Puente atirantado del Atlántico en Colón, Panamá (2013-2018)



El puente del Atlántico en la provincia de Colón en Panamá es un puente atirantado que cruza el canal de Panamá. Próximo a su inauguración en el 2018 se convertirá en el tercer puente que cruce el canal de Panamá, siendo el puente de las Américas el primer puente en cruzarlo y el puente atirantado Centenario el segundo.

El puente tiene un diseño atirantado con un largo total de 1050 m. Su luz principal mide 530 m y tiene un gálibo de 75 metros sobre el canal de Panamá, permitiendo que los grandes buques tipo “Post-Panamax” pasen por debajo de él. El puente está apoyado en dos torres de 212.5 m de alto. Tiene una anchura de 4 carriles de tráfico. El contrato también incluye la construcción de los viaductos de acceso a ambos lados del puente, con una longitud total de 2 kilómetros, así como de las carreteras de conexión a la red viaria existente.
Animación del puente del Atlántico:



Análisis de alternativas para ubicación, tipo de cruce y diseño
El estudio contempló un análisis de alternativas potenciales para seleccionar desde la mejor ubicación del cruce (alineamientos), hasta el tipo de cruce (puente o túnel) y diseño del mismo. A continuación se resumen los análisis de alternativas contemplados:
Alternativas de Ubicación del Proyecto y Tipo de Cruce
Para generar los alineamientos potenciales para el cruce sobre el Atlántico se utilizó un Sistema de Información Geográfico (SIG) y un proceso metodológico conocido como “Adecuación de Cartografía de Tierras” (Land Suitability Mapping - LSM por sus siglas en ingles) el cual consiste en generar múltiples capas de información que permite evaluar las limitaciones ambientales, sociales y físicas existentes dentro del área del proyecto, previo a la ubicación de las alternativas. Este procedimiento permite la determinación del nivel de sensibilidad relacionada con varios recursos e impactos operacionales simultáneamente.
Alternativas de Diseño del Puente
Una vez seleccionado el tipo y ubicación del cruce, el estudio implementa análisis adicionales para seleccionar entre las alternativas de diseño de un Puente, la más viable según los criterios mínimos requeridos por la ACP, incluyendo tipo de estructura, torres, número de carriles, entre otros. A continuación se describe los análisis considerados para las alternativas de diseño.

Número de Carriles
Para determinar el numero de carriles necesarios en el Puente, URS+COWI realizó un análisis de tráfico para estimar la demanda que generaría el futuro Cruce con información proveniente de la oficina de Proyectos Especiales del MOP y de la Autoridad de Transito y Transporte Terrestre la cual incluyó aforos de trafico en ambos sentidos por 72 horas en distintos puntos de la Provincia de Panamá y Colón, realizados en los años 2006 al 2008, junto con las proyecciones de la data demográfica para los años 2007 y 2015 del Boletín No. 9 del Censo del 2000.

A partir de dicha información se asumieron 3 escenarios de posibles desarrollos, a saber:
1. Escenario de bajo desarrollo: se asume la misma tasa de crecimiento proyectada por el censo, la construcción del cruce sobre el canal, sin la construcción de una Vía Costanera.
2. Escenario de desarrollo medio: se asume la misma tasa de crecimiento del censo, la construcción del cruce, con la continuación de una vía Costanera.
3. Escenario de alto desarrollo: asume una taza de crecimiento mas elevada a las proyecciones del censo, la construcción del cruce y continuidad con una vía Costanera.

Posteriormente, se estimó la demanda vehicular que tendría el Puente considerando cada uno de posibles escenarios de desarrollo (bajo, medio, alto), para las proyecciones del Censo del 2015, como para el año 2035. Para este último, la demanda de tráfico se obtuvo aplicando una tasa de crecimiento del 2% anual a la demanda proyectada del 2015. Los resultados de demanda estimada se presentan en la tabla a continuación.
Como se observa en la Tabla precitada, se espera que el puente Centenario genere una demanda suficiente para el año 2035 que se requiera la construcción de cuatro (4) carriles, en dos de los tres escenarios modelados. Por lo anterior, se selecciono la opción de cuatro (4) carriles para el diseño del Puente.

