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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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“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
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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 CONSTRUDATA
vigas postensadas o de acero en alma llena y placa reforzada. 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.
La tendencia es emplear concretos de alto desempeño con resistencias entre 10.000 y 16.000 psi.
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,
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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.
ni con la reglamentación, bien la europea (Código 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.
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Los puentes atirantados de grandes luces serán las estructuras del futuro. FUENTES 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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