San Martín: Construcción de puente atirantado vehicular Atumpampa

Con una extensión de 84 m de luz, doble pista y vereda en ambos márgenes, el puente Atumpampa se convirtió allá por el año 2009, en la segunda vía de transición atirantada del Perú. La ingeniería desarrollada para calcular las fuerzas de tensado y ejecutar posteriormente el mismo fue un éxito debido a las particularidades del proceso constructivo.

A continuación publicamos a manera de resumen el trabajo elaborado por los ingenieros Dina Carrillo, Carlos Samanez, Luis Villena y Fernando Sirumbal de la empresa Samayca Ingenieros.

El puente Atumpampa, ubicado sobre el río Cumbaza, en el distrito de Tarapoto, provincia de Tarapoto, departamento de San Martín, pertenece al «Proyecto Especial Huallaga Central y Bajo Mayo» (PEHCBM), y es el segundo puente atirantado vehicular que se han construido en el Perú.

Este puente, de 84 m de luz, está conformado por dos torres inclinadas de concreto armado de 27 m de altitud, y por dos vigas de rigidez metálicas longitudinales con peralte variable, que, en conjunto con las vigas transversales y los largueros metálicos, forman el emparrillado estructural que soporta el tablero de concreto armado de 16 cm de espesor, que a su vez es soportado por 24 pares de tirantes de barras Dywidag de Ø32mm de diámetro, 12 por cada lado del tablero.

La empresa contratista que se encargó de la ejecución de esta obra fue Servicio Industrial de la Marina S.A. (Sima) en conjunto con el PEHCBM. La empresa subcontratista Samayca Ingenieros S.A.C. se encargó de la ingeniería de detalles del proceso de tensado de los tirantes, además del suministro, montaje, instalación, tensado e inyección de los mismos. Como se sabe esto se debe a que en cada etapa de tensado las fuerzas axiales de cada tirante varían y se redistribuyen, razón por la cual se debía encontrar un arreglo inicial de fuerzas axiales, que, luego de la redistribución, resulte en un arreglo final de fuerzas axiales deseadas, que debían ser compatibles con las deformaciones del tablero y a la rasante final del puente.

El postensado de los tirantes se ejecutó durante las primeras semanas de junio del 2009, mientras que la obra se terminó en su totalidad en agosto del 2009.

DESCRIPCIÓN DEL PUENTE

El puente Atumpampa consta de tres tramos: dos tramos exteriores de 12.40 m de luz, y un tramo central de 59.20 m de luz. El tramo central es el que debe ser sostenido por un total de 24 tirantes (6 en cada columna de ambas torres), cada uno de los cuales está conformado por dos barras Dywidag de 32 mm de diámetro. Por otro lado, cada uno de los 16 tirantes adicionales (4 en cada columna de ambas torres), que conectan a las dos torres con las cámaras de anclaje ubicadas en los estribos, están conformados por una barra Dywidag de 36 mm de diámetro.

El tablero está conformado por dos vigas de rigidez metálicas de sección I, que recorren en forma de arco los 84 m de luz del puente Atumpampa, y cuyo peralte varía entre 0.80 m y 1.00 m. La contraflecha del arco en el centro de luz es de 1.60 m. Por otro lado, la losa de concreto de 16 cm. de espesor se apoya en seis largueros metálicos de sección I, uniformemente espaciados a lo largo de los 7.20 m. que tiene el ancho del tablero. Los largueros transmiten las cargas a las vigas transversales metálicas, que a su vez, las transmiten a las vigas de rigidez ubicadas en los extremos. Las vigas transversales están espaciadas cada 4 m, y su intersección con las vigas de rigidez coincide con los puntos de anclaje de los tirantes.

La construcción del puente constó de 1. Edificación de las torres de concreto armado. 2. Colocación de cuatro apoyos o castillos temporales para las vigas metálicas de rigidez. 3. Armado y colocación del armazón estructural del tablero (vigas de rigidez, vigas transversales y largueros) sobre las torres y los castillos temporales. 4. Colocación y tensado de los tirantes. 5. Vaciado de la losa del tablero de concreto.

Es en base a estas condiciones que se colocaron los tirantes, determinaron el procedimiento de tensado y calcularon las fuerzas a las que se debió tensar, para obtener una distribución de fuerzas axiales finales en los tirantes, que permitió cumplir con los siguientes objetivos: 1. Permitir la liberación y el posterior retiro de los castillos o apoyos temporales. 2. Sostener el tramo central del tablero mediante los tirantes, manteniendo su perfil geométrico, según la forma requerida por el proyecto (generalmente, mantener en cero las deflexiones verticales). 3. Mantener los esfuerzos de los elementos estructurales dentro de los rangos considerados para su diseño, en cada una de las etapas constructivas.

SECUENCIA DE TENSADO

Del análisis estructural se llegó a determinar que el desplazamiento lateral hacia atrás, que se genera inicialmente en la parte superior de cada torre, debido a su peso propio, es aproximadamente 8.50 cm. Por lo tanto, teniendo en cuenta que no es conveniente que dicho desplazamiento lateral aumente, se decidió aplicar fuerzas de tensado, únicamente, a los tirantes delanteros (tirantes del 5 al 10). Los tirantes traseros (tirantes del 1 al 4), se colocan y se ajustan desde el principio, pero no son directamente tensados con el gato hidráulico.