Tipo de Estructura
De acuerdo al tamaño y longitud de la luz principal del puente que se requiere, la cual se encuentra alrededor de los 500 metros, existen dos tipos de estructuras que pueden ser consideradas económicamente viables, las cuales consisten de: puentes atirantados o puentes suspendidos. Típicamente, los puentes suspendidos son económicamente mas competitivos para puentes de longitud mayor a 900 metros, aun cuando han sido construidos para puentes más cortos, de 450 a 800 m, se utilizan cuando existen condiciones especiales que considerar, tales como condiciones favorables de anclaje, restricciones de altura para las torres, o por razones estéticas. No obstante, para un puente como el que se requiere para cruzar el Canal, entre los puentes que se han construido recientemente, dominan en forma generalizada los puentes atirantados, excepto donde deben considerarse condiciones especiales como las mencionadas anteriormente.
Por lo anterior, dado que no existe ninguna de esas condiciones a considerar en el cruce por el Atlántico que favorezca la opción de puente suspendido; la opción seleccionada y considerada para este estudio es la de Puente atirantado. Este tipo de puentes, normalmente se construye de acero, concreto o una combinación de ambos. Asimismo, existen una variedad de tipos de torres, que se ajustan a cada tipo de estructura. Un análisis matricial donde se combinan cada una de estas opciones fue realizado por URS+COWI 2010, en el cual a partir de 29 opciones se preseleccionan 5 para un análisis mas detallado, incluyendo el análisis del costo inicial y del ciclo de vida de cada opción (ver Tabla 5-8 a continuación).

A partir del análisis de costo detallado, se seleccionó la opción de una estructura de concreto con torres delta, aun cuando esta no resultase la más económica. Sin embargo, el diferencial con la opción que resultó la mas económica (estructura de acero) representa el 1.5%, que no resulta ser significativo. La alternativa seleccionada se basó en las siguientes consideraciones:
1. Existe una preferencia por la estructura de concreto para maximizar el uso de materiales disponibles en Panamá, a manera de energizar la económica y evitar mantenimientos futuros asociados con el casco de acero.
2. La diferencia entre las opción de concreto con la de acero en el costo inicial es del 3.5% y en el costo de mantenimiento es del 1.5%. Esta leve diferencia no es un factor determinante a favor del acero, por lo que aun no siendo la opción mas económica se selecciona la opción de concreto.

