2014 EL PUENTE ATIRANTADO MÁS LARGO DE AMERICA BALUARTE_MÉXICO
MAURO DAMIÁN PULLA A 5TO AÑO INGENIERIA CIVIL
TUTOR: ING. GRACIELA CAMPOVERDE
TRABAJO: PUENTES DEL MUNDO
18/08/2014
Contenido 1.
INTRODUCCION ..................................................................................................... 1
2.
OBJETIVOS .............................................................................................................. 1 1.1.
GENERAL ........................................................................................................... 1
1.2.
ESPECIFICOS ..................................................................................................... 1
3.
PLANTEO DE PREGUNTA E HIPOTESIS .......................................................... 1
4.
MARCO TEORICO .................................................................................................. 2 1.3.
PUENTE ATIRANTADO ................................................................................... 2
1.4.
ESTRIBO ............................................................................................................. 2
1.5.
TABLERO ........................................................................................................... 2
1.6.
PILA ..................................................................................................................... 3
1.7.
PILON .................................................................................................................. 3
1.8.
BASE DEL PILON .............................................................................................. 3
1.9.
TRAMO ............................................................................................................... 3
1.10. VIGA TRANSVERSAL ...................................................................................... 3 1.11. VIGA PRINCIPAL .............................................................................................. 3 1.12. VIGA DE PISO .................................................................................................... 4 1.13. 5.
TIRANTE ............................................................................................................. 4
CONTENIDO............................................................................................................. 4 5.1.
GENERALIDADES............................................................................................. 4
5.2.
HISTORIA DE CONSTRUCCION ..................................................................... 5
5.3. DESCRIPCION TECNICA ....................................................................................... 10 5.4. EXITOS Y PROBLEMAS DEL SISTEMA ............................................................. 13 6.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................... 14
7.
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 14
8.
ANEXOS ................................................................................................................... 16
1. INTRODUCCION Un puente es una construcción que permite salvar un obstáculo, entre los cuales pueden ser ríos, valles, caminos, un cuerpo de agua, un acantilado o cualquier otro obstáculo que impida la comunicación del hombre entre entornos. Un puente está diseñando según su uso, obstáculo y la luz1 que salva. Los Ingenieros Civiles del mundo han aplicado diferentes diseños a lo largo de la historia humana, tomando como indicadores principales de influencia, la disponibilidad de material, economía, tecnología, tipo de suelo, y accidente a salvar para decidir el tipo de puente. En el mundo entero existe una infinidad de puentes y estilos constructivos de los mismos, a continuación de este documento se citara el Puente Bicentenario Baluarte de la Nación de México, una obra majestuosa de la Ingeniería de la Nación y de América.
2. OBJETIVOS 1.1.
GENERAL
El objetivo principal de este estudio, además de obtener una nota, es el de adquirir conocimientos del diseño del sistema estructural del puente, su construcción, inclusión e influencia social durante todas las fases del proyecto, desde el diseño, hasta la etapa final de funcionamiento.
1.2.
ESPECIFICOS Redescubrir los componentes estructurales del puente Baluarte Conocer la red Vial a que pertenece el puente y la comunidad beneficiada en el área de influencia directa. Conocer las etapas de ejecución del Proyecto Puente desde la etapa de diseño y estudios hasta la etapa final de operación. Reconocer éxitos y posibles problemas del sistema estructural
3. PLANTEO DE PREGUNTA E HIPOTESIS El planteamiento de la pregunta de esta investigación, previo al análisis es ¿El puente actualmente cumple con las necesidades de comunicación y desarrollo en la red vial a la que pertenece y a las comunidades en el área directa de influencia? La hipótesis generada en torno a la interrogante, que se intencióna ratificar en el estudio es que en la red vial de Mazatlán-Durango ubicada en el país de México, el Puente Baluarte es parte de un diseño vial optimo, aumentando el nivel de servicio previo a su construcción de la red vial que une los dos puntos mencionados. 1
La luz del puente se define en términos generales como la distancia longitudinal entre sus ejes de apoyo
1
4. MARCO TEORICO Para mejor interpretación de este documento, es necesario conocer las partes principales que componen un puente atirantado, serán descritos a continuación.
Ilustración 1 Partes generales de un puente Atirantado (Autor 2014).
