Puentes y obras de arte: 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).