de profundidad; para los estribos, 8 pilotes de 90 cm de diámetro y 20 m de longitud.

calzada, 30 cm para barrera de tráfico y 1 m de voladizo en cada lado. La altura de la viga sobre columna es de 6,75 m, y de 2,50 m en la unión de los voladizos.

4N+181.973

P-3

60.10

38.10

N+178.972

N+177.071

S-4

P-1

P-2 N+183.514

6 K2+289.42

Factores determinantes

· Cimentación sobre el río Humea. · El clima.

Diseñador: S&A Constructor: Unión temporal Puentes del Meta Inaugurado en: 2009

K2+251.32

Situado en el municipio de Cabuyaro (Meta), sobre el río Humea.

K1+973.02

INFORME ESPECIAL

TIPOLOGÍAS

N.A. 169.406 9 pilotes Ø = 1.50 L=34.50

5 pilotes Ø = 1.20 L=30.00

8 pilotes Ø = 0.90 L=20.00

PERFIL ESC. 1:1000

CONSTRUDATA

TIPOLOGÍAS

1.00 .30

.30 1.00

9.00 C L puente

Var. de 6.75 a 2.50 95 36 00 N

e= var. de .80 a .22 5.70

2.95

TRAMOS 2-3, 3-4 y 4-5

sección transversal esc. 1:125

11.60 1.00 .30

.30 1.00

9.00 C L puente

.18 1.82

1.30

3.00

1.50

En los apoyos

1.50

3.00

1.30

En la luz

TRAMOS 1-2 y 5-6

EDICIÓN 159 JUNIO - AGOSTO 2011

INFORME ESPECIAL

TIPOLOGÍAS

ARCO Este tipo de puente cuenta, por lo general, con dos apoyos situados en los extremos de la luz, aunque existen diseños que, según la longitud del obstáculo, presentan arcos consecutivos. La recomendación es construirlos en zonas con gran calidad de suelo, preferiblemente rocoso, debido a que el peso del puente y las sobrecargas de uso se transfieren a los apoyos. Hay dos grandes categorías: puentes con el tablero superior, donde el arco se sitúa debajo de las vigas, en el nivel de la infraestructura, y puentes que presentan un arco que soporta la superestructura desde arriba. Para el puente en arco se aconseja un sistema mixto de vigas metálicas y placa de concreto, con el fin de controlar la carga. En esta tipología, el uso de los materiales no es estricto. El arco puede ser en estructura metálica tipo cajón o tubular, al igual que sus pendolones; también es válido el uso de concreto. La elección depende del diseño. Generalmente, el proceso constructivo se desarrolla por segmentos, debido a que el arco tiene que someterse a cargas de forma simétrica.

Puentes

Flandes Dos puentes para tránsito vehicular, de arco de concreto blanco. Están localizados sobre Río de Oro, en la carretera que comunica a Girón y/o Lebrija (Santander) con Bucaramanga.

Factores determinantes

· El sitio de la obra se encuentra sobre la vía en

funcionamiento. · La construcción del primer puente inició sin eliminar los puentes militares provisionales.

Descripción

Cada puente tiene una luz de 90 m, su superestructura la soportan dos arcos inclinados de concreto reforzado –con ángulos de acero y refuerzo pasivo–, cuya altura es de 20 m y su longitud, de 90 m, de los cuales se desprenden

ocho pendolones a cada lado –barras de acero de alta resistencia–, separados cada 10 m. La placa tiene un ancho de 14 m, distribuidos en tres carriles para vehículos y un paso para peatones en uno de sus lados. Las superestructuras tipo cajón se componen de cuatro vigas longitudinales de sección I, en concreto pretensado con espesor promedio de 21 cm, separadas entre sí por 3,6 m. A éstas las reciben ocho vigas transversales fundidas ‘in situ’, que corresponden con los pendolones, sobre las cuales se construye la placa superior postensada en dirección longitudinal, que contrarresta los empujes generados por el arco. Su espesor va de 20 cm a 24 cm.