4.1 PUENTE ATIRANTADO Es aquel cuyo tablero se halla suspendió por tirantes2 y conectado a uno o varios pilones. El puente atirantado se diferencia de un puente colgante por que en el puente colgante los cables principales van de pilón a pilón y se derivan de estos tirantes verticales, mientras que en el puente atirantado del pilón salen los tirantes en forma oblicua.
4.2 ESTRIBO Constituyen los apoyos extremos de un puente, en donde se asienta la superestructura, se puede considerar como las bases o cimentos de los extremos.
4.3 TABLERO Plataforma del puente donde se asienta la calzada, su función es soportar directamente la carga viva dinámica que se desplaza sobre él.
2
Tirante u Obenque es el cable que une al tablero de un puente con el pilón principal
2
4.4 PILA Estructuras o apoyo intermedios de un puente, en el caso de puentes de más de un tramo.
4.5 PILON Estructura similar a una torre, se diferencia de la pila porque este es más largo en extensión vertical, pasando el tablero de calzada, sostiene generalmente los cables de un puente colgante o de un puente atirantado.
4.6 BASE DEL PILON Parte inferior muy resistente del pilón, considerado como la base o cimiento del pilón.
4.7 TRAMO Sección de un puente apoyada entre los apoyos, en el caso de un puente de luz corta; o la sección que existe entre las pilas y pila apoyo, en el caso de puentes de mayor luz.
4.7.1 TRAMO LATERAL Sección entre dos pilas o pilones situado en los extremos del puente.
4.7.2 TRAMO CENTRAL Sección entre dos pilas o pilones situado en la parte central del puente.
4.8 VIGA TRANSVERSAL Estructura de hormigón armado o acero estructural (perfiles o celosía), que conecta las vigas principales o armadura de un tramo de un puente.
4.9 VIGA PRINCIPAL Estructura larga de hormigón armado o acero estructural (perfiles o celosía), que generalmente trabaja a flexión. Es considerada como el elemento principal de soporte de la estructura que recibe las cargas de las vigas de piso.
3
4.10
VIGA DE PISO
Viga colocada transversal a principal, sus extremos se encuentran en la superestructura3 del puente.
4.11
TIRANTE
Cable que une el Pilón con el tablero de calzada, es el cable de sostén que absorbe las cargas dinámicas que se generan en la superestructura y las transmiten al pilón.
5. CONTENIDO 5.1.
GENERALIDADES
En el País de México Ubicado en el Norte y Centro América, durante la presidencia de Felipe Calderón cuyo mandato estuvo entre los años 2006 a 2012. Se lanzo uno de los proyectos más representativos en obras civiles de la nación Mexicana, a cargo de la Secretaría de Comunicaciones y Transporte se decidió la construcción de el corredor Mazatlán-Durango, obra de gran importancia para el desarrollo local y regional, incluyendo la modernización de los niveles de servicio viales, rutas de acceso urbanas a las comunidades del área de influencia directa, aporte al desarrollo turístico. En resumen este proyecto vial se desarrollo para satisfacer los requerimientos del crecimiento local, regional y nacional,; en los ámbitos económicos, social, de comunicación y turismo. El Proyecto Mazatlán-Durango tiene una longitud de 230Km con 12m de ancho de corona, corredor diseñando para niveles de servicio que reciben velocidades de 110Km/. Entre las obras de arte que se han construido en este proyecto vial están 61 túneles. 115 puentes. Viaductos y pasos a desnivel. Dentro de estas obras de infraestructura vial se encuentra el puente Baluarte que tiene una longitud de 1.124 Km, 402.6 m de altura respecto al punto más bajo del acantilado que salva en el rio Baluarte; sus pilas tiene aproximadamente alturas de 148m.
Ilustración 2 Ubicación del Puente Baluarte(YGWH 2013)
3
Superestructura de un puente es el sistema superior del puente, considera el tablero y otros elementos que reciben directamente las cargas dinámicas.