Proceso Constructivo
Esta sección presenta una descripción de las características más importantes del proceso constructivo según el diseño de las diferentes estructuras que conforman el nuevo Puente para el cruce del Canal en el sector Atlántico. Dichas características están basadas en las especificaciones técnicas generales del MOP y otras guías de diseño internacionales. La fase de construcción inicia con la limpieza y desarraigue de la vegetación y el acondicionamiento del terreno; incluyendo excavación, relleno y nivelación, como se indicó en las secciones anteriores. Esta actividad de nivelación será necesaria dado que cerca de las riberas del Canal se presentan suelos inundables que retienen gran cantidad de agua durante todo el año.
  • Cimentación
El tramo principal estará sobre una fundación de pilotes prefabricados o eventualmente sobre una fundación vaciada en sitio a la formación de arenisca llamada Gatún, situada a unos 12 metros por debajo del nivel existente del sector Este y a unos 5 metros por debajo del nivel existente en el sector Oeste del Canal. Debido a las fuerzas sísmicas del área, los pilotes perforados deberán resistir fuerzas laterales y de tensión, además de la compresión axial a la que estarán sometidos. Sobre estas fundaciones, se asentarán las dos torres tipo delta que soportarán, mediante cables, la calzada propuesta. De la información obtenida mediante el estudio de geotecnia, se tiene que existe roca a 11 metros de profundidad en el sector Este y roca en la superficie en el sector Oeste. La presencia de roca disponible a una profundidad razonable al Este determina que se pueden colocar los pilotes perforados, mientras que hacia el sector Oeste los mismos se podrían colocar directamente sobre la roca. Se propone instalar un sistema combinado de fundaciones, flotantes de donde saldrán pilotes de 1.80 metros de diámetro.
  • Torres de Soporte
Serán empleadas dos torres tipo Delta atirantadas de 190 m de altura, una ubicada sobre tierra firme en el sector Este a una distancia de 54.4 metros medidos desde el la ribera del Canal hacia tierra firme y la otra estará localizada en el sector Oeste cimentada sobre el lecho marino a una distancia de 88 metros medidos desde la ribera hacia el Canal (Figura 5-9).
Las mismas, brindarán rigidez y resistencia a la torsión de la cubierta de rodadura y sección de losa que estará a la intemperie, serán construidas de hormigón armado vaciadas en sitio o construidas con elementos pre-fabricados y son una variante de las torres tipo “Y”. Este tipo de torre ofrece la oportunidad de usar un sólo plano de cables de soporte que mantendrán la rigidez torsional en caso de que se escoja una sección de losa de soporte cerrada, de esta misma forma la torre proporciona a la superestructura una estabilidad significativa a la torsión para el rendimiento aerodinámico del sistema en su conjunto. La zona de anclaje en la parte superior de este tipo de torres, es la que menos problemas de construcción ofrece al momento de su confección.
Cabe destacar que, se rellenará con material rocoso compacto desde la ribera del Canal hasta rodear la base de la torre ubicada en el sector Oeste, con el propósito de darle continuidad al camino no pavimentado que se utilizará como vía de acceso para la construcción, así como durante el período operativo del puente en sus actividades de mantenimientos futuros. De igual forma, este encofrado rocoso servirá de barrera de protección de posibles accidentes provocados por pequeños buques o embarcaciones que transiten la vía acuática.
  • Sección y Losa de Rodadura del Puente
Se trata de un sólo tipo de sección aérea de losa de rodadura con un nivel de servicio clase “C”, para el tipo de demanda vehicular esperada. La sección se divide en tres tramos, el tramo Este con una longitud de 215 metros, el tramo o luz central con una longitud de 500 metros entre ambas torres tipo Delta y el tramo Oeste con una longitud de 215 metros, brindando una longitud total del Puente de 930 metros (Figura 5-9).
La selección de los anchos de carril, hombros y ancho de barrera central se basan en las normas mínimas del American Association of State Highway and Transportation Officials "Norma en Materia de Diseño Geométrico de Carreteras y Calles, 2004”, así como en el estudio de tráfico previo. Esta sección está compuesta por vigas de concreto perimetrales que corren tanto longitudinalmente como transversalmente y que a su vez están soportadas por los cables con un espaciamiento aproximado de nueve metros entre ellas, podrán ser construidas en sitio o ensamblada con elementos pre-fabricados. La sección de rodadura propuesta tendrá un ancho total de 23.2 metros distribuidos de la siguiente manera: dos carriles de 3.60 metros en ambos sentidos, hombros internos y externos de 1.20 metros a ambos lados y en ambos sentidos, barrera central divisoria tipo Jersey con un ancho de 0.6 metros y 1.70 metros de espacio libre desde el fin del hombro exterior y el final de la losa. En este espacio libre se ubicará la barrera exterior tipo Jersey y el aterrizaje de los cables provenientes de las torres (Figura 5-10).
En su parte más alta, esta sección tendrá un gálibo o altura libre de 75 metros de alto medidos desde el nivel medio del agua. Esto permitirá, que en el futuro, cualquier tipo de buque, incluyendo los Post-Panamax, pueda pasar sin dificultad por la vía interoceánica (Figura 5-9).


5.9 Vista de planta y perfil del diseño del puente

5.10 Sección de rodadura del puente

Otras vistas del puente del Atlántico:

Otros links de interés:

Puente atirantado Centenario, canal de Panamá (2002-2004)


El puente Centenario de Panamá es un puente atirantado que cruza el canal de Panamá. Desde su inauguración en el 2004 se convirtió en el segundo puente que cruza el canal, siendo el puente de las Américas el primer puente en cruzarlo. Para el año 2018 se espera que se concluyan los trabajos de construcción del puente atirantado del Atlántico, que será el tercer puente en cruzar el canal de Panamá. El puente Centenario debe su nombre a que su construcción conmemora el primer centenario del nacimiento de la República ocurrido el 3 de noviembre de 1903.