Diseñador: GRISA Constructor: GRODCO En construcción

CONSTRUDATA

La placa inferior es postensada de manera longitudinal y transversal.

Proceso constructivo

Para no obstaculizar el tráfico vehicular, primero se construyó el puente 1, localizado aguas abajo. La cimentación de los puentes se realizó mediante barretes preexcavados para los estribos de la estructura. Dichos barretes en forma de T y espesor de 60 cm se construyeron primero para el puente 1 –aguas abajo– y después en el puente 2 –aguas arriba–. De esta manera se aprovechó la maquinaria en la zona para evitar sobrecostos. Respecto a los estribos, se instalaron los aisladores sísmicos de péndulo por fricción, que a su vez soportan la viga flotante transversal en la que se empotran los arcos de concreto. Las vigas flotantes transversales se armaron con parrillas de acero de refuerzo y ductos de cables dentro de la formaleta.

EDICIÓN 159 JUNIO - AGOSTO 2011

Para garantizar su funcionamiento óptimo, debió asegurarse la correcta localización de los ductos del sistema de barras de alta resistencia a tracción y compresión. Una vez fraguado el concreto de las vigas flotantes, se procedió a la instalación de la estructura metálica del arco completo y a la ubicación de los pendolones. De manera simultánea, se estableció el sistema de soporte de los cables de tensionamiento externo, para lo cual se sugirió el uso de monotorones no adheridos, introducidos en mangueras de protección. Después de instalada la estructura metálica del arco, se inició la fundición del concreto blanco que la reviste. Luego de fraguado el arco, se fundieron las vigas transversales y se anclaron a los pendolones para cumplir el orden establecido por el diseñador y someter el arco a las cargas de forma simétrica. Las

primeras en fundirse fueron las dos localizadas a cada extremo del puente; luego, las dos centrales y, finalmente, las vigas intermedias. Una vez finalizada la fundición de las vigas transversales, se dio comienzo a la instalación de los segmentos de viga longitudinal. La fundición de la placa de fondo y la superior también se realizaron de manera simétrica.

Montaje

Sin descuidar las cargas a las que se sometió la estructura metálica del arco, la fundición del concreto se llevó a cabo con un orden estricto, que inició en la sección por empotrar en la viga flotante transversal, en una longitud de 2,5 m. Esta medida evitó realizar juntas de construcción en las secciones donde se encuentran los pendolones. Las siguientes secciones del arco se demarcaron por la ubicación de los pendolones cada 10 m, y el orden de fundición fue similar al que se determinó para las vigas transversales.

INFORME ESPECIAL

TIPOLOGÍAS

INFORME ESPECIAL

TIPOLOGÍAS

Puente

Simaña Localizado en la troncal del Magdalena, en la carretera La Mata-San Roque.

Factores determinantes

· Reemplaza un puente de un solo carril que limitaba el flujo del tránsito vehicular.

· Sistema de construcción por teleférico. · Su estructura es de acero y la cimentación, de concreto.

· En la actualidad, las zonas de acceso al puente no se encuentran construidas.

Descripción

La luz del puente es de 105 m, y su ancho, de 14 m, aproximadamente. Las vigas tirantes tienen la misma longitud, con una altura de 1,50 m y un ancho de 60 cm. La superestructura tiene 14 vigas transversales, 12 de las cuales corresponden a los pendolones; las dos restantes se empotran en el estribo tipo silleta. Dichas vigas tienen 13,90 m de largo por 1,25 m de alto. Para el refuerzo hay dispuestas 5 vigas longitudinales, ensambladas en el espacio entre vigas transversales.

