Novedades Tecnológicas | Conectividad con la Isla Grande de Chiloé

Publicado el Diciembre 29, 2017



Con el objetivo de unir la Isla Grande de Chiloé con el territorio continental, es que el Ministerio de Obras Públicas (MOP) determinó la construcción de un puente que busca mejorar la conectividad de la isla con el resto del país. Se trata del Puente Chacao, estructura que cruzará el canal homónimo, con una longitud de más de 2.750 metros y con doble vano mayor a 1.000 metros cada uno. La obra se realiza bajo la modalidad de contratación a suma alzada, a través de la Dirección de Vialidad del MOP.

Durante la década del 2000 el proyecto se conocía como “Puente Bicentenario”, porque sería construido como forma de conmemorar en 2010 los 200 años del inicio del proceso de independencia de Chile (concluida precisamente con la anexión de Chiloé en 1826). En junio de 2009, el MOP decidió reactivarlo con un nuevo diseño más económico que el original, solución que no rindió frutos. Finalmente, en mayo de 2012, se anunció la reactivación de este proyecto con un llamado para una licitación internacional, donde se definió el consorcio Contratista (integrado por OAS, Hyundai, Systra y Aas-Jakobsen). El plazo original del contrato no ha sufrido modificaciones, por lo que la obra debería estar en marcha blanca el año 2021. Horacio Pfeiffer, jefe de Proyecto del Puente Chacao del MOP, cuenta que, hasta hora, se han ejecutado las siguientes faenas: despeje de áreas de trabajo en ambas riberas, muelle en ribera norte, plataforma de aproximación hasta la ubicación de la pila norte, plataforma temporal de trabajo en Roca Remolinos, instalaciones de faenas en ambas riberas, disposiciones del campamento norte, zonas de acopio de materiales en ribera norte y otras obras menores.

Diseño del puente


Al tratarse de un puente de gran envergadura, no existe un único código de diseño que englobe todos los aspectos de la estructura. Es por lo anterior, que se generó un Manual de Diseño propio para el Puente Chacao, basado en AASHTO LRFD, Manual de Carreteras y complementado con normas y estudios que abarcan las condiciones particulares del proyecto y su entorno. Los objetivos del diseño son la seguridad, funcionalidad, constructibilidad y estética. Para dichos objetivos se contempla una vida útil de 100 años.

El proceso del diseño ha seguido el siguiente esquema:
  • Requisitos de diseño proporcionados por las Bases de Licitación (BALI).
  • Requisitos de códigos de diseño AASHTO y Manual de Carreteras.
  • Ejecución de ingenierías básicas: estudios de viento, estudios sísmicos, topografía, batimetría, entre otros.
  • Elaboración del Manual de Diseño.
  • Elaboración de especificaciones técnicas.
  • Desarrollo de análisis global: análisis estático y dinámico, análisis de viento, entre otros.
  • Desarrollo de documentos de diseño: diseño geotécnico, diseño definitivo, análisis estructural de elementos, entre otros.

Características


La infraestructura que estará sobre el Canal de Chacao contempla la construcción de dos macizos de anclaje. Estas estructuras, ubicadas en las riberas norte y sur del canal, serán las encargadas de sostener y tensionar todo el sistema de cables del puente y serán enterradas en el terreno, usando más de 20 mil metros cúbicos de hormigón cada una. Las pilas o torres, tendrán alturas de 157 metros (Pila Sur), 175 metros (Pila Central, en forma de Y invertida) y 199 metros (Pila Norte).

Asimismo, desde la Dirección de Vialidad afirman que “el proyecto considera fundaciones de hormigón armado para sostener cada una de las pilas del puente. Estas son profundas con un sistema de pilotes de 2,5 metros y camisas de acero permanentes. Las pilas se construirán mediante un sistema auto-trepante, a través de módulos de moldaje que irán subiendo a medida que el hormigón va fraguando, lo que permitiría un avance de hormigonado cada 6 a 8 días”. La fundación de la pila central será de 9.550 m3 de hormigón y de 1.700 toneladas de acero. Para las fundaciones de la pila sur, se utilizarían 3.600 m3 de hormigón y de 300 toneladas de acero y la pila norte contaría de 5.300 m3 de hormigón y 850 toneladas de acero en su fundación.

