Teniendo en cuenta que los puentes pueden
considerarse, técnicamente hablando, los
elementos más complejos de las infraestructuras civiles, los modos de construirlos presentan a veces casi
más complejidad que el puente mismo. La
posibilidad de ocurrencia de un siniestro en la fase de construcción es elevada y el agente de seguros deberá
cerciorarse de que en el proyecto no solo
se contemplan las situaciones desfavorables es cuanto al comportamiento en servicio sino también que la solución
constructiva está adecuadamente concebida.
La técnica de construcción está fuertemente
condicionada no solo por el tipo y material
de puente sino también por las condiciones particulares del emplazamiento por lo que no existe un catálogo
cerrado. De todas formas podemos reseñar
las siguientes.
A)
Técnica de construcción con cimbras
La forma de los puentes de hormigón se obtiene por medio de encofrados en los que se coloca el hormigón fresco (hormigonado in situ). La forma del encofrado para las vigas y las losas de la calzada se apoyan en las llamadas cimbras que transmiten el peso del hormigón aún no portante en el subsuelo. A medida que va fraguándose el hormigón, la obra adopta su propia capacidad de soporte y puede ser retirada la cimbra.
Anteriormente, los carpinteros solían
labrar esas cimbras de madera desplegando
gran habilidad. Hoy en día, en cambio, se utilizan predominantemente estructuras de grandes
dimensiones, y cobra suma relevancia la
estructura de la cimbra por lo que el diseño, el cálculo y la elaboración de cimbras complejas son
encargados, muy a menudo, a empresas
especializadas en este terreno.
Los costes de una cimbra en voladizo y
autoportante, que se utiliza, por ejemplo,
para puentear una profunda garganta, pueden elevarse hasta a una tercera parte de todo el coste de construcción
del puente.
El cálculo y la confección de la cimbra
implican un notable riesgo para los aseguradores.
En los últimos años, una y otra vez se produjeron graves accidentes a causa del derrumbe de las cimbras
al colocar el hormigón fresco pesado con
cargas de 1.000 toneladas y más. Como causa se constató el fallo de elementos de las cimbras expuestos a
dobladuras por errores de cálculo o faltas
en la mano de obra así como cimentación insuficiente de la cimbra.
Particularmente las uniones de las celosías
suponen puntos muy débiles que hay que
dimensionar de forma adecuada y ejecutar con gran exactitud. Aparte de las cimbras vaciadas in situ, se
utilizan también cimbras deslizantes. Esas
cimbras resultan ser económicas si hay que hormigonar varios tramos de puentes sobre un subsuelo plano de igual
sección transversal y si el puente no es
demasiado alto. Para la construcción de puentes largos en terreno accidentado o de puentes en pendientes
montañosas donde no es posible colocar
cimbras apoyadas en el subsuelo se han desarrollado estructuras auxiliares: unos apoyos de andamiaje sobre
vigas transversales sujetas en los soportes
del puente pueden deslizarse de un tramo a otro.
Las
cimbras deslizantes se utilizan para las obras más diversas, p.e. para el hormigonado de las vigas en voladizo en las
aceras de un puente cuyo cuerpo fue
construido según el método deslizante por tramos.
B)
Método deslizante por tramos o secciones
En esta técnica, la superestructura del
puente va construyéndose en un lado del
puente en secciones (tramos) que miden de 10 a 30 m. El hormigonado de las secciones se efectúa en un encofrado fijo
(fábrica de tramos) detrás de uno de los
contrafuertes del puente. Una vez compactado el hormigón, la sección va pretensándose, desencofrándose y, acto
seguido, esa sección se desliza sobre
apoyos de resbalamiento (neopreno, teflón sobre chapa de acero cromado) mediante prensas hidráulicas hacia la
dirección del puente. A continuación se procede
a hormigonar la siguiente sección y es deslizada de nuevo. En el último elemento delantero se
halla montado un elemento frontal de
acero (morro) que durante el deslizamiento se apoya en el próximo pilar, disminuyendo así los momentos en voladizo que
resulten del peso propio.