Diseñador: Germán Escobar Constructor: Consorcio Puentes de Colombia Inaugurado en: 2007

longitudinales de la viga, se instalaron las vigas transversales correspondientes, los segmentos de arco, los pendolones y las piezas de acero encargadas de garantizar la estabilidad del arco en la parte superior. De manera simultánea, se instalaron los refuerzos longitudinales con sección en I, de 50 cm de alto y 8,8 m de largo en 10 de los refuerzos; y de 8,6 m para los ubicados entre el estribo y el primer pendolón de cada extremo. Se finalizó con la instalación de la losa de concreto.

Montaje

El sistema constructivo empleado fue ‘por teleférico’, para transportar las piezas del puente. Fue necesario instalar dos torres metálicas en cada extremo, para que de ellas pendieran los cables transportadores.

Proceso constructivo

La cimentación de los estribos se hizo con 6 pilotes; su diámetro es de 1,40 m y la longitud, de 7 m, preexcavados con camisas de acero vibradas y perdidas. La zapata es de 15,80 m x 4,70 m x 2 m de alto, en concreto reforzado. Para ensamblar la viga tirante, se ubicaron 12 apoyos temporales en sentido longitudinal. Primero se instalaron las piezas que a manera de ángulo unen la viga tirante con la estructura del arco; éstas se ensamblaron con la viga transversal empotrada en el estribo. A medida que se soldaron las secciones

CONSTRUDATA

TIPOLOGÍAS

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INFORME ESPECIAL

TIPOLOGÍAS

Puente Suaza

Está localizado en la vía Altamira-Florencia (Caquetá). Cruza sobre el río Suaza, a la altura de la vereda Guayabal, en el Huila.

Factores determinantes

· En periodos de lluvia, el río Suaza es muy caudaloso y arrastra sólidos de gran tamaño.

· Ausencia de pilas en el lecho del río.

Descripción El puente es asimétrico, y su longitud de 116,20 m se divide en dos luces: la de 24,17 m, aproximadamente, y la central, de 92,25 m. El ancho del tablero es de 8 m, y su placa de concreto, fundida en obra, tiene 20 cm de espesor. La estructura se compone de seis partes: el tablero, el pórtico de retención, un estribo, los cables, los apoyos y las fundaciones.

La luz central está compuesta por dos vigas maestras, separadas por 6,5 m, y por vigas transversales, cada 4,70 m. Para su refuerzo, presenta contravientos de forma romboidal, localizados en la parte superior de las vigas maestras. La función de los contravientos fue asegurar la estabilidad transversal de la estructura durante el montaje y disminuir las longitudes de pandeo de las vigas maestras y transversales.

La estructura del pórtico de retención tiene 44,11 m de altura. La cimentación se realizó mediante una zapata de 7 m de ancho por 1,60 m de alto. La torre tiene dos columnas –tipo cajón–, con una sección de 4,40 m x 1,20 m, uniforme desde la base hasta la altura del tablero. De éste hasta la corona, la sección de las columnas varía hasta 2,40 m x 1,20 m. En la punta de la torre, las

columnas son de concreto macizo para el anclaje de los cables y las riostras.

Proceso constructivo

Por la asimetría del puente, fue necesario un contrapeso en concreto reforzado con el fin de anclar los cables de retención. Para cada lado, se usaron dos grupos de cables de 16 torones y uno de 12 cada uno, lo que dio un total de 88 torones con una longitud de 50,18 m. Los tirantes que sostienen la luz central están compuestos por cuatro cables para cada lado. El primero –más cercano a la torre– tiene 12 torones y una longitud de 31,66 m; el segundo, 19 torones y 43,20 m; el tercero, 2x12 torones y 60 m; y el cuarto, 2x16 torones y 78,04 m. Para el tercer y cuarto tirante fue necesario dividir los cables en dos grupos para tensionarlos.