4
Enfocándose directamente en el puente Baluarte, este tuvo un presupuesto aproximado de 2300 000 000 Pesos Mexicanos, lo que da una equivalencia de 175910880.60 Dólares Americanos. Puente Ubicado en la Sierra Madre Occidental, en la
vía Mazatlán-Durango. Considerado el puente
atirantado más largo del mundo, con un record Guinness, llamado puente bicentenario, por que se inauguro en el año 200 de la independencia de México. Diseñado por ingenieros del gobierno de México y revisado continuamente por académicos de la UNAM4; fue construido y terminado en el año 2012 cuya inauguración se realizo a mano del presidente Felipe Calderón. Une principalmente dos ciudades muy importantes. La primera ciudad referenciada es Durango, una ciudad colonial extensa, ubicada entre la sierra este y el desierto del sur de México. al otro extremo en el Pacifico se encuentra Mazatlán lugar
turístico llamado la perla del Pacifico en México. Ambas poblaciones de gran
densidad poblacional, separadas en la antigüedad por un camino de 3.5 m de carril, muy peligroso considerada el más inseguro del país. Tenía un tiempo estimado de viaje de 6 horas. Actualmente es de 3 horas salvando el acantilado con la red vial de alta tecnología y el puente baluarte la obra más grande de infraestructura del sistema vial.
5.2.
HISTORIA DE CONSTRUCCION
Para la ejecución de un proyecto de un puente es necesario cumplir con las fases de estudios, diseño, presupuesto y especificaciones técnicas, y al final la ejecución de la construcción. Brevemente citaremos en este numeral de la investigación los puntos de estudios, diseño y construcción.
5.2. 1.
ESTUDIOS
Dentro de los estudios que se realizaron para este estudio fueron los siguientes: Estudios de Campo tradicionales. Estudios Especiales El puente que salva el acantilado del rio Baluarte desde su concepción fue considerado como un puente especial, razón por la cual a mas de los estudios tradicionales para un proyecto puente, se requirió por parte del organismo gubernamental Mexicano responsable realizar estudios especiales. Entre los estudios tradicionales que se realizaron podemos citar: •
Topográficos: Para el emplazamiento optimo del puente en la red vial a la que pertenece.
•
Mecánica de suelos: Para determinar el tipo de suelo, para el diseño estructural, cimientos y
estribos en general.
4
UNAM conocida como las siglas de Universidad Nacional Autónoma de México
5
Los estudios especiales considerados para la ejecución del proyecto fueron: •
Geológico: Tipo de rocas presentes, estudio de fallas en la cordillera y el area directa de
construcción. •
Geofísico: Para determinar la calidad y competitividad en la zona donde se cimentara el
puente. •
Riesgo Sísmico: por ser una zona de actividad, para el diseño de cargas del puente al
movimiento sísmico. •
Estudios de viento: por ser un puente que salva grandes luces, es muy importante determinar la
carga dinámica a la que se enfrenta, para el rediseño de la estructura de soporte.
Ilustración 3 Topografía Proyecto Puente Baluarte(YGWH 2013)
Ilustración 4 Perforaciones para estudio de Suelos(YGWH 2013)
6
5.2. 2.
DISEÑO
Para el diseño del proyecto se realizaron muchas propuestas del puente, todas ellas con especificaciones técnicas diferentes, de entre todas ellas, los técnicos responsables con colaboración de UNAM optaron por el diseño que actualmente está construido, para la referencia del proceso citare gráficamente 3 de los diseños principales propuestos para la construcción del puente Baluarte.
Ilustración 5 Solución de Diseño Primera(YGWH 2013)
Ilustración 6 Solución de Diseño Segunda(YGWH 2013)
7
Ilustración 7 Solución de Diseño Tercera(YGWH 2013)
8
5.2. 3.
CONSTRUCCION
El proyecto del Puente Baluarte ha sido ejecutado por un consorcio formado por Tradeco Infraestructura, Idinsa&Corey y VSL México, contratados por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes del gobierno Mexicano en mayo de 2007. El Puente Baluarte, emplazado a 403 metros de altura, integra dos carriles en cada dirección de 20 metros de ancho. Se compone por nueve pilas y dos torres (pilones) contando con un total de 152 cables tensores, los cuales alcanzan un claro central de 520 metros. La base de los pilones (P5 y P6) tienen unas medidas 18m x 8,56m, ensanchándose sobre su centro en alrededor de 31,30 metros para soportar una un tablero de calzada de cuatro carriles. Su tiene forma de “Y” invertida, con una dimensión de 8m x 4,10m. Por lo tanto con una altura de 169 metros, P5 es el más alto de los dos pilones, ya que la P6 se queda en 156 metros de altura.