En los puentes con pendiente normal, en
general, el método deslizante por tramos
va dirigido cuesta abajo. Para pendientes mayores del 2% se exigen sistemas de frenado (placas estriadas, zapatas
de freno) para que el puente pueda
deslizarse controladamente cuesta abajo.
Los componentes del puente se fabrican in
situ; de esta manera es posible organizar
más razonablemente el acabado de dichos componentes, p.e. por medio de encofrados que pueden moverse
hidráulico-mecánicamente, por la confección
de las armaduras en moldes, el empleo de travesaños auxiliares y grúas. Para que los trabajos que hay que
realizar en la fábrica de tramos no queden
perjudicados por las influencias del tiempo, es aconsejable que la misma sea protegida por un tejado. En general,
la confección de un tramo no tarda más
de una semana, es decir, cada semana se termina una sección de puente de 10 a 30 m de largo. Este método de
construcción resulta ser económico para puentes
que miden, como mínimo, 150 m. También los puentes curvados se construyen según esta
técnica.
Si la técnica deslizante por tramos se
aplica en la construcción de puentes sobre
ríos, a veces hay que puentear en voladizo y sin apoyo temporal grandes tramos de unos 80 m: en la construcción de un
puente de carretera, mediante cables
atirantados hubo que mantener un tramo en voladizo de esas dimensiones a través de un pilón auxiliar.
Dado que el pilón auxiliar se deslizó junto
con el puente, y que no se encontraba constantemente por encima de un pilar, se derrumbó el puente.
C)
Construcción con elementos prefabricados
De vez en cuando, la construcción con
elementos prefabricados conlleva ventajas,
p.e. cuando se trate de tramos cortos a través de vías de comunicación donde no es posible colocar
cimbras. Para levantar y colocar las vigas
sólo hay que interrumpir la circulación a corto plazo.
Colocación de elemento en el
puente sobre el estrecho de Öresund.
La construcción mediante elementos
prefabricados merece la pena cuando se trate
también de construir un gran número de puentes de iguales dimensiones o en caso de puentes muy largos de muchos tramos
con la misma luz libre. La fabricación
de los elementos puede tener lugar en la fábrica o en un sitio de campo ubicado al lado de la obra del puente.
El montaje se realiza con medios de
transporte y equipos de elevación cuya utilización va amortizándose en puentes largos.
Otro método reside en utilizar segmentos
de elementos (p.e. en perfil cerrado) que
vienen prefabricándose en longitudes de 3 a 8 m, según las posibilidades de transporte y elevación. En parte, los
segmentos se montan en voladizo por medio
de un dispositivo de tendido (estructura portante de vigas de celosía).
Una vez colocado un segmento en la
posición de montaje, se procede a tensarlo
en sentido longitudinal con el elemento del puente montado inmediatamente antes. Para garantizar una
unión impecable entre los componentes, a
veces, se aplica un aglutinante de resina epóxidica sobre la superficie de contacto.
También en los puentes de acero hay
sistemas de distintas longitudes, p.e. vigas
de celosía y retículas estándar. Los puentes de este tipo con luces libres de unos 100 m se deslizan mediante un
elemento frontal de avance (morro).
D)
Construcción en voladizo con hormigón in situ
En este método, la superestructura de
puente se construye en secciones cortas de
3 a 5 m mediante una cimbra en voladizo con encofrado. A continuación, las secciones parciales van tensándose con la
sección terminada. El encofrado y la cimbra
se construyen según un principio de unidades operadoras. De esta forma se obtienen elementos constructivos que
pueden utilizarse varias veces. Desde
1950, esta técnica muy razonable encuentra aplicación a escala mundial. Permite un auténtico trabajo en secciones. La construcción en voladizo ha probado ser muy eficiente si hay que puentear obstáculos muy anchos o valles profundos, habiéndose alcanzado luces libres de hasta 240 m.