De esta manera, a medida que se van tensando los tirantes delanteros, las torres se van desplazando lateralmente en dirección a su posición original (en dirección al centro de luz del puente), y consecuentemente, el momento flector en la base de las torres, impuesto inicialmente por su peso propio, irá disminuyendo.

Los apoyos temporales, que deben ser liberados del peso del tablero al finalizar el proceso de tensado, se encuentran ubicados debajo de la zona de anclaje del tirante 8 con la viga de rigidez. Por este motivo se decidió que la secuencia de tensado sería desde el tirante 5 (más próximo a la torre) hasta el tirante 10 (más próximo al centro de luz). De esta manera, se buscará que las fuerzas de tensado correspondientes a los tirantes 8, 9 y 10 liberen a los castillos temporales y generen una contraflecha adecuada en el centro de luz del tablero.

Con la finalidad de mantener la simetría de las deflexiones y los esfuerzos en la estructura, la secuencia de tensado se tuvieron que desarrollar simultáneamente desde las cuatro columnas de las dos torres.

Este puente, de 84 m de luz, está conformado por dos torres inclinadas de concreto armado de 27 m de altitud. Cuatro columnas arman las dos torres inclinadas que forman el puente y a las que van sujetos los tirantes.

 

DEFINICIÓN DE LAS ETAPAS DE TENSADO

Luego de determinar la secuencia de tensado, se procedió a definir las etapas constructivas en base a las cuales se realizó el análisis estructural del puente. Se decidió que el tensado de cada uno de los tirantes delanteros definiría una etapa. Entonces, en total se tendrían las seis etapas correspondientes al tensado de cada uno de los tirantes delanteros, más la etapa inicial, a la que se hizo referencia en el acápite anterior. Las siete etapas constructivas que componen el procedimiento de tensado de los tirantes fueron denominadas: inicial, pret5, pret6, pret7, pret8, pret9 y pret10.

Cuando se aplican fuerzas de tracción a cualquiera de los seis tirantes delanteros, los otros cinco son sometidos, indirectamente, a fuerzas axiales de compresión. Exactamente lo contrario sucede con los cuatro tirantes traseros, los cuales son sometidos a fuerzas axiales de tracción. Esto se debe a que, al tensar cualquiera de los tirantes delanteros, la torre y la viga de rigidez, unidas por el tirante, experimentan un acercamiento mutuo, que, por un lado, tiende a comprimir a los tirantes que se ubican delante de la torre, mientras que por el otro, tiende a traccionar a los tirantes que se ubican detrás de ella.

Como, por definición, los tirantes no son capaces de resistir fuerzas de compresión, durante la segunda etapa constructiva, pret5, los únicos tirantes que trabajan e interactúan con la estructura son el mismo tirante 5, al que se le aplica directamente la fuerza de tensión, y los cuatro tirantes traseros.

Los tirantes 6, 7, 8, 9 y 10, teóricamente, trabajarían a compresión, pero en realidad se deforman sin imponer ningún tipo de resistencia.

Sucede lo mismo durante la tercera etapa constructiva, pret6, con la diferencia que, además del tirante 6 y los cuatro tirantes traseros, el tirante 5 también trabaja e interactúa con la estructura. Si bien es cierto que el tensado del tirante 6 genera esfuerzos de compresión en el tirante 5, estos esfuerzos solo significan una disminución de la tracción que le fue aplicada en la etapa anterior.

Análogamente, durante la etapa pret7, los únicos tirantes que trabajan son los cuatro tirantes traseros y los tirantes 5, 6 y 7. Así sucesivamente hasta llegar a la última etapa, pret10, en la que trabajan todos los tirantes. Por este motivo, en cada etapa constructiva se analizan estructuras distintas, desde un puente con un tirante delantero y apoyos temporales, en la etapa pret5, hasta un puente suspendido por todos los tirantes y sin apoyos temporales, en la etapa pret10.

MONTAJE DE LOS TIRANTES Y EJECUCIÓN DEL POSTENSADO

El montaje de los tirantes se diseñó con la finalidad de que puedan ser reemplazados en cualquier momento sin ningún problema, razón por la cual se colocaron trompetas metálicas en las torres. Además, los tirantes fueron protegidos ante la corrosión mediante tubos de polietileno de alta densidad, tubos antivandálicos e inyección de lechada de cemento. Para el montaje de los 40 tirantes del puente se utilizó un sistema de cables y poleas y se concluyó en un tiempo record de dos semanas. Por otro lado, el tensado de los tirantes se realizó con cuatro gatos hidráulicos, trabajando simultáneamente en las cuatro columnas de ambas torres. Cada gato estuvo equipado con bombas hidráulicas de alta presión.

El proceso de tensado que se siguió responde a la secuencia de tensado que se simuló en el análisis por etapas constructivas. Como cada tirante delantero está compuesto por dos barras, se decidió tensar primero las barras superiores a una fuerza mayor a la calculada; luego se tensaron las barras inferiores, de forma tal que al finalizar ambas barras quedaran con la misma fuerza.