Respecto de los cables, se proyecta contar con tecnología japonesa y coreana, utilizando aceros de alta resistencia (186 MPa de resistencia a la tracción). Su fabricación se realizará utilizando técnicas sumamente avanzadas en su construcción, afirman en la Dirección de Vialidad. Para izarlos, los cables serán remolcados por botes y otros equipos de amarre y protección. La colocación del cable principal se realizaría a través del método PPWS (Hilos de Alambre Paralelos Prefrabricados), conformado por torones hexagonales prefabricados (se trata de un conjunto de alambres de acero, donde cada uno es capaz de levantar 2 toneladas), lo que facilitará el montaje en terreno.

El tablero será de tipo cajón en materialidad de acero, para cuatro pistas de 22,5 m de ancho (con un diseño aerodinámico que se adecuará a las condiciones de viento del entorno), y su construcción se realizará mediante segmentos que se unirán por medio de elevación directa (grúas posicionadas sobre los cables que levantarán los segmentos desde la barcaza transportadora). Según la Dirección de Vialidad, cada módulo tendría 37 metros de largo por 25 m de ancho, alcanzando una utilización de materia prima de 16.777 toneladas.

El Puente Chacao tendrá, entre otras importantes características, amortiguadores dinámicos sismorresistentes (sistemas pasivos, del tipo hidráulicos, elastoméricos y friccionales, que se instalan en la unión del vano y los accesos, para reducir la aceleración longitudinal y transversal del tablero, al momento de ocurrir un sismo) ubicados en cada extremo de la obra y un sistema de detección de estación meteorológica e instrumentación para la medición de temperatura y humedad.

Por otro lado, en la Dirección de Vialidad, señalan que se encuentran ejecutados accesos viales concesionados desde la Ruta 5, que tienen 7,8 km en el sector de Pargua y 5,9 km en el de Chacao. “La posible tarifa por vehículo sería más baja que la actualmente cobrada por los transbordadores, pero en el nuevo escenario se tendría además una autopista hasta Castro”, aclaran. Otras innovaciones del puente tienen que ver con la tecnología asociada al monitoreo de su estado (para labores de mantenimiento) como también respecto del tránsito y sistema de avisos de incendios y accidentes.

Desafíos técnicos


Además, Pfeiffer detalla paso a paso los principales desafíos técnicos que han tenido que sortear:
Experiencia: en Chile se tiene muy poca experiencia sobre puentes colgantes de grandes luces. A la fecha, existen 42 estructuras colgantes en el país y solo 10 de ellas exceden los 100 m de luz principal, siendo el mayor de ellos el puente Presidente Ibáñez, con 210 m de luz. Para sortear este problema, se contrató una Asesoría Técnica reconocida mundialmente en el diseño de puentes singulares de grandes luces.

Se han realizado reuniones de coordinación y consenso técnico entre el Consorcio Puente Chacao (CPC), la Asesoría de Inspección Fiscal (AIF) y el MOP), como son las reuniones mensuales, otras denominadas tripartitas de distinta periodicidad. De manera adicional, se han realizado workshops de distinta índole, las cuales han sido netamente de transferencia de conocimiento. Ingenierías Básicas: debido a las características singulares del lugar de emplazamiento del puente y la envergadura del mismo, es que incluso las ingenierías básicas, que son consideradas tradicionales, han tenido que sortear distintos desafíos técnicos. Esto ha llevado, en algunos casos, a recurrir a la ejecución de ensayos en otros países, que poseen la tecnología adecuada. Algunos ejemplos son el túnel de viento que fue desarrollado en Corea del Sur o el ensayo triaxial dinámico que fue ejecutado en USA. Además, se ha requerido de equipos de última tecnología para la toma de mediciones in situ, como lo es el desarrollo de la batimetría de precisión.

Diseño Sísmico: debido a la alta sismicidad chilena, la presencia de la Falla del Golfo de Ancud (FGA) y las características topográficas abruptas en el lugar de emplazamiento del puente, es que se han realizado estudios de riesgo sísmico probabilístico y determinístico para establecer la demanda sísmica en la fase de construcción y en el período de vida útil del puente. Para validar los estudios, se realizó un estudio de sitio, el cual se ha llevado a cabo con mediciones in situ de ocho sismómetros y tres acelerógrafos emplazados en puntos estratégicos del terreno.