AtIRANtAdO Su característica principal es que el tablero se encuentra suspendido de una o varias columnas mediante tirantes. Existen tres conceptos de atirantado: el primero presenta el tablero rígido, un número reducido de tirantes y una torre flexible que, por su esbeltez, no trabaja en momentos de flexión; el segundo cuenta con una torre rígida que soporta los esfuerzos longitudinales ejercidos por la carga viva, para lo cual requiere un número elevado de tirantes; el tablero es flexible y trabaja moderadamente a compresión; el tercero son los elementos principales en el comportamiento de la estructura. Para evitar que disminuya la tensión aplicada a los tirantes, es recomendable que el segmento de tablero sostenido por estos tenga una longitud corta. Si la luz es amplia, los tirantes deben anclarse a un contrapeso. El anclaje depende del diseño y puede ubicarse en el medio del tablero o en sus extremos.

Diseñador: Germán Escobar Constructor: Unión temporal Puentes 8 Torones y Coltensa S.A. Inaugurado en: 1998 44

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TIPOLOGÍAS

En este puente, se manejó una distancia de 13,25 m entre la torre y el primer tirante. Para los demás tirantes, fue de 19,75 m, debido a que, para la construcción mixta de vigas de acero con placa de concreto, una distancia corta entre tirantes no hubiera aportado ninguna ventaja al comportamiento estructural del puente ni a su montaje. La mayoría de los elementos de concreto fueron fundidos en la obra con formaleta convencional, a diferencia de la torre, que se fundió con formaleta deslizante.

Montaje

La estructura metálica fue prefabricada en Bogotá y posteriormente transportada por segmentos de 11,50 m. La estructura se ensambló sobre el terraplén de acceso al puente y se colocó mediante el método de empuje por malacate eléctrico; aquí fue necesaria la instalación de apoyos temporales. Una vez instalada la estructura de acero, se fundió la losa de concreto, procedimiento que tuvo en cuenta que el material alcanzara el 75% de su resistencia, para tensionar los cables. Esta etapa representó el tramo más delicado del proyecto, debido a que la posibilidad de fracturar el concreto de la torre era grande; entonces, se estableció un protocolo de tensionamiento que se realizó por parejas ‘retención-tirante’.

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TIPOLOGÍAS

Puente

La Victoria La estructura se localiza sobre el río Cauca, entre los municipios de La Unión – La Victoria, en el departamento del Valle del Cauca.

Factores determinantes

· Lleva más de 60 años de servicio. · La repotenciación se llevó a cabo para aumentar la capacidad de carga del puente.

· El reforzamiento se realizó en la superestructura. · Ausencia de pilas en el lecho del río.

COLGANtE Adecuado para grandes luces. El más conocido hasta ahora por su gran longitud es el Akashi Kaikyo construido en Japón con un total de 3.911 m. La superestructura básica de esta tipología consta de dos pilones o torres principales que junto a los macizos anclaje soportan los cables portantes. Cables que a su vez sostienen las vigas de rigidez a través de elementos metálicos –varillas, platinas o clables– denominados pendolones. Los puentes colgantes son ideales para superar tramos en donde sea imposible construir columnas intermedias o invadir el cauce de un río. Su montaje, por lo general, se lleva a cabo a través de teleférico.

Descripción

El puente cuenta con un ancho de calzada de 6 m y se conforma por tres luces, en donde la principal o tramo colgante tiene una longitud de 164 m y cada una de las correspondientes a los tramos de aproximación, 54 m. La luz principal se encuentra suspendida entre dos torres metálicas de 21,5 m de altura aproximada y se sostiene a través de 21 pendolones ubicados a distancias variables de 7,4 m y 8 m. Las vigas de rigidez –longitudinales– del tramo colgante son de 2,5 m de alto, mientras que las de los aproches son de 2,4 m. Los 6 cables que sostienen la luz principal están anclados al macizo o muerto, ubicado atrás de cada estribo.

peso bruto vehicular del camión HS-20-44 con el cual fue concebido inicialmente el puente. Los materiales utilizados para la repotenciación fueron remaches A-502 grado 1, tornillos A-325, láminas y perfiles A-36 y, soldadura E70XX. Además de reemplazar o reforzar las piezas metálicas de la superestructura, el proceso también incluyó la limpieza mediante chorro de arena y la aplicación posterior de pintura anticorrosiva y de acabado.

