nombre Puente Puerta de las Rozas • fecha de construcción 2005-2007 (Siglo XXI) • personas involucradas en diseño y construcción Juan José Arenas, Pascual García, Guillermo Capellán, Miguel Sacristán Mont • ubicación Autovía A-6, Las Rozas, Madrid, España • tipología Puente Atirantado • estado En uso
El puente “Puerta de las Rozas” conforma un nuevo paso superior sobre la carretera de la Coruña y el conjunto de viales anexos, con el objetivo de crear un nuevo acceso al término municipal de las Rozas y mejorar también la comunicación entre los barrios a uno y otro lado de la A-6. El cruce se produce a escasos 20 Km. de la ciudad de Madrid en una zona de tráfico intenso, con una planta esviada 20º y 102 m de luz.
El puente es el resultado de un concurso de ideas promovido por el Ayuntamiento de las Rozas en Enero de 2005, en el que resultó ganador el diseño presentado por Arenas & Asociados formando equipo con la ingeniería IDOM. El Proyecto de Construcción se finalizó en Junio de 2005, comenzando la ejecución a principios de 2006, para finalizar en Junio de 2007, con ejecución de la empresa Ferrovial.
El cruce consiste en un paso superior sobre la N-VI y sus viales de servicio con un esviaje en planta de unos 20º y luz estricta total de unos 84 m. La primera decisión es la de evitar apoyos intermedios y saltar esta luz con un único vano, para eliminar la posible afección a la N-VI con la ejecución de pilas intermedias, y las limitaciones que estas impondrían al aumento y modificación de las plataformas de calzada de los viales previstas. De igual forma la mencionada búsqueda de un hito paisajístico con la construcción del nuevo puente requiere esta decisión de salvar con un trazo único el obstáculo que suponen los viales.
El encaje se ve afectado de forma importante tanto por el esviaje como por las condiciones de la rasante y el trazado de los accesos. El tablero debe contar con un canto mínimo para evitar incrementar innecesariamente la pendiente de los accesos. Esto justifica la elección de la tipología atirantada que resuelve con un canto máximo de 1.72 m los 102 m de luz, lo supone una esbeltez de 1/60.
Los cables atirantamiento se disponen en la mediana en dos planos centrales verticales paralelos y muy próximos. Debido también al carácter asimétrico del paso, con el mástil retenido por tirantes dorsales a un contrapeso de contrarresto, se abandonan soluciones de tirantes paralelos o en arpa, más adecuados a configuraciones simétricas, optando por la configuración de tirantes en “abanico” que se adapta mejor al cruce, dando lugar a un alzado de gran dinamismo. El atirantamiento en mediana supone alcanzar una esbeltez de 1/60 respecto a una posible esbeltez de hasta 1/100 en caso de disponer doble atirantamiento lateral, por tener que hacer frente a mayores esfuerzos torsores y de flexión transversal en este caso, sin embargo se consideró más ventajoso el orden visual del atirantamiento central respecto a una posible reducción de canto de hasta unos 50 cm como máximo.
La configuración general de la estructura incluye una sección tipo del tablero con un ancho de 20 m, calzadas de 6.50 m y una acera central de 5 m. La acera central con pavimento de madera de elondo es un elemento fundamental del diseño. El tablero posee una sección mixta con un cajón metálico de 9 m de ancho y 1.5 m de canto, voladizos metálicos cada 3 m y una losa de hormigón de 22 cm ejecutada sobre prelosas. El tablero se suspende del mástil por medio de 9 parejas de tirantes están formados por unidades de cordones de acero de pretensado de 7 alambres y 0,6”, con una potencia máxima de 31 cordones por tirante. El tablero se apoya mediante apoyos de neopreno verticales y horizontales en el estribo contrapeso. El paseo central que se crea se pavimenta con madera de elondo, madera tropical de alta calidad, lasurada como protección adicional y ranurada para hacerla antideslizante.