El diseño sísmico se basó en AASHTO LRFD, considerando un sismo de diseño con 10% de excedencia en 100 años (período de retorno de 1000 años) y una categoría de importancia de puente esencial. Cabe indicar que, para lograr una mayor robustez estructural, se utilizó la metodología de diseño elástico, considerando aquellas zonas de posibles rótulas plásticas un factor de seguridad a la falla frágil (Brittle Failure Factor) de 1.4, además de considerar un adecuado detallamiento sísmico en dichas zonas.

Durabilidad: este tema no es tratado en el Manual de Carreteras, ni en la Normativa chilena INN (cuando se licitó el proyecto); sin embargo, es un punto importante a considerar en el puente debido a la vida útil proyectada de 100 años. La durabilidad se consideró como un punto esencial en el diseño, donde se identifican los mecanismos potenciales de deterioro. También se toma en cuenta el efecto de los agentes agresivos que pueden provocar el deterioro del hormigón (ya sea externo o interno) y los mecanismos que pueden conducir a la corrosión del refuerzo. De esta manera se utilizarán recubrimientos necesarios de los elementos de hormigón para garantizar su vida útil. Por otra parte, el cable principal tiene un sistema de protección mixta que contempla: cables principales galvanizados con capa de zinc de 250-300 g/m2 o con un espesor de film seco de 40 µ; luego de la compactación, los cables principales estarán protegidos por sistema de enrollado más la adición de epoxi elástico o una envoltura elastomérica; finalmente, actuará el sistema de deshumidificación para el flujo de aire seco.

Junto a estas disposiciones, otro punto importante a considerar es el mantenimiento de los elementos que no sean diseñados para tener una vida de servicio de 100 años, contemplando en el diseño y estructuración el fácil mantenimiento y reemplazo de estos.

Constructibilidad: a raíz de la particularidad de poseer un puente colgante de grandes luces, tres pilas y asimétrico (el más largo en este estilo) conlleva desafíos constructivos a nivel mundial. Adicionalmente, las condiciones particulares del terreno y las características ambientales de la zona complejizan aún más las obras de construcción. En pos de asegurar la adecuada calidad de las obras y cumplir con los plazos establecidos es que el contrato, el diseño y construcción se gestaron unidos, de manera de considerar aspectos de constructibilidad en el diseño. Por otro lado, se elaboró un documento de metodología constructiva para demostrar que los elementos diseñados se pueden construir adecuadamente en los plazos acordados.

Sondajes


Dadas las condiciones del fondo marino y las condiciones de mar imperantes, los sondajes fueron ejecutados desde plataformas fijas (Jack Up). Pfeiffer, explica que los sondajes ubicados en la Pila Norte se realizaron a bordo de la plataforma marina Jack-up JB119, propiedad de la empresa Jack Up Barge; por otro lado, los sondajes ubicados en el Pila Central (Roca Remolinos) se ejecutaron a bordo de la plataforma marina Jack-up Pioneer III, propiedad de la empresa Hyundai. La ejecución de estos trabajos requirió la instalación de un revestimiento desde la plataforma hasta el fondo marino, con el objetivo de proteger a la columna perforadora de las olas y corrientes, las que generan vibraciones no compatibles con el objetivo de la calidad deseada.

Hormigón


Los diferentes hormigones indicados para el proyecto deben cumplir dos requisitos primordiales: resistencia y durabilidad. La resistencia de los distintos elementos de hormigón varía desde G30 a G45 de acuerdo a la nueva Norma NCh170 of.2017.

Los requisitos de durabilidad fueron incluidos en el diseño en función de la Clase de Exposición a cloruros, traducidos en recubrimientos según elemento (Cuadro 1). Se especifican siete clases de hormigón para las distintas partes de la estructura (Cuadro 2). La determinación de la resistencia a la compresión del hormigón se realizará en probetas cilíndricas de 150 mm de diámetro y 300 mm de altura, según NCh1037. La resistencia de diseño del hormigón se basa en ensayos a 28 días.

Pfeiffer detalla que la construcción está planificada para comenzar con los pilotes de la pila central. Para el abastecimiento de hormigón, se proveerá de una planta de hormigón in situ instalada en la Roca Remolinos mediante una plataforma flotante. “Por otro lado, el abastecimiento de las camisas de acero está contemplado por vía marítima, atracando directamente en el muelle norte para su posterior distribución a la zona de construcción”, finaliza el ejecutivo.

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