Ilustración 8 Detalle constructivo del Puente Baluarte (Mesias, R. 2013)
La construcción del puente se realizo con la apertura vial, es decir creación de vías de acceso al lugar para el acceso de la materia prima, personal; otros. Serealizo entre los primeros trabajos la explotación y excavación e roca para la cimentación de los pilares del puente desde la parte más baja del acantilado. Para la conformación de los pilares, los obreros tuvieron que desafiar condiciones extremas pues los frentes de trabajo por cada pila se encontraban a alturas de 180 metros, siendo el trabajo de altura
9
uno de los mas riesgosos. Todos estos trabajos se realizaron con equipo técnico certificado y profesional para evitar inconvenientes humanos y de calidad. Construidos las pilas y pilones se realizo la construcción y tendido de la súper estructura y el tendido de los cables, lamentablemente hubo problemas de tormentas eléctricas durante el trabajo. Retrasando el avance del proyecto. El proyecto se termino posterior a la fecha de entrega, inaugurándose después de la memorable fecha cívica nacional de independencia.
5.3.
DESCRIPCION TECNICA
En referencia a las especificaciones técnicas del Puente Baluarte, YGWH (2013) afirma que:
El puente tiene una longitud total de 1,124.0 metros, el cual se divide en tres partes, el viaducto de acceso de lado Durango con cuatro claros: el extremo de 44.0 metros, los siguientes tres de 68, 68 y 70 metros respectivamente para una longitud de 250.0 metros, el claro principal el cual salva el cañón es de 520 metros y el viaducto de acceso de lado Mazatlán con seis claros: uno de 54.0 metros, otro de 56.0 metros, dos más de 72.0 metros, otro de 60.0 metros y el claro extremo de 40.0 metros para un longitud de 354.0 metros, a continuación se muestra una elevación longitudinal del puente con el arreglo de claros mencionado.
Ilustración 9 Diseño definitivo (YGWH 2013)
En cuanto a la sección transversal del tablero esta se resolvió en los viaductos de acceso mediante un par de trabes sección cajón rectangular aligerada de concreto presforzadopostensado, una a cada extremo del tablero, unidas por medio de una pieza de puente de acero estructural, como elemento estructural para la superficie de rodamiento se considera un losa de concreto reforzado; el claro
10
principal considerando una sección mixta, trabes armadas de acero estructural de sección “I”, así como piezas de puente transversales del mismo material y sección transversal también en forma de “I”, losa de rodamiento será de concreto reforzado. A continuación se muestra gráficamente lo descrito en líneas previas.
Ilustración 10 Secciones del Puente (YGWH 2013)
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Con relación a la subestructura, el elemento más importante es el mástil o pilón que para esta alternativa se resolvió mediante una sección cajón de concreto presforzadopostensado, en este elemento se anclan uno de los extremos dos planos de tirantes que sostienen las dovelas que forman el tablero de la superestructura, la forma geométrica de este es en “Y” invertida, el cuerpo de la pila por debajo de la rasante del puente se consideró de concreto reforzado con una sección cajón celular, la forma geométrica del resto de las pilas también es rectangular aligerada. A continuación se muestran los esquemas correspondientes:
Ilustración 11 Detalle de Pilas (YGWH 2013)
12
La construcción de la superestructura se inicia en los tramos de acceso del puente mediante el sistema de avance conocido como doble voladizo, el cual consiste en colar en la parte superior de la pila la llamada dovela de pila y de ahí avanzar en forma simétrica hacia al centro del claro, en forma simultánea con el colado dovelas de concreto manteniendo el equilibrio y usando carros de colado que avanzarán hasta lograr el cierre del claro, para su estabilidad se usan cables de presfuerzo embebidos en la sección de concreto de las dovelas, durante el periodo de construcción de la superestructura en los tramos 1 a 5 y 6 a 12 se ejecutará la construcción de los pilones 5 y 6, avanzado simultáneamente en el claro principal en la parte en voladizo de concreto presforzado, asimismo durante este periodo de trabajos se coloca el tirante provisional de proyecto, cercano al cuerpo de los pilones 5 y 6. A continuación se inicia la construcción del claro central de 520 metros