El resultado es un tablero de sección mixta formado por una losa de hormigón de 22 cm sobre estructura metálica formada por un cajón central con voladizos, de 150 cm de canto máximo. El cajón central de 9 m de ancho máximo posee un fondo curvo, almas laterales inclinadas y dos almas centrales paralelas verticales coincidentes con los planos de suspensión de tirantes. Se dispone un rigidizador longitudinal por alma y tres por semifondo curvo de cajón central.
La estructura posee dos platabandas superiores laterales y una central. Los diafragmas se disponen cada 3 m, distinguiéndose los diafragmas ultra rígidos cada 9 m coincidentes con los planos de suspensión, de los diafragmas marco tipo formados por rigidizadores transversales coincidentes con los planos de voladizos. Estos voladizos tienen un ala inferior curva de ancho variable en prolongación de la curvatura del fondo de tablero, y dan soporte a la losa de hormigón de 22 cm. Dicha losa de tablero se hormigona utilizando prelosas colaborantes de 7 cm de canto y 2,4 m de luz fácilmente transportables, en dos anchos diferenciados para colocar en tramos de voladizos o sobre el cajón central.
El tablero se suspende cada 9 m por una pareja de tirantes centrales separados 72 cm, con la excepción del primer tirante desde el estribo E1 de mástil y contrapeso que se coloca a 18 m del apoyo. Los tirantes están formados por unidades de cordones de acero de pretensado de 7 alambres y 0,6”, con una potencia máxima de 31 cordones por tirante. La carga máxima de trabajo en servicio de un tirantes es de unas 350 ton, lo que supone un 42% de su carga de rotura. Estos disponen de tripe protección frente a corrosión formada por la vaina individual de polietileno de alta densidad, la inyección de cera interior, y la vaina helicoidal PEAD general. Esta vaina se crea con un reborde helicoidal disminuyendo así la influencia de los vórtices de excitación aerodinámica sobre la vibración de los tirantes. Los terminales se definen con rótula en su anclaje superior e inferior eliminando cualquier posible problema de garrotes o quiebros angulares en anclajes por errores de construcción. El terminal de anclaje activo es el inferior, y el tesado se realiza así por encima de tablero, lo que plantea evidentes ventajas constructivas y de mantenimiento. Los terminales diseñados permiten el acceso para el enfilado y el tesado con gato unifilar en el caso de los terminales activos.
Los tirantes se anclan al mástil por medio de dos grandes chapas triangulares de 60 mm de espesor dispuestas en la dirección del tiro. Estos elementos triangulares forman un elemento principal distintivo del diseño a la vez que concentran toda la carga de tirantes y la transmiten al mástil a través del nudo que se crea entre chapas.
El mástil está formado por dos células triangulares con una altura de 39 m incluyendo las bielas inclinadas comprimidas, los tirantes rígidos metálicos y los puntales horizontales que junto con el estribo hacen que las reacciones que llegan al terreno sean prácticamente verticales al absorber los esfuerzos horizontales. El mástil se ancla en un estribo contrapeso formado por células rellenas de terreno hasta alcanzar el peso del tiro que puede alcanzar las 6000 ton. por tirante.
Las células triangulares que conforman el mástil se colocan en dos planos inclinados transversalmente hacia el nudo superior lo que les permite salvar el ancho de tablero en la base y unirse en el vértice, donde se intersecan con los chapones triangulares de tiro dando lugar al nudo. Estos pórticos triangulares están formados por elementos de ancho levemente variable en ambas direcciones pero de sección simplemente rectangular elegida de forma expresa para conseguir crear elementos de absoluta potencia y contundencia que se materializan en acero S355J2G3, y S355K2G3 para chapas de más de 25 mm. La sección metálica comprimida de la biela está rellena de hormigón en más de la mitad de su altura lo que consigue aumentar su capacidad resistente y rigidez reduciendo el espesor de chapas de forma importante. Para ello se disponen conectadores flexibles en toda la altura para asegurar la transmisión de fuerzas en la conexión acero-hormigón, y un potente conectador rígido en el punto alto de la sección mixta capaz de transmitir la compresión correspondiente a la sección de hormigón de forma localizada y poder contar con la sección completa a apenas un canto de la conexión.