Este método de construcción se sigue
también en los puentes sobre ríos donde no
es posible colocar cimbras que se apoyen en el suelo o si no quiere entorpecerse la navegación. Si la
construcción tiene su inicio en un pilar y se
extiende al mismo tiempo en ambas direcciones, van compensándose
las fuerzas de flexión (momentos en
voladizo) que actúan sobre el pilar. En tales
casos es necesario que para mayor seguridad, los elementos constructivos
en voladizo sean tensados mediante
elementos tensores verticales en el pilar de
partida o apoyados provisionalmente hasta que el cuerpo de la obra tenga
la estabilidad suficiente.
Es posible igualmente seguir construyendo
en sólo un lado desde el contrafuerte
del puente. Sin embargo, en tal caso unos cimientos lo suficientemente fuertes, contrapesos o tirantes
de anclaje para tierra/roca deberán
absorber las fuerzas de flexión que se originen.
En este contexto hay que recalcar que
durante la fase de construcción, la carga de los elementos en voladizo puede ser mucho
más elevada que en estado terminado. Por
este motivo, es imprescindible que el dimensionamiento y el diseño del puente se ajusten también a las
respectivas fases de construcción.
Precisamente la inobservancia de estados
críticos intermedios de construcción tuvo
por consecuencia que en el pasado una y otra vez ocurrieran accidentes y siniestros de esa índole.
Si la carga de las vigas en voladizo en
fase de construcción acusa una diferencia
demasiado grande con respecto a la carga en estado terminado, es posible prevenir esfuerzos excesivos de los
diversos elementos en voladizo colocando
soportes o arriostramientos provisionales.
Los arriostramientos por cables
atirantados o barras de acero transmiten la carga por un soporte auxiliar a un pilar
vecino de la obra del puente.
El apuntalado o arriostramiento
provisional constituye una alternativa de la armadura reforzada del puente. En la selección
del método a seguir influyen también aspectos económicos. Riesgo y Seguro en
“La Construcción de Infraestructuras Civiles” Página 116 El encofrado y la
cimbra para las respectivas secciones parciales deben transponerse fácilmente. Para ello se prestan
muy bien los carros de avance que
soportan el encofrado. Una vez fraguada la sección parcial hormigonada, el carro se desliza y se fija en esta
sección. La técnica de construcción en voladizo
es particularmente apropiada para las vigas acartabonadas en voladizo, o sea, las vigas cuya altura de
construcción va disminuyendo desde el pilar
hacia el centro del tramo. A consecuencia de ello, se reduce el peso del elemento de la viga en voladizo más distante
del pilar, disminuyendo también los
momentos de flexión.
Por consideraciones técnicas o exigencias
implantadas por las autoridades, a veces
no es posible una construcción con vigas en voladizo, si, p.e. por aspectos visuales se exigen viguetas con
cordones paralelos de altura constante.
Habida cuenta de los momentos de flexión más elevados, en tales casos se requieren arriostramientos por
cables, según lo antes mencionado, o la
construcción en voladizo deberá efectuarse mediante apuntalados auxiliares.
Para la construcción de puentes arqueados
en voladizo, en la mayoría de los casos
es imprescindible utilizar arriostramientos auxiliares.
En la construcción de puentes de varios
tramos se emplean vigas de andamiaje que
miden 1,6 veces la luz libre. Las vigas de andamiaje permiten deslizar sistemáticamente carros de encofrado en ambas
direcciones desde el pilar, pudiendo
hormigonarse secciones de 8 a 10 m de largo. Una vez cerrado el tramo, se desliza la viga de andamiaje para
poder continuar los trabajos de la misma
manera desde el pilar próximo.
E)
Construcción en voladizo de puentes de acero
Ya
en el pasado, se siguió la técnica de construcción en voladizo en los puentes de acero y, más tarde, este método
encontró aplicación también en las obras
de puentes de hormigón pretensado. El montaje en secciones de los respectivos elementos del puente y su unión mediante
remaches, tornillos o costuras soldadas
facilitaron la construcción de puentes en voladizo. En el año 1871, Gustave Eiffel concibió puentes arqueados
aún impresionantes en nuestros días que
se construyeron según este método.