para ello las trabes metálicas serán transportadas desde los extremos del puente apoyos 1 y 12 hacia el frente de avance en el claro principal mediante vehículos auto propulsados con neumáticos que las acercarán al dispositivo de montaje ubicado en el extremo del volado, este dispositivo correrá a lo largo de la superestructura sobre rieles y quedará sujeta a la superestructura previamente construida, el dispositivo contendrá elementos de izaje y desplazamiento para llevar a cada una de las piezas metálicas, trabes maestras y piezas de puente a su posición definitiva y luego realizar la conexión atornillada con la dovela previamente colocada, en conclusión el ciclo de montaje quedo definido de la siguiente manera, primero: se colocan las dos trabes maestras longitudinales de 12 metros de longitud, segundo: se colocan una a una las tres piezas de puente transversales y su conexión atornillada con la trabe longitudinal, tercero: se coloca el tirante definitivo de esa dovela y se aplica solo un 30% de la tención inicial especificada para que ayude a sostener la parte en voladizo, cuarto: se habilita y coloca el acero de refuerzo de la losa, realizándose el colado correspondiente, quinto: se aplica la tención inicial especificada para ese tirante en particular llevada al 100%, y así se repite sucesivamente el ciclo de montaje de dovelas hasta llegar al centro del claro principal en donde se construya la dovela del cierre del mismo, para que esta operación resulte exitosa y que los dos frentes de trabajo alcancen los niveles de aproximación deseables para el cierre se requirió un control geométrico muy estricto, auxiliándose con programas de análisis estructural sofisticados, finalmente se realizaron las actividades de colocar guarniciones, parapetos y carpeta asfáltica. Es así como concluyó la construcción del Puente “Baluarte”.
5.4.
EXITOS Y PROBLEMAS DEL SISTEMA
Entre los éxitos y beneficios de este proyecto podemos citar los siguientes: Proporción de acceso y comunicación a una alta densidad poblacional entre los etremos de la red vial. Proporción de servicios básicos a las poblaciones pequeñas, dentro del ppan de compensación ambiental del proyecto.
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Ahorro de costo y tiempo de viaje vehicular Taza de empleo local de mano de obra y técnica, alta durante la construcción. Comunica los extremos de México de este a oeste Presenta mejoras de nivel de servicio, diseño geométrico, aumentando las condiciones de seguridad, confort y turismo de la red vial. Los inconvenientes que presentaría el puente podrían presumirse en: Presupuesto final aumentado al inicial del proyecto. Mantenimiento y monitoreo constante a la presencia de fenómenos naturales como viento y actividad sísmica, característicos del lugar.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Se redescubrió los componentes principales de un puente atirantado, sus características y funcionamiento en el puente baluarte. Conocimiento de la red vial a la que pertenece el puente Baluarte, y su importancia dentro de la carreta proyectada y construida. Conocimiento de las etapas de diseño, estudios realizados y propuestas de construcción previas a la construcción del proyecto Puente. Conocimiento de la construcción paso a paso de la mega estructura, considerada uno de los puentes más influentes en América Latina. Análisis del cumplimiento de los objetivos socioeconómicos que debe cumplir el proyecto puente. Reconocido los beneficios y posibles inconvenientes actuales que podría presentar el Puente Baluarte. Respuesta a la interrogante e hipótesis planteada de manera objetiva, concordando con la teoría previa al análisis.
7. BIBLIOGRAFIA
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14
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15
8. ANEXOS
16
ANEXO 1 FOTOGRAFIAS Recuperado de Cardenas, E. (3 de Diciembre de 2013)
FIGURA 1. CONSTRUCCION Y MONTAJE DE TRANTES
FIGURA 2. COSNTRUCCION SUPERECTRUCTURA
FIGURA 1. CONSTRUCCION DE PILAS
FIGURA 4. VISTA PANORAMICA PUENTE BALUARTE
FIGURA 5. INAGURACION PUENTE BALUARTE
FIGURA 6. MAQUETA ARQUITECTONICA DE PUENTE BALUARTE
ANEXO 2 PUBLICACION MEDIO ELECTRONICO Recuperado de Mesias, R. (9 de Diciembre de 2013)
ANEXO 3 VIDEO DOCUEMENTAL Recuperado Valencia, C. (10 de Octubre de 2012)
https://www.youtube.com/watch?v=l1EJFd6dqCg INGRESE EN EL LINK