Proceso de repotenciación

Debido al aumento de tráfico pesado originado por el crecimiento agrícola de la zona, fue necesario repotenciar la superestructura del puente para cargas útiles superiores a las del proyecto original. Para conseguir este objetivo se utilizó el camión de diseño C-40-95 que representa 52 t, frente a las 40 t de

En la mayoría de los casos, los puentes colgantes presentan tramos de aproximación localizados atrás de las torres y apoyados sobre los estribos de cada extremo, estos permiten la ampliación de la sección hidráulica del río en épocas de invierno.

Repotenciación: DICON Ltda. Año: 2004 46

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TIPOLOGÍAS

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PUENTES

Tendencias y retos Por Gregorio Rentería, gerente general de GRISA

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¿Hacia dónde va la ingeniería de puentes? La respuesta en las más recientes convenciones en Estados Unidos y Europa es unánime: a una vida útil entre 75 y 100 años y a rigurosos parámetros en seguridad estructural de comportamiento sísmico. Para asegurar la máxima duración de un puente, en el mundo entero –tanto en países desarrollados como en vía de desarrollo– se vienen empleando concretos de alto desempeño (HPC, por sus siglas en inglés). Estos presentan resistencias entre 10.000 y 16.000 psi, son de baja permeabilidad, de alta densidad y, en consecuencia, capaces de sortear las lesiones y daños patológicos generados por el medioambiente agreste, condiciones que garantizan la larga vida de la obra. Desafortunadamente, esto no lo veremos en Colombia en muchísimos años debido al oligopolio de las empresas productoras de cemento, que han limitado al país a usar concretos de máximo 6.000 psi de resistencia, sin ninguna intervención posible del Estado para regular esta situación. Las mismas casas matrices internacionales que producen los cementos y concretos en Colombia están en casi todos los países del mundo; por ejemplo, en nuestra vecina Panamá. Allí sí pueden producir los concretos de HPC, por la alta calidad que exigen los inversionistas. El argumento es el aumento en los costos. Aquí es necesario hacer notar que con concre-

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PUENTES

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PUENTES

“Cabe analizar que, por ejemplo, en las licitaciones de las concesiones de la Ruta del Sol se especificaba que los puentes debían tener una duración cercana a 100 años, pero no se hizo aclaración alguna para su definición, armonización y regularización dentro de las licitaciones… Cosas naturales de la contratación del Estado colombiano”. tos HPC las obras requieren secciones menores en sus miembros componentes, lo cual implica menores tamaños y volúmenes y, por consiguiente, menores pesos en las fundaciones o cimentaciones. Así, esta reducción implica un moderado incremento del costo del HPC. Por su parte, las especificaciones para los aceros de refuerzo –como en el caso de Japón– ya son normas obligatorias y de aplicación lenta en los países desarrollados. En estos, el acero pasivo debe ser recubierto con protección epóxica, y el acero activo o de tensionamiento debe contar con protección epóxica o ser galvanizado, para evitar que las fallas de corrosión acorten la vida útil de la estructura. En cuanto a la estabilidad ante eventos sísmicos, que repercuten también en la duración de los puentes, en diferentes partes del mundo se han desarrollado dos tipos de sistemas de liberación de energía que protegen las estructuras de los puentes que no son redundantes. Estos sistemas disminuyen los esfuerzos de los miembros sin tener que usar la afectación del R (Coeficiente de Capacidad de Disipación de Energía), el cual es totalmente teórico y lleva a los elementos a tener un comportamiento no lineal dentro del rango inelástico y establecer desempeños aún no bien conocidos, lo que genera que la estructura sufra daños. El primer grupo de estos elementos son los amortiguadores sísmicos, apoyos con capacidad de deformación de magnitud considerable que por medio de desplazamientos generan la liberación de energía. Se componen, por lo general, de capas de neopreno y láminas de acero, con superficies de teflón o sin ellas. Tienen el inconveniente que con sismos de considerable duración, el desprendimiento de calor con los desplazamientos afecta el neopreno y eventualmente deben ser sustituidos. El segundo grupo de elementos son los aisladores sísmicos (por ejemplo, los de péndulo por fricción), que son elementos de acero

