Ingeniería para el nexo entre Lima y el Tren Eléctrico

La construcción del Tren Eléctrico no solo incluyó soluciones de ingeniería del viaducto elevado. Las 16 estaciones a lo largo de los 21.48 km de recorrido fueron tan importantes como la vía por la que discurre el tren. Estas estructuras, siete construidas anteriormente y 10 nuevas, sirven de vínculo entre el tren y la ciudad. Han demandado soluciones y trabajos de ingeniería tan complejos como el viaducto para garantizar no solo su resistencia sísmica, sino también aspectos como la transitabilidad, duración y seguridad.

Las estaciones del nuevo Sistema Eléctrico de Transporte Masivo de Lima y Callao, conocido como el Tren Eléctrico, se encuentran a lo largo de la ruta del viaducto elevado que recorre la capital desde el distrito de Villa El Salvador hasta el Cercado de Lima pasando por Villa María del Triunfo, San Juan de Miraflores, Santiago de Surco, Surquillo, San Borja, San Luis y La Victoria. En este trayecto se ubicarán 16 estaciones entre las siete anteriormente construidas y las nueve edificadas por el Consorcio Tren Eléctrico.

Cada una tiene un diseño diferente de acuerdo a la demanda calculada y al entorno. De esta forma algunas estaciones tienen una mayor capacidad de pasajeros que otras siendo la más grande y alta la ubicada en la avenida Grau. Las nuevas estaciones, en su totalidad, tienen dos niveles con ingresos a nivel de la rasante y zonas de abordaje en el segundo nivel.

ESTRUCTURA

Si bien las nuevas estaciones forman parte del sistema del Tren Eléctrico, estas son edificaciones diferentes desde su diseño y conceptualización. Cada una fue diseñada de acuerdo a la accesibilidad peatonal, tránsito vehicular, relación con el entorno y la volumetría. Así lo explica el gerente de Ingeniería del Consorcio Tren Eléctrico, ingeniero Winston Villagomez, “el viaducto es una estructura particular, pero las estaciones son edificios de dos pisos. No se realizó un cálculo estructural sofisticado como en el viaducto, pero ha sido estudiado rigurosamente con ayuda de consultorías extranjeras”.

La estructura de las estaciones consta básicamente de cuatro componentes. El primer nivel donde se hallan diversos servicios; la estructura de concreto donde se encuentran las escaleras, núcleos de ascensores, zonas de evacuación; el andén que reposa sobre el viaducto elevado; y la cobertura metálica que se encuentra anclada a las columnas del viaducto.

En el primer piso, debajo del viaducto, se ubican los accesos desde el exterior, servicios como la zona de paga o boletería, servicios higiénicos, oficinas, sala de seguridad, cuartos de servicio, patios de maniobras, cabina eléctrica, sala técnica, sala de comunicaciones, equipos de bombeo, cisterna, escaleras eléctricas, etc.

Toda esta estructura es independiente del viaducto. Así, encontramos la estructura de concreto que se compone de cimentaciones, de menor profundidad que el viaducto, sobre las que se construyeron los accesos al segundo piso como núcleos de ascensores y escaleras, las cuales están separadas de los andenes y del viaducto mediante juntas de dilatación que permiten a cada una de las estructuras moverse libremente durante un sismo. Asimismo, cada estación cuenta con dos andenes (una por cada sentido) a los lados del viaducto. Esta se compone de una losa de concreto que reposa sobre dos vigas de concreto que a su vez son soportadas por las columnas del viaducto elevado.

Las estaciones tienen forma elíptica y están techadas por una cobertura metálica. Esta forma se debe a que su estructura, en la mayoría de estaciones, está constituida por 20 pórticos metálicos separados entre sí unos 6 m aproximadamente. Cada pórtico tiene en su parte más ancha 18.41 m y tienen una altura de 6.50 m. Están fabricados con acero A-36 de 356 mm x 200 mm. Se sabe que en total se usaron aproximadamente 25,000 toneladas de acero en las estructuras de las coberturas.

Los pórticos han sido montados sobre vigas cajón de aproximadamente 500 mm x 500 mm ancladas a las columnas. Para lograr la rigidez estructural se unieron mediante secciones de acero rectangular. Sobre estas últimas se instalaron más secciones de acero rectangular que siguen la forma curva de los pórticos para completar la estructura que soporta la cobertura metálica. Se usaron aproximadamente 1,500 m2 de cobertura en cada una de las estaciones nuevas como en las preexistentes para hacer un total de 26,000 m2.

El representante del consorcio constructor indica que una de las características de este diseño estructural es que brindará espacios amplios y sin obstáculos. “Se colocaron vigas cajón entre las columnas y de ahí sale una cubierta metálica. El contrato preveía esto para dejar libre el andén. Las estaciones no tienen columnas intermedias a excepción de Ayacucho y Jorge Chávez. Todas las demás son totalmente libres. No tenemos columnas en andenes. Esto demandó un cálculo estructural interesante. Inclusive los pórticos no son iguales. El patrón de construcción es similar, pero no iguales. Tenemos aproximadamente 50 modelos de pórticos con los que se fueron diseñando las coberturas de acuerdo a las necesidades específicas de cada estación”.