El puente tiene un diseño atirantado con un largo total de 1052 m. Su luz principal mide 420 m y tiene un gálibo de 80 metros sobre el canal de Panamá, permitiendo que los grandes buques pasen por debajo de él. El puente está apoyado en dos torres de 184 m de alto. Tiene una anchura de 6 carriles de tráfico. Fue diseñado para soportar los frecuentes temblores de tierra de la zona del canal. La torre oeste del puente fue construida 50 metros tierra adentro para permitir la ampliación del Canal de Panamá.

Vista aérea del puente Centenario:


Proceso constructivo del puente Centenario:


Otras vistas del puente Centenario:






   
 Otros links de interés:

Comportamiento estructural de vigas en voladizo o cantiléver (Gerber)

Famosa fotografía de Benjamín Baker, en la que a través de un modelo vivo se representó el principio estructural de voladizos en que se basó la solución al puente Firth sobre el Forth

"Para ilustrar la teoría estructural de una viga en voladizo o cantiléver (Gerber) se llevó a cabo una demostración humana. Las cargas estaban representadas por la persona sentada en la mitad del vano del tramo suspendido. Los brazos de las personas sentadas a ambos lados representaban la tracción en las uniones; las barras de madera, la compresión en los elementos inferiores, y los ladrillos, los puntos de anclaje situados en los pilones. Las sillas representan las pilas de granito. Imagínense las sillas separadas 500 m y las cabezas de los hombres tan altas como la cruz de S. Pablo (iglesia londinense, 104 m) sus brazos representados por vigas de acero y los bastones por tubos de 3.5 m de diámetro en la base se obtiene una buena noción de la estructura".


Heinrich Gerber aplicó en 1866 una teoría que consistía en subdividir la viga continua a través de rótulas "las cuales definen un punto de momento flector cero". Este tipo de vigas con articulaciones intermedias es lo que ahora se conoce como Viga Gerber. La posición donde se ubican estas rótulas permite incidir en el comportamiento de la viga; por lo que no sólo se usa de forma directa en algunas estructuras, sino que en algunos proyectos se puede idealizar una viga real asimilándola a una viga Gerber, cuyo isostatismo permite un cálculo aproximado sencillo.

Vista panorámica del Puente Firth Ford (1882-1890), Escocia

Los puentes atirantados con el gálibo más grande del mundo

Vista panorámica del puente Duge

Dimensiones de vano principal y de gálibo vertical del puente Duge

Al año 2017 los puentes atirantados con el gálibo más grande del mundo son los siguientes:

- Puente Duge: Gálibo 565.00 m, Luz principal 720 m, Inauguración 2016, Liupanshui, China
- Puente Yachi: Gálibo 434.00 m, Luz principal 800 m, Inauguración 2016, Guizhou, China
- Puente Baluarte: Gálibo 402.57 m, Luz principal 520 m, Inauguración 2012, Durango, México
- Puente Millau: Gálibo 270.00 m, Luz principal 342 m, Inauguración 2004, Aveyron, Francia

Se puede apreciar que dos de los cuatro puentes atirantados precitados se ubican en China, siendo el puente Duge más conocido como Beipan o Beipanjian el puente atirantado con el gálibo más grande del mundo.

El puente Baluarte es el puente atirantado con el gálibo más grande de América.

Las dimensiones de los gálibos precitados más grandes del mundo van desde los 270 m hasta los 565 m.

Nota:
Gálibo: Distancia entre la parte inferior de la superestructura y el nivel medio del curso de agua.