con formas internas de casquetes esféricos y un deslizador interno cuyas superficies de acero están cubiertas con materiales autolubricantes e inoxidables desarrollados por la NASA. Al presentarse el sismo, permiten los desplazamientos que a su vez elevan la estructura, lo que genera un mejor trabajo de liberación de energía. Igualmente, al alcanzar temperaturas máximas, y según las pruebas a 400° C, no se desgastan y en consecuencia pueden durar más de 100 años.

Lo que viene

No estará Colombia al mismo nivel del resto del planeta hasta contar con las normas adecuadas y los productos e insumos necesarios para garantizar la calidad usual ofrecida en los demás países que permiten la construcción de puentes de larga duración (de 75 a 100 años). De acuerdo con esto, se puede prever lo siguiente: 1. Los puentes de luces menores (máximo aprox. <= 20 m) se seguirán haciendo en concreto reforzado, principalmente como solución en carreteras de baja especificación, liderados por los departamentos y municipios pequeños. También con luces menores prefabricadas se seguirán desarrollando las denominadas ‘calzadas voladoras’, ejecutadas en la concesión Autopistas del Café. Esta es una solución para el paso o ampliaciones de dobles calzadas en terrenos agrestes con escarpes pronunciados. Resulta muy útil en tramos con geologías inestables, pues permite el paso elevado de la calzada con solamente un apoyo a cada 12 m o 15 m; esto genera una mínima afectación de corte y, por consiguiente, la preservación completa del medioambiente. 2. Los puentes de luces intermedias, bien sean simples o continuas (luces desde 15 m hasta 40 m, pero con una o varias luces continuas) se seguirán construyendo, con vigas postensadas o de acero en alma llena y placa reforzada.

CONSTRUDATA

Como dato curioso, estos dos grupos de puentes son los únicos reglamentados por el Código Colombiano de Diseño Sísmico de Puentes –95– de Invías. 3. Para puentes en dovelas sucesivas, las nuevas normas de diseño geométrico vial con especificaciones de velocidad de diseño de 80 a 120 kph, con calzadas y bermas más generosas y limitaciones de pendientes en el trazado, generarán la proliferación de muchísimos puentes de luces principales entre 40 m y 200 m y con varias luces. La tendencia será la de pasar de dovelas sucesivas vaciadas ‘in situ’ a dovelas prefabricadas, lo que repercutirá en un menor costo de las obras y, sobre todo, en la reducción del tiempo de ejecución. La limitación serán las condiciones topográficas que forman parte de la definición del puente. Se espera que por la demanda se impongan los concretos de HPC y el uso de cables con recubrimiento epóxico, si lo que se quiere es cumplir con que la vida de la obra supere los 50 años. Esta condición tendrá que prevalecer en las Concesiones Viales Nacionales.

