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20-09-2019 NOTICIAS

El puente Queensferry Crossing, el poder de la ingeniería estructural

El puente Queensferry Crossing, 	el poder de la ingeniería estructural

La compleja unión de cinco estructuras enormes conforma el nuevo Queensferry Crossing. Una increíble hazaña de ingeniería civil, realizada en el desafiante clima del Firth of Forth (río negro), cerca de Edimburgo, Escocia.

Los puentes son una parte esencial en el desarrollo de la infraestructura global. Desde las primeras estructuras edificadas en la antigüedad hasta las actuales mega construcciones, un conjunto de estos elementos ha dejado no sólo grandes obras maestras, sino también enriquecedoras experiencias que engrandecen y fundamentan a la ingeniería estructural y, por consecuencia, marcan nuevos hitos en el turbulento desarrollo de los sistemas estructurales a nivel mundial.

Los puentes han evolucionado gradualmente, desde los hechos de manera natural con troncos, piedras y lianas, hasta las emblemáticas vialidades atirantadas contemporáneas. Con la evolución de los puentes llegaron también nuevas tecnologías, impactando en el desarrollo de innovadores proyectos que mejoraron las condiciones sociales de vida de las poblaciones a nivel global. El binomio perfecto entre ingeniería y tecnología ha catapultado extraordinarias construcciones que satisfacen la demanda y requisitos de las sociedades modernas.

Desde el Renacimiento hasta la actualidad, la ingeniería estructural ha madurado significativamente. El desarrollo y comprensión de los materiales ha mejorado los sistemas estructurales; la edificación, el derrumbe de un viaducto, los cambios geológicos, la transformación de la ciencia y la tecnología han sacudido desde sus profundidades telúricas hasta las cimas más altas a los diseños de los megaproyectos viales.

Con la llegada de la Revolución Industrial y su oleada de inventos, entre ellos el surgimiento del hierro forjado, los diseñadores y constructores se atrevieron a crear grandes proyectos. Ejemplo de ello, es la edificación del Menai (1826), el primer puente colgante del mundo, diseñado por Thomas Telford. Tuvieron que transcurrir 25 años más para que surgiera el viaducto tubular ferroviario, Britania Railway, de Robert Stephenson.

Los sistemas estructurales metálicos avanzaron provocando cambios significativos en sus diseños, aunque dependieron en todo momento del tipo de obstáculo natural o artificial al que tuvieron que enfrentarse los profesionales de la ingeniería especializados en puentes. Lo fundamental fue dar forma a estructuras en equilibrio perfecto.

Para finales del siglo XIX llega el gran salto: las estructuras colgantes y el nacimiento del cable trenzado, es decir, nuevos sistemas estructurales que mejoraron los enlaces de transporte. Hablamos de puentes como el Niágara, el localizado en Brooklyn, el George Washington y el Golden Gate, entre otros, que son obras imponentes que le dieron la bienvenida al nuevo siglo.

¿Qué sucedía en México? “Al dar inicio el siglo XX, únicamente se construían losas planas de 10 m de claro máximo y, poco después, losas sobre varias nervaduras hasta de 15 m de claro. Para claros mayores se seguía recurriendo al acero estructural”, apuntó Enrique Chao en una investigación publicada en Construcción y Tecnología en Concreto hace unos años.

En suma, las grandes catástrofes, el crecimiento urbano, las guerras y las invasiones dan origen a una serie de innovaciones que perfilan el surgimiento de extraordinarias estructuras. La alianza del concreto y del acero trajo consigo un potente material (el concreto pretensado-armado) que llevará a inimaginables formas estructurales: los puentes atirantados.

Asimismo, el desarrollo de la ciencia y la tecnología al servicio de la ingeniería estructural permitió la construcción de sucesivos proyectos sobre el mar, desfiladeros profundos y estrechos. La meta final de los nuevos sistemas se basó en la posibilidad de brindar soluciones funcionales y estéticas duraderas, seguras y de calidad.

Es en este contexto que Construcción y Tecnología en Concreto, se dio a la tarea de traer los pormenores del proyecto de infraestructura más grande de Escocia: el Queensferry Crossing, ubicado sobre el río negro Forth.

El grado de mantenimiento destinado a una estructura de concreto está íntimamente relacionado con su diseño, ejecución y periodo de vida útil.

Las economías globalizadas demandan de grandes obras de infraestructura y edificación que respondan a las exigencias de una sociedad en constante desarrollo. Sin lugar a dudas, con el fin de cubrir la certidumbre, seguridad y calidad de los proyectos constructivos, los mercados altamente competitivos han encontrado en el concreto un aliado con las características óptimas para enfrentar los requerimientos de la expansión urbana y, al mismo tiempo, cuidar del medio ambiente, erigiendo mejores y asombrosas ciudades dirigidas hacia las futuras generaciones.

En la actualidad, el concreto es ampliamente utilizado en obras de ingeniería y arquitectura sustanciales que incluyen puentes, túneles, fortificaciones costeras, diques, faros, muelles, torres, edificios habitacionales, industriales, públicos, sistemas de transporte, entre otros. Cabe señalar que estos proyectos representan una gran inversión económica imposible de reemplazar rápidamente; en este sentido, los involucrados en la edificación de los megaproyectos han colocado en la esencia de sus propuestas constructivas los conceptos de durabilidad y mantenimiento. La razón es que, los costos por la intervención de las estructuras existentes o, en el peor de los casos, su reemplazo con un nuevo proyecto son tan elevados que se vuelve indispensable maximizar el ciclo de vida útil de cada construcción.