El anclaje de cada uno de los tirantes rígidos al estribo debe ser capaz de transmitir el tiro de la retenida que puede alcanzar las 6.000 ton en estado límite último, para los que se disponen 50 barras pretensadas de 50 mm en la dirección del tirante. Hasta otras 50 barras pretensadas son necesarias para anclar la componente vertical en la zapata del contrapeso y zunchar transversalmente el macizo de anclaje de la retenida a los alzados inclinados del estribo que transmiten la componente horizontal del tiro.
El estribo 1 sirve a la triple misión de dar apoyo al tablero, recoger las cargas de los apoyos de bielas y anclajes de retenida de los pórticos metálicos que conforman el mástil, y materializar el contrapeso que compensa el tiro vertical de los tirantes de contrarresto. Para esto el estribo se configura como un gran cajón de paredes laterales inclinadas dividido en 20 células rectangulares. Las 16 células traseras con una dimensión aproximadamente cuadrada de 430 cm y una altura de más de 7 m se rellenan con terreno compactado sobre una gran losa de hormigón de 180 cm. El conjunto de elementos de hormigón y el peso de tierras permite hacer frente a un tiro total de hasta 12.000 ton transmitiendo la carga del contrapeso a los puntos de anclaje de los tirantes de contrarresto. El estribo 2 en el extremo opuesto recibe al tablero y a una de las rampas de acceso y da continuidad formal a la sección con voladizos de hormigón sobre un cuerpo central de apoyo remetido e inclinado.
La ejecución de la estructura propiamente dicha, a cargo de la empresa Ferrovial, tuvo una duración de 12 meses, siendo superior el plazo total de las obras debido a la construcción de los viales y la urbanización asociada al proyecto de la estructura. Caben resaltar dentro del procedimiento de construcción las fases de ejecución del estribo contrapeso, incluyendo los apoyos principales del mástil, el montaje de la estructura metálica del tablero mixto sobre apeos provisionales, el izado con grúa de las células trinagulares metálicas del mástil, de 250 ton. de peso, y el posterior hormigonado interior de las bielas comprimidas, así como el proceso de tesado de los tirantes con gato unifilar por isotensión.
La ejecución comenzó con construcción de ambos estribos, teniendo en cuenta que el estribo E1 contiene en sí el apoyo y cimentación del mástil, así como el anclaje de la retenida y el sistema de celdas del contrapeso. La cimentación en todos los casos es directa a más de 2 m de profundidad sobre la arena de miga compacta que se encuentra en el sustrato. El apoyo de cada una de las bielas del pórtico triangular se produce en una zapata cuadrada asociada al estribo de 12 m de lado, con el fondo levemente inclinado en dirección transversal para reducir la tracción que se produce en el frente del estribo a causa de la inclinación transversal de los pórticos triangulares. Una vez completo el sistema de celdas dentro del estribo se procedió al relleno y compactación de estas celdas para conformar el cuerpo central del contrapeso.
De forma paralela en taller metálico se desarrollaba la fabricación de los elementos que conforman el tablero. Para el montaje de su estructura metálica se previeron 5 planos de apoyo provisional formados por dos apeos metálicos de 1 m de lado, disponiéndose estos en los espacios de mediana y tercianas, y también anexos a los viales de servicio, siendo 22,85 m la luz mayor entre apeos. El tablero se izó con grúa en cuatro tramos de 24 m con la sección completa incluyendo el cajón central, voladizos e incluso la imposta metálica, que se habían sido ensamblados y soldados previamente en la superficie anexa a los estribos. Para evitar cualquier afección a la A-6 los tramos de tablero se montaron de forma nocturna utilizando una grúa móvil de cadenas de 700 ton.