4. En el mundo, para luces del orden de mínimo 200 m, los puentes atirantados han reemplazado por completo a los puentes colgantes. Para su construcción metálica o en concreto se usan sistemas estructurales de dovelas prefabricadas (unos pocos con dovelas vaciadas ‘in situ’). Este sistema tendrá que implementarse en Colombia. Estos serán los grandes puentes del futuro, pero si no se cumple con estrictas especificaciones de fabricación (para protegerlos de la corrosión) ni se usan corazas aerodinámicas y amortiguadores de vibración, según sea el caso, ni con la reglamentación, bien la europea (Código

EDICIÓN 159 JUNIO - AGOSTO 2011

INFORME ESPECIAL

PUENTES

INFORME ESPECIAL

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NuEvas tEcNoLogías

En Europa, Oriente y Estados Unidos se adelantan investigaciones exhaustivas sobre nuevos materiales con mejores y mayores características de resistencia. La combinación de estos tres componentes dará origen a puentes de luces extraordinarias, bajo peso y vida útil de más de 150 años. • Refuerzos con fibra de carbono y compuestos con fibra de vidrio. • Concretos con incorporación de fibras y autonivelantes, con resistencia a la compresión de hasta 30.000 psi. • Productos sintéticos de protección de carpetas para evitar su desgaste.

CEB - FIP - Comité Euro Internacional du Beton) o la norteamericana sobre la utilización de los tirantes de alto rendimiento, la durabilidad de estos puentes será mínima. Los últimos ejemplos internacionales de puentes majestuosos se tienen en Grecia (Puente Río Antirio), en China (Sutong Bridge) y Japón. No por ser el de mayores luces, el último ejemplo de una maravilla estructural de este tipo es el puente de Millau, en Francia. Hace pocos meses fue adjudicado uno de estas características en Bucaramanga, con una luz principal aproximada de 275 m. Se encuentra en proceso de diseño final y pilotaje. 5. La tendencia más reciente son los puentes extradosados, una deducción lógica y racional del proceso de diseño entre puentes de dovelas sucesivas y puentes atirantados. Esta nueva tipología prácticamente une estos dos conceptos, con los primeros tramos en dovelas sucesivas, y los tramos posteriores con tirantes de bajo ángulo de incidencia con la superficie del puente, lo cual logra luces intermedias importantes, con un bajo costo respecto a los puentes atirantados, pues sus tirantes pueden trabajar con un esfuerzo de de desempeño mayor.

Diego Ernesto Dueñas Puentes Ingeniero Civil de la Universidad Nacional de Colombia, con especialización y maestría en Estructuras. Siendo parte de Darío Farías y Cía. Ltda., participó en el diseño del puente Yondó y el viaducto Pipiral; con PCA (Proyectistas Civiles Asociados), en el puente de la Calle 100 y en los 95 correspondientes al sector 1 del proyecto de la Ruta del Sol. Gregorio Rentería Antoverza Ingeniero Civil de la Universidad Nacional de Colombia. Cuenta con más de 46 años de experiencia en el desarrollo de obras civiles en el país. Se ha destacado por sus constantes aportes a las técnicas de diseño y construcción de estructuras, como la implementación de los aisladores sísmicos de péndulo por fricción en los viaductos de la Estampilla. Alfredo Santander Palacios Ingeniero Civil y Magíster en Estructuras de la Universidad Nacional de Colombia. Ha ejercido como profesor universitario

durante más de 30 años y actualmente dicta la cátedra de puentes en la Escuela Colombiana de Ingeniería. En sus 40 años de experiencia ha participado en el diseño, interventoría y construcción de más de 500 puentes en el país. Germán Escobar López Ingeniero Civil EPFL (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) y director de Diseños y Cálculos Estructurales Ltda. Galardonado en 2008 por la Sociedad Colombiana de Ingeniería con el premio Guillermo González Zuleta. Diseñador de los puentes Chirajara, Tercer nivel, Suaza, Dos Quebradas y Guayepo, entre otros. Víctor Manuel Mojica Araque Ingeniero Civil de la Universidad La Gran Colombia, especialista en diseño, fabricación y montaje de puentes y edificios metálicos. Se ha desempeñado como docente en la cátedra de puentes, estructuras metálicas y resistencia de materiales, en universidades como la Pedagógica, Militar Nueva Granada y La Gran Colombia, entre otras.

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