 

PROCESO

Las obras en distintos puntos de Lima presentaron dificultades particulares y comunes. El gerente de Producción de la obra, ingeniero Renato Bortoletti, indicó que las vigas cajón tienen pesos de hasta más de 20 toneladas y requirieron manobras complejas para su instalación. “Lo más complicado de la instalación de las vigas cajón es la nivelación porque determina la nivelación de toda la estructura de la cobertura y tiene que ser la pendiente del viaducto, que puede ser de 0.2% o 0.5%”. En el momento de hacer el empotramiento, la soldadura de la viga cajón a la plancha de acero, que se queda empotrada en la viga cabezal, tiene que estar muy bien nivelada y cumpliendo esa pendiente. Sino tendremos problemas con la colocación de catenarias que se quedan empotradas en la parte superior de la estructura metálica”.

Estas instalaciones fueron realizadas con la ayuda de grúas de 80 toneladas en el caso del montaje de las vigas cajón. Los pórticos fueron izados por grúas de 40 toneladas y los arriostres de al estructura por un camión grúa de 15 toneladas.
Sin embargo, para el ingeniero Winston Villagomez lo más complicado, característico de Lima, fueron las interferencias. “Hemos tenido interferencias de todas las empresas de servicios. Por eso hicimos todo un planeamiento de interferencias. Ha habido algunos casos específicos que han requerido diseños de ingeniería hechos por nosotros para salvar alguna interferencia. Ingeniería para que ellos modifiquen su colector, por ejemplo, el de Ayacucho en Tomás Marsano”, manifiesta.

El responsable de Ingeniería del Viaducto y de las Estructuras Metálicas de las Estaciones, Max Correa, resalta que otro aspecto complejo fue el tránsito vehicular. “Sobre todo en la estación del mercado mayorista, que tuvimos que trabajarla en el turno de noche a pesar de que de noche también hay camiones que se estacionan. Es un tema logístico bien interesante porque tenemos que sincronizar las operaciones para poder ganar la posición de las grúa y montar las vigas cajón. Las maniobras de las vigas cajón son complicadas considerando que tenemos el andén construido. Hay que suspender la viga cajón y ayudarnos de unos tecles para jalarlos horizontalmente una vez suspendidas y ubicarlas en su posición”.

CÁLCULOS ESTRUCTURALES

Por otro lado, los estudios sísmicos fueron de suma importancia y los realizaron tanto profesionales peruanos como extranjeros contratados por el consorcio constructor. Así los cálculos estructurales demandaron juntas de dilatación de hasta 15 cm entre la estructura de la estación y el viaducto unido a la cobertura y los andenes, de modo que no se unen físicamente y se permiten el movimiento provocado por un sismo. “Entonces, por ejemplo, el andén de la estación es parte del viaducto porque va apoyado sobre las vigas del viaducto, pero las escaleras, los ascensores y las estructuras son independientes”.

Los cálculos incluyeron el comportamiento de la estructura de la cobertura, que para el ingeniero Winston Villagomez, fue lo más complejo. “Fue complicado calcular las cargas de la estructura metálica porque se apoya en la estructura del viaducto y tiene que comportarse igual a éste. Implicó modelarla dependiendo de cómo vibraba la estructura del viaducto. Además, hay estaciones que vibran diferentes debido a sus cargas y longitudes. Por ejemplo, la estación de Arriola tiene solo 20 m de alto y el viaducto no vibra igual que la estación Grau que es mucho más grande y alta. Cada estructura es diferente y de una complejidad particular”.

El viaducto también está diseñado para soportar un movimiento sísmico de 1,000 años de retorno, lo que lo haría resistente a un terremoto de grado 9 en la escala de Richter frente a las costas de Lima. “Por ejemplo, hicimos una comparación superponiendo los registros de los sismógrafos de Concepción y de Santiago durante el terremoto de 8.8 grados ocurrido en Chile. Hicimos el ejercicio de poner el sismo de Concepción en nuestro diseño y éste pasa completo. En los espectrómetros del sismo de Chile las medidas envolventes de los sismógrafos, probabilidad máxima y mínima, están llegando a 1 G y nuestro espectro de diseño cubre ese registro”.

DISEÑO ELECTRICO

El diseño eléctrico de las estaciones contempla medidas de seguridad en caso de emergencias para garantizar la evacuación de los pasajeros, expone el gerente de ingeniería. “Contempla tres sistemas de iluminación. Una que es la iluminación normal de la estación y los tomacorrientes. Además, un segundo nivel de iluminación de respaldo, que cuando se cae la energía eléctrica del sistema los cuartos técnicos, mantiene el 40% de la energía de la estación durante un apagón general mediante un sistema UPS. Finalmente existe un circuito que marca las rutas de evacuación con una iluminación más tenue para permitir la salida de los pasajeros. Pero para que exista un apagón general en el sistema debería haber un apagón en prácticamente toda la ciudad, porque como es redundante el sistema tenemos dos estaciones eléctricas. Una se encuentra en la estación Grau y la otra en Villa El Salvador. Las dos alimentan de energía al tren; si se cae una el tren sigue operando desde la otra”, manifiesta Winston Villagomez.

Propietario: Ministerio de Transportes y Comunicaciones – Autoridad Autónoma del Tren Eléctrico. Construcción y Montaje: Consorcio Tren Eléctrico. Diseño estructural: Graña y Montero Ingeniería. Diseño arquitectónico: De La Piedra Consultores. Diseño de la estructura metálica: Empro Ltda. Inserción Urbana: Municipalidad de Lima, De La Piedra Consultores, Consorcio Tren Eléctrico. Paneles metálicos: Precor. Construcción de estructuras metálicas: Haug / Imercon. Sistema de mitigación de incendios: Siemens. Ingeniería sanitaria: De La Piedra Consultores.