Una vez completo el montaje y unión mediante soldadura de los cuatro tramos de tablero metálico se procedió a la colocación de prelosas y al posterior armado y hormigonado de la losa de tablero, descansando el peso del tablero completo en esta fase sobre los 5 pares de apeos provisionales y los apoyos definitivos en estribos. Las siguientes operaciones de la construcción tienen el objetivo de materializar los pórticos triangulares mediante el izado del mástil. Cada una de las dos partes que lo conforman, incluyendo una de las células triangulares y uno de los chapones superiores de cuelgue, se ensambló y soldó sobre bancadas en los terrenos anexos a su situación definitiva. El izado de cada uno de estos “cartabones” con un peso de 250 ton se realizó en una sola operación de izado utilizando 3 grúas de gran tonelaje, en concreto una grúa de cadenas de 800 ton y dos grúas telescópicas de 400 y 250 ton. Si bien la grúa mayor tenía capacidad para tomar todo el peso de la pieza era necesario el uso de las otras dos grúas para izarla desde la posición horizontal y realizar los tres giros de abatimiento, rotación e inclinación necesarios para llevarla a su posición definitiva.
Una vez izada cada una de las piezas necesitaba del apoyo vertical en un apeo provisional situado sobre el estribo para alcanzar la estabilidad debido a su inclinación transversal, a la espera de materializar la unión entre ambas piezas en el nudo superior que las hace autoestables. Los perfiles que permiten este apoyo son elementos provisionales que se eliminan una vez retirado el apeo. El apoyo se produce en una superficie horizontal con lámina de teflón para asegurar que la reacción es sólo horizontal, realizándose a través de dos gatos de 150 ton, lo que permite desapear la pieza una vez materializada la unión en cabeza. La reacción en este punto alcanza prácticamente la totalidad del peso de la pieza izada por la proximidad del apeo al centro de gravedad de cada uno de estos elementos triangulares.
Las siguientes operaciones consisten en el montaje y tesado de los tirantes. Los 18 tirantes agrupados en 9 parejas tienen una longitud variable entre 20 y 75 m. Para su instalación es necesario el montaje de un andamio de trabajo para acceder a los anclajes superiores de tirantes y realizar de forma segura las operaciones de enfilado y sellado de los tirantes. El izado de cada uno de los tirantes requiere la colocación de un cable guía, el izado de la vaina general y el posterior enfilado cordón a cordón utilizado el cable guía. Durante las operaciones de enfilado cada uno de los cordones se tesa con una fuerza inicial de una tonelada para asegurar el correcto funcionamiento de las cuñas de anclaje.
El tesado de los tirantes se realizó por medio de gatos unifilares siguiendo el procedimiento de isotensión. La fabricación y tesado de tirantes corrió a carga de la empresa Tecpresa. En esta operación se utilizaron dos gatos unifilares y una única central de presión actuando sobre ellos de forma que se aseguraba aplicar siempre la misma carga a los dos tirantes de una misma pareja. El procedimiento de isotensión se realizó colocando una célula de carga al cable patrón cuyo valor se iguala en el tesado de cada cordón al valor de la célula de carga del gato unifilar, de forma que se consigue que la fuerza sea en todo momento la misma en todos los cordones e igual a la fuerza objetivo después de tesados todos los cordones que forman el tirante.
Para realizar la instrumentación del proceso de tesado se colocaron galgas extensométricas en la estructura metálica del mástil, en cuatro secciones en bielas del mástil y cuatro secciones en tirantes de retenida, así como en los apoyos de los apeos provisionales, y se mantuvieron las células de carga en los tirantes durante todo el proceso. La empresa encargada de la instrumentación fue Metiri, y la instalación realizada permitía un seguimiento online de los valores medidos en tiempo real. Las medidas realizadas permitían controlar el valor de la descarga de los apeos y el momento en que se producía la descarga total de un apeo, así como también el seguimiento de esfuerzos en las chapas del mástil integrados a partir de las tensiones medidas en cada sección, de cara a compararlos con los esfuerzos esperados según el modelo teórico. De igual forma las células de carga mantenidas durante todo el proceso permitían controlar la evolución de las cargas en tirantes durante el tesado de los otros tirantes comparándola con la esperada de acuerdo al procedimiento de tesado.
referencias y créditos
• http://e-ache.com/modules/ache/ficheros/Realizaciones/Obra88.pdf
• Fotografías de Antonio Gallego Manzanares.
street view y google maps
galería de fotos
Pedro es Ingeniero de Caminos, Doctor y Máster en Urbanismo.
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