Durante la fase de construcción, el puente
Quebec (vano principal de 549 m) construido
en 1917 sobre el río San Lorenzo fue afectado por dos graves temporales: en primer término, se derrumbó
toda la mitad meridional del puente por
haberse dejado sin remachar muchos puntos de unión. A continuación, durante los trabajos de levantamiento y colocación
se rompió un elemento intermedio de 195
m de largo.
La técnica de construcción en voladizo se
presta muy bien para los puentes de acero
tipo cajón muy usuales en nuestros días. Las secciones parciales prefabricadas en el taller se levantan y se
colocan mediante grúas, se rectifican y
finalmente se efectúan los necesarios trabajos de soldadura.
Si se trata de puentes muy altos o si la
carga y las dimensiones de los elementos
prefabricados están predeterminadas, la calzada del puente puede construirse también en secciones parciales más
pequeñas utilizando un carro deslizante
en voladizo.
Como se ha mencionado más arriba, en el
pasado ya se han producido varios derrumbes
durante la construcción de los puentes de vigas de cajón. En todo evento
desempeñaron un papel importante los problemas en cuanto a abolladuras. Los cálculos de la resistencia contra
abolladuras en chapas de poco espesor
con elevados esfuerzos de compresión se basaron en un conjunto de hipótesis (chapas planas,
arriostramientos rectos, comportamiento lineal)
que no siempre coincidían con las realidades existentes en la práctica.
En uno de los casos se constató además que
para la ejecución de la obra se había
tomado en consideración un factor de seguridad más bajo que para el puente terminado. El contratista incurrió, pues,
en un riesgo más agravado durante el
plazo delimitado del estado de cargas debidas a la construcción, durante el cual el puente aún no había sido
puesto en servicio.
Hoy en día, los puentes de vigas de cajón
permiten luces libres de unos 300 m. En
cambio, son más económicos los puentes de cables atirantados. También en este tipo de obras de puentes se puede
aplicar el principio de construcción en
voladizo. Después de su montaje, los respectivos elementos del puente van tensándose con los cables atirantados: en
este estado de montaje están asegurados
más eficientemente contra la carga propia y eventuales cargas del viento que puedan originarse.
Para los puentes de cables atirantados
suelen utilizarse cables espirales cerrados
que se caracterizan por sus buenas calidades técnicas y una superficie cerrada y lisa. Los cables de este
tipo están formados por alambres redondos
y perfilados de acero estriados en frío. Los cables pesados de puentes alcanzan 180 mm de diámetro, siendo
su peso superior a 200 toneladas. Unos
cabezales en ambos extremos fabricados por fundición de metales sirven para anclar los cables. Un
recubrimiento, p.e. de polietileno, protege
el cable contra la corrosión. Cada haz de alambres se bobina en un tambor que se transporta a la obra para ser
montado. La fabricación tiene lugar en
talleres especiales.
F)
Puentes colgantes
En primer lugar hay que vaciar la
cimentación para los pilones y los anclajes de los cables portadores. A continuación se procede
a construir los pilones y a tender los
cables portadores, y después la calzada del puente queda suspendida de los cables portadores.
Analizando más a fondo las fases de construcción,
resalta claramente que la construcción
de un puente colgante supone un proyecto bastante difícil y arriesgado.
Habida cuenta de las circunstancias
locales del subsuelo, a veces resulta sumamente
difícil el vaciado de la cimentación de los pilones. Así, p.e., cuando los fundamentos de los pilones deben vaciarse
por debajo del nivel del mar, constituyendo un peligro adicional las fuertes
mareas.
En esas circunstancias es factible excavar
la cimentación mediante cajones neumáticos
flotantes que van bajándose al fondo submarino preparado para rellenarlos de hormigón.
A continuación se comienza a construir los
pilones que sirven para conducir y apoyar
los cables portadores. Los pilones se fabrican de hormigón o de acero. Cuanto
más ancho es el vano de un puente, tanto más altos deben ser los pilones. En el puente Akashi-Kaikyo, con una
luz libre de 1.990 m, se requieren pilones
de 333 m de altura para que se obtenga la altura necesaria de circulación.
