Construcción del Puente Flotante más Largo del Mundo

El nuevo Puente Flotante Evergreen Point, que lleva la Ruta Estatal 520 (SR 520), es el puente flotante más largo del mundo, que se extiende 7,708.5 pies a través del Lago Washington en Seattle, Washington. Abierto al tráfico en abril de 2016, el puente reemplaza al anterior puente flotante SR 520, que se completó en 1963 y había llegado al final de su vida útil. El nuevo puente fue construido en su lugar, adyacente y justo al norte del puente viejo. La construcción del puente requirió un proceso altamente coordinado para garantizar que el francobordo del pontón y las tensiones de hormigón en los pontones se mantuvieran dentro de límites aceptables durante toda la construcción.

 Figura 1

Vista aérea de la superestructura de gran altura del Puente Flotante de Punta Perenne de la Ruta Estatal (SR) 520 en construcción.

Puentes Flotantes del Estado de Washington

Los puentes flotantes han sido una parte importante de la infraestructura del Estado de Washington desde 1940, cuando se construyó el primer puente flotante a través del lago Washington. Washington es actualmente sede de cuatro de los cinco puentes flotantes más largos del mundo; el Puente William A. Bugge que cruza el Canal Hood (6,521 pies), y tres puentes que cruzan el lago Washington: el puente Lacey V. Murrow I-90 (6,620 pies), el puente Homer M. Hadley I-90 (5,811 pies) y el nuevo puente flotante SR 520 (7,708.5 pies). El cuarto puente flotante más largo es el Puente del Puerto de Demerara (6.074 pies) en Georgetown, Guyana.

El puente flotante original sobre el lago Washington fue una creación de Homer M. Hadley, un ingeniero de Seattle de principios del siglo XX y homónimo de uno de los dos puentes de la I-90. Se dice que su gran esquema de un puente flotante de pontones de concreto a través del Lago Washington se originó a partir de su experiencia diseñando barcazas durante la Primera Guerra Mundial.Debido a la profundidad del lago Washington, más de 200 pies en algunos lugares, y suelos muy blandos que consisten en gruesos depósitos de ceniza volcánica, los puentes tradicionales han demostrado ser demasiado costosos de construir.

Configuración del puente

El nuevo puente flotante SR520 es único en el sentido de que toda la calzada está elevada por encima de los pontones a lo largo de todo el puente. Otros puentes flotantes del Lago Washington utilizan la cubierta superior del pontón como superficie de conducción para la mayor parte de la longitud. El beneficio de la carretera elevada es doble. En primer lugar, mantiene los vehículos por encima de las olas y salpicaduras del lago que ocurren durante grandes tormentas. En segundo lugar, proporciona un corredor de mantenimiento debajo de la carretera elevada que permite el acceso del personal de mantenimiento a los pontones.

El puente tiene actualmente seis carriles para vehículos y un sendero para bicicletas y peatones de 14 pies de ancho en el lado norte. También fue prediseñado para una futura ampliación que permitiría la adición de dos líneas de tren ligero en el centro.

Figura 2

Elevación del puente flotante.

Una losa de superestructura de hormigón prefabricado, segmentada y acanalada postensada en dos direcciones, denominada «de poca altura», constituye el centro de 5.580 pies de la estructura elevada. En los extremos este y oeste del puente flotante, la estructura elevada transita hacia arriba para proporcionar espacios de navegación aceptables en las estructuras de aproximación. Esta parte de la estructura elevada se conoce como el» rascacielos » y se compone de vigas prefabricadas pretensadas con una plataforma de fundición en el lugar apoyada en vigas transversales y columnas fundidas en el lugar. El puente flotante está flanqueado por tramos de transición de vigas en I de acero de 190 pies de largo que conectan la estructura flotante con las estructuras de tierra fijas. Los tramos de transición y sus conexiones están diseñados para acomodar los seis grados de movimiento diferencial que pueden ocurrir entre el puente flotante y los accesos fijos.