Antecedentes

El Queensferry Crossing es el proyecto de infraestructura más grande de Escocia y, al mismo tiempo, el puente atirantado de tres torres más largo del mundo. Pero, ¿cuál fue el detonante para erigir esta impresionante vialidad? De acuerdo con Transport Scotland, las autoridades responsables de la estructura, en los primeros años del siglo XXI la principal vía de la región, el Forth Road (FRB), edificado en 1964, comenzó a mostrar signos de deterioro significativo.

“En 2004, una inspección interna de los cables principales descubrió que la corrosión había provocado una pérdida de resistencia de entre ocho y diez por ciento, lo que generó el temor de que en el futuro se pudieran requerir restricciones significativas de tráfico para permitir las reparaciones. En ese momento, unos 70 mil vehículos usaban el puente todos los días y era una de las arterias económicas prioritarias de Escocia. Debido a estos problemas y al impacto potencial de los trabajos de mantenimiento, el FRB ya no se consideró viable como el cruce principal a largo plazo del Firth of Forth”.

La misma fuente informó que, en el año 2006, realizaron exhaustivos estudios y evaluaciones para determinar el sistema estructural óptimo que sustituiría al viejo FRB. Las soluciones “incluían puentes colgantes y atirantados y diferentes tipos de túneles en una variedad de ubicaciones”.

Origen

Los principales proyectos de infraestructura, como el Queensferry Crossing, comienzan con un meticuloso trabajo de planificación y preparación, explicó Transport Scotland. “No aparecen de la noche a la mañana”.

Las autoridades responsables duraron más de tres años diseñando, procurando y gestionando el proyecto hasta su aprobación por el parlamento escocés. Finalmente, en diciembre de 2007, los ministros de dicha nación anunciaron la intención de salvaguardar el corredor de transporte transfronterizo, económicamente vital, mediante la construcción de un nuevo puente atirantado al oeste del FRB.

La empresa Arup y Jacobs Engineering UK fueron designadas por Transport Scotland para desarrollar el diseño de la impresionante, una “estructura multimodal que transportaría autobuses guiados o trenes ligeros, así como automóviles y camiones, y tendría un camino para ciclistas y peatones”, explicó la firma Arup.

Fue precisamente Arub la compañía que se hizo responsable del “diseño civil y estructural, el diseño geotécnico, mecánico y eléctrico, además del diseño marítimo, la consultoría en ingeniería contra incendios y la consultoría de seguridad e ingeniería de fachadas.

Pero hay más, ya que dicha entidad brindó asesoría para el monitoreo de salud estructural, la ingeniería de análisis eólico, la gestión digital y la consultoría de materiales, además de una consultoría ambiental, gestión de proyectos y gestión de riesgos, lo que se complementó con las compras, programación y servicios de monitoreo de construcción”, reconoció Arup.

Diseño y construcción

Con diseño de Naeem Hussain, líder de práctica de diseño de puentes de Arup, la impresionante estructura de Escocia, el Queensferry Crossing, tomó forma. Se trata de una vialidad atirantada de tres torres con cables fijos cruzados en el punto medio para estabilizar la torre central.

Este es el primer uso de cables cruzados en un puente colgante, lo que da como resultado tres torres mono delgadas que armonizan visualmente con las dos torres existentes del viejo puente PFR, y los tres voladizos del puente ferroviario. Una de las características más llamativas de la moderna estructura es su diseño de cable de alojamiento superpuesto.

En conferencia de prensa, Naeem Hussain comentó que “la tecnología del puente atirantado tiene ventajas reales. Al tensar los cables de retención, es posible evitar que la plataforma del puente se doble. La innovación del uso de cables cruzados también mejora la estabilidad de la torre central”, apuntó.

Otro aspecto clave en el diseño fue “crear algo que existiría en armonía con el entorno y las dos estructuras magnificas e históricamente significativas”. Después de muchas reflexiones, el equipo a cargo decidió cambiar su propuesta de diseño multimodal, lo que generó importantes ahorros financieros. “La decisión final fue una estructura de torre mono atirantada, con una viga de una sola caja. El beneficio de esta solución fue rentable y de bajo riesgo. Además, era fácil de operar y mantener”, sentenció el experto

En el mismo orden de ideas, otra de las consideraciones del diseño fue “la garantía de que el puente sería estable en las condiciones climáticas severas de sitio. Los datos meteorológicos del aeropuerto de Edimburgo y del PFR se utilizaron para evaluar los criterios del viento, incluida la turbulencia de este elemento natural”.

Por otro lado, para armonizar el diseño con las medidas de seguridad necesarias, el equipo creativo “tomó una perspectiva del mundo real. En lugar de diseñar los cimientos de las torres para resistir el impacto del barco más grande posible, planearon sobre la base de qué tipo de barcos navegarían generalmente en el Firth o Forth”,

Los retos para el equipo de diseño no acabaron allí, ya que hubo que agregar factores como el fuego, la complejidad del perfil geológico de la zona (estructuras rocosas formadas hace más de 200 millones de años) así como una intensa actividad volcánica. Al final, se decidió que los cimientos de la estructura se mantuvieran completamente debajo del nivel del agua.

“A diferencia de los puentes viejos, los pilares de Queensferry Crossing tienen un lugar de almacenamiento para materiales y espacio de oficinas para que los trabajadores puedan descansar”.

Los diseñadores también aprendieron del deterioro de los cables del FRB e instalaron sistemas de deshumificación en la plataforma y las torres, de manera que pudiera prolongarse la vida útil de la plataforma y los cables. Además, se elaboró un programa de mantenimiento preventivo. “Es como tomar la temperatura de un paciente; puede ver cuándo está subiendo e investigar la causa para encontrar un remedio”, explicó el líder creativo.

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