Una torre de acero tan delgada y alta
está muy expuesta a incurrir en vibraciones
por las fuerzas del viento. Por este motivo, durante el montaje hay que prever arriostramientos para atenuar las
vibraciones.
Los pilones de acero se componen de
secciones exactamente prefabricadas que
van montándose mediante una grúa trepadora. Los trabajos que hay que realizar con la grúa a en grandes alturas en
condiciones de tiempo muy a menudo
adversas, son muy peligrosos y exigen suma atención y cuidado.
Incluso el montaje y desmontaje de las
grúas en un espacio mínimo implican numerosos
riesgos. Asi, p.e., al desmontar una grúa con ayuda de otras dos se produjo una carga excesiva, derrumbándose dos
plumas. Sufrieron daños los cables del
puente, el tablero y los equipos de montaje.
En los extremos del pilón se encuentran
apoyos de desviación con un área curvada.
Esos apoyos conducen los cables portadores de forma tal que no se produzca una dobladura.
Los cables portadores de un puente
colgante están formados por haces de cables
o alambres. En Europa, en los puentes colgantes más cortos se han venido utilizando como cables portadores, en
primer término, los ya descritos cables
espirales cerrados. Estos se suministran a la obra en las longitudes requeridas, y son conducidos aisladamente
por los pilones juntándolos mediante
grapas para formar el cable portador.
Aparte de ello hay también cables
portadores que están formados por alambres redondos paralelos de unos 5 mm de diámetro.
En la mayoría de los casos resulta más
económico formar haces de tales alambres redondos que, a su vez, forman cables de alta elasticidad.
Es por ello que los cables portadores en
los puentes colgantes largos están formados,
en su mayor parte, de haces de alambres. En los EE.UU., ya en el año 1841 se desarrolló una técnica para el
tendido de los alambres en la misma
obra, el llamado método de hilatura o de torsión del cable al aire libre que opera como sigue: un alambre de acero
galvanizado de unos 5 mm de espesor se
conduce dos o cuatro veces sobre el vano a puentear, tendiéndolo en la altura requerida que determina un
alambre guía. Este proceso se repite tantas
veces como sea necesario hasta que se haya “hilado” el número suficiente de alambres para el cable portador.
El dispositivo de hilatura con las ruedas
de devanado permite desenrollar rápidamente los alambres del tambor colocado en la orilla, pero, no obstante,
tarda mucho tiempo hasta formarse el cable.
Para un cable del puente Golden Gate con
una fuerza de suspensión de 85.000 toneladas se necesitaban 25.000 haces de alambre.
En su estado acabado, el cable tenía un
diámetro de 92 cm. En Europa, la técnica de torsión del cable al aire libre se aplicó por primera vez en la
construcción del puente de carretera sobre
el Firth of Forth terminado en 1964 y más tarde también en las obras del puente del Bósforo (1973) y del puente sobre
el Humber en Inglaterra (1981).
Desde hace poco, los cables portadores vienen
formándose también de haces de alambre
prefabricados, p.e. en el puente que une las dos islas japonesas de Honshu y
Shikoku. Cada haz está integrado por 127 alambres de un diámetro de 5 mm. Se fabrican en la planta exactamente
en su longitud necesaria para la construcción,
sus extremos se funden y se les dota de un cabezal de anclaje.
A continuación cada haz de alambres se
enrolla en un tambor que se transporta a
la obra. Cada haz se coloca en su posición correcta mediante el andamiaje de trabajo del puente
suspendiéndolo de cables auxiliares hasta que
se ha montado el número requerido para el cable portador y, mediante
un dispositivo hidráulico de compresión,
estos haces van formando el cable portador
redondo fijándolos mediante grandes abrazaderas.
El cable se protege contra posibles
corrosiones por medio de un recubrimiento de alambre galvanizado y una pintura a prueba
de intemperie. Para el puente Akashi-Kaikyo
de una luz libre de 1.990 m se requieren 4 cables portadores de 84 cm de diámetro, formado cada uno de 21.000
alambres de acero en total.