Puentes atirantados con el claro más grande del mundo

1° Puente Russky

Los puentes atirantados con el claro más largo en el mundo al año 2017 son los siguientes:

  • Se puede apreciar que dos de los trece puentes atirantados precitados se ubican en Rusia, de los cuales el puente Russky es el puente atirantado con el claro más largo del mundo.
  • Se puede apreciar que la mayoría (ocho de trece) de los puentes atirantados precitados se ubican en China.
  • Las dimensiones de los vanos de los 13 puentes con el claro más largo del mundo precitados van desde los 720 m hasta los 1104 m.
  • Los puentes atirantados Yachi y Duge ubicados en China son los puentes atirantados con el claro más largo del mundo últimamente construidos (2016).
Nota:
El puente Yavuz Sultan Selim o Tercer puente del Bósforo, en Turquía, al año 2017, es el puente con el claro más largo del mundo pero se trata de un puente de tipología híbrido (atirantado y colgante) por lo cual no fue considerado en la lista precitada.
2° Puente Sutton

3° Puente Stonecutters

4° Puente Edong Yangtze

5° Puente Tatara
6° Puente Normandía
7° Puente Jiujiang Yangtze
8° Puente Jingyue Yangtze

9° Puente Yachi

9° Puente Incheon

10° Puente Zolotoy Rog

11° Puente Shanghái Yangtze

12° Puente Duge o Beipanjiang

Colapso de puente por fallas de corrosión en cables de pretensado



El 20 de mayo del 2000, en Carolina del Norte cuando cientos de aficionados de NASCAR dejaron una carrera de autos y cruzaron un puente peatonal hacia el estacionamiento, se escucharon dos fuertes grietas. Después de la segunda grieta, una sección de 80 pies de la pasarela de hormigón y acero de 320 pies se rompió por la mitad. Los peatones cayeron 17 pies a la carretera, aplastados por los pedazos rotos de concreto. El fallo del puente causó heridas a 107 personas. Al menos 13 resultaron heridos críticamente.
Según el informe de investigación el colapso fue debido al debilitamiento por corrosión de los soportes de acero del tablero, la corrosión fue originada por el cloruro de calcio (compuesto químico altamente corrosivo) encontrado en la lechada que rodeaba los cables de pretensado. En el intento de agilizar el proceso de secado se utilizó una mezcla llamada Anti-Hydro agregando 40 veces más la cantidad permitida.
Recordemos que el cemento necesita de una cantidad mínima de humedad para hidratarse y endurecerse, cuando se seca abruptamente, se interrumpe el crecimiento de la resistencia a la compresión con el tiempo; un secado puede ocasionar insuficiente hidratación para que se obtengan las propiedades físicas deseables. Como la mezcla se seco rápidamente esta se debilito y hubo retracción por pérdida de agua. La retracción por secado es la principal causa de fisuración y el ancho de las fisuras (grietas, rajaduras) es función del grado de desecación, espaciamiento y frecuencia de las fisuras y edad del aparecimiento de las fisuras.

Fuente:

El Tercer puente del Bósforo, Turquía (2013-2016)



El puente Yavuz Sultan Selim conocido inicialmente como El Tercer puente del Bósforo esta situado al norte de la ciudad de Estambul, Turquía, fue inaugurado el 26 de agosto del 2016 y es a la fecha (2017) el puente híbrido (atirantado y colgante) con el vano más largo del mundo (1408 m), fue diseñado por los ingenieros Jean-François Klein y Michel Virlogeux. Consta de ocho carriles de autopista (cuatro en cada lado) y dos vías ferroviarias para la circulación entre Europa y Asia.

Explicación de la construcción:


Diseño y construcción por Michel Virlogeux:


Cifras claves:
  • Longitud total: 2164 m
  • Longitud del vano mayor: 1408 m
  • Altura de la pilas: 322 m (más alta incluso que la Torre Eiffel de 300 m)
  • Anchura del tablero: 58.5 m
  • Cables compactos Freyssinet equipados con torones de acero reforzado y los amortiguadores correspondientes: 176 unidades
  • El cable más largo: 588 m
  • Los cables utilizados contienen entre 75 y 151 torones de resistencia de 1960 MPa para sostener el peso del tablero y de las cargas rodantes.
  • Para este proyecto, se diseñó un anclaje totalmente nuevo con 151 torones, se desarrollaron innovadoras soluciones de amortiguadores y se crearon unas desviadoras específicas.
Otros datos:
  • Promotor: KGM (Ministerio de Transportes de Turquía)
  • Concesionario: ICA
  • Diseño: Jean-François Klein – T-Ingeniérie & Michel Virlogeux
  • Construcción : Hyundai Engineering & Construction / SK Engineering & Construction