Hay que proceder con sumo cuidado en el
anclaje de los cables. Según el subsuelo
y las dimensiones del puente, los cimientos del anclaje se vacían en el subsuelo rocoso o en forma de un cuerpo de
hormigón cuneiforme o como anclaje de
gravedad en forma de un enorme bloque de hormigón.
Los respectivos haces del cable portador
se abren en el bloque de anclaje para anclarlos
aisladamente. Por vía de un ajuste mediante placas distanciadoras y chavetas, se proporciona a cada haz la debida
tensión.
Para la construcción de la placa de
calzada se emplean secciones prefabricadas
de acero que suelen transportarse en buques al sitio de las obras si se trata de puentes sobre ríos; allí, unas
grúas las levantan y colocan en la posición
ajustada para el montaje. Las secciones de la placa van sujetándose al cable portador mediante cables suspendidos
y se las une a las respectivas secciones
anteriormente montadas.
Durante esta fase de construcción, el
fallo de los elementos e instalaciones técnicas
puede dar origen a graves accidentes. Así, p.e., el fallo de un interruptor del motor trajo el movimiento incontrolado
de una plataforma de montaje de dos
partes colocada por debajo del tablero del puente. A consecuencia de ello, la parte exterior de la
plataforma se deslizó sobrepasando el
extremo de la calzada aún no terminada del puente, cayéndose desde 65 m al mar. Perdió la vida
uno de los ocho trabajadores que se
encontraban en la plataforma.
La construcción de puentes colgantes
implica grandes riesgos. Aparte del riesgo
de vientos huracanados, toda negligencia o falta de montaje puede redundar en una catástrofe.
Los puentes colgantes se construyeron y se
construyen también en regiones sumamente
expuestas a las fuerzas de la naturaleza. En el Japón, p.e., se da una gran susceptibilidad a tifones con
velocidades de hasta 200 Km/h (grado 3 en
la escala Saffir-Simpson). Huelga decir que el diseño tiene en cuenta
tales cargas y, pese a todo ello, una y
otra vez se han producido derrumbes de puentes.
G) Métodos especiales de construcción
La variedad de los puentes y las
diferentes condiciones locales exigen distintos métodos de construcción y por ello se
presentan un sinnúmero de alternativas.
A continuación, sólo mencionamos algunas
de las variadas e ingeniosas técnicas a
titulo de ejemplo.
El deslizamiento de puentes de vigas
transversalmente a la dirección del tráfico constituye un método que se aplica si hay que
sustituir un puente ya existente por
otro nuevo, planteando problemas la interrupción por mucho tiempo del tráfico. Si las condiciones del subsuelo lo permiten,
el nuevo puente puede construirse
paralelamente a la obra antigua. El puente viejo se retira, deslizándose la nueva obra mediante prensas
hidráulicas sobre apoyos deslizantes a
su posición definitiva.
Además del método deslizante se practica
también el giro de un puente entero. En
un puente sobre un río, p.e., se puede prevenir un entorpecimiento de la navegación y lograr un acortamiento del
período de construcción si el puente es
construido en la orilla en sentido paralelo al río. La construcción del
pilón sobre un apoyo giratorio permite
girar el puente alrededor del eje del pilón.
Durante esa fase, la obra es muy inestable y, consecuentemente, está
muy expuesta a fuertes vientos y a
faltas en las maniobras. El viraje propiamente
dicho deberá efectuarse con sumo cuidado y tarda varias horas; hay
que prepararlo debidamente y tomar todas
las precauciones necesarias en caso de que
haga mal tiempo.
En vista de las difíciles condiciones
locales y dada la exigencia planteada con frecuencia de conservar el paisaje, para poder
construir puentes por encima de estrechos
y profundos valles hay que cumplir con severas estipulaciones. Para resolver esta situación, recientemente se ha
desarrollado una nueva técnica de construcción
para puentes arqueados de hormigón armado. El arco se construye en dos medios segmentos; el hormigón
se coloca en un encofrado trepador y, a
continuación, los segmentos se bajan mediante cables de acero y prensas hidráulicas