Pontones y lastre

La columna vertebral y la parte flotante del puente son los propios pontones, estructuras de caja de hormigón celular. Fueron construidos frente al lago en Tacoma, WA y Aberdeen, WA y remolcados al lago Washington para su ensamblaje. Un total de 77 pontones de hormigón se unen para completar el puente flotante. Hay tres tipos de pontones: dos pontones cruzados, que se agregan a los extremos del puente para mayor estabilidad y flotabilidad; 21 pontones longitudinales, que conforman la columna vertebral del puente; y 44 pontones de estabilidad suplementarios (SSP), que se postensan a los pontones longitudinales para proporcionar estabilidad y flotabilidad adicionales. Cada pontón longitudinal mide 360 pies de largo por 75 pies de ancho y unos 28 pies de profundidad. Una vez lastrados hasta su diseño de ‘francobordo’ de 7 pies, los pontones calan 21 pies de agua. El ancho de los pontones estaba limitado por la apertura clara de 80 pies del Hiram M. Chittenden se bloquea en Ballard, WA, a través del cual los pontones deben pasar al final de su viaje por el océano por la costa de Washington desde Aberdeen.

 Figura 3

Sección transversal del puente flotante.

El puente flotante es esencialmente una estructura flotante permanentemente amarrada que se apoya lateralmente en la dirección longitudinal y transversal mediante cables de anclaje de 3,125 pulgadas de diámetro. Hay un total de 50 cables de anclaje transversales espaciados aproximadamente cada 360 pies y ocho cables de anclaje longitudinales que están conectados cerca de ambos extremos del puente. Los cables de anclaje se extienden hasta 800 pies y están fijados a estructuras de anclaje especialmente construidas en el fondo del lago. Los cables de anclaje tienen 60 toneladas de tensión previa para mejorar su rigidez.

El lastre es un componente crítico del puente flotante que permite al contratista mantener los pontones recortados, o subir y bajar los pontones según sea necesario durante varias etapas de construcción. El lastre de agua, que se puede bombear fácilmente dentro y fuera de los pontones, se usó como lastre temporal durante la construcción. Cuando los pontones se unen para unirse, los pontones adyacentes están lastrados a una distancia de media pulgada entre sí. Se utilizan una serie de arietes y cabrestantes para juntar los pontones y alinear las llaves de corte para que se puedan instalar varillas de postensado grandes de 20 pies de largo por 3,5 pulgadas de diámetro, también conocidas como pernos. Hay un total de 80 pernos distribuidos uniformemente alrededor del perímetro en cada junta longitudinal. Además, el lastre debe retirarse continuamente durante la construcción de la estructura elevada para mantener los pontones recortados dentro de las tolerancias permitidas y evitar las tensiones bloqueadas en los pontones o en la estructura elevada. Al final de la construcción del puente flotante, se eliminó todo el lastre de agua y se reemplazó con un lastre de grava permanente. Cabe señalar que el puente fue diseñado de manera que se disponga de una cantidad suficiente de lastre permanente de «reserva» para una futura ampliación para acomodar el tren ligero. La configuración ampliada utilizaría la flotabilidad del lastre de reserva y requeriría que se agregaran 26 SSP adicionales a lo largo del puente para compensar el peso adicional.

 Figura 4

Vista en planta de los pontones.

Filosofía de diseño de puentes flotantes

A diferencia de los puentes terrestres tradicionales en el estado de Washington, que generalmente están controlados por cargas sísmicas, los puentes flotantes se rigen por las fuerzas del viento y las olas. El puente flotante fue diseñado para soportar una tormenta de 100 años, definida como una tormenta con vientos de 98 mph y olas de 6 pies. Los pontones, que son estructuras totalmente postensadas, están diseñados para una tensión de tensión cero en los pontones en condiciones de servicio con criterios rigurosos de control de grietas para combinaciones de carga extremas. En el evento extremo de 100 años, el refuerzo del casco del pontón está diseñado para mantenerse dentro del rango elástico. La estructura elevada fue diseñada para acomodar las desviaciones impuestas de los pontones y las aceleraciones asociadas con el evento de tormenta de 100 años.

 Figura 5

Vista aérea del puente principal y del pontón de balsa BCD.

Puesta en escena y Análisis de la construcción

El montaje del puente flotante requirió un esfuerzo altamente planificado, coordinado y coreografiado para permitir múltiples actividades de construcción a lo largo del puente. Por ejemplo, mientras se unían los pontones O y P, se fundían vigas transversales y columnas en los Pontones S y T y también se colocaban vigas en los Pontones U y V. Esta orquestación de las actividades de construcción requería una cuidadosa coordinación entre el contratista, el arquitecto naval del proyecto y el ingeniero estructural del proyecto.

Los criterios de francobordo del proyecto requerían que la diferencia de francobordo entre los lados opuestos de los pontones, y a lo largo de la longitud de los pontones a una distancia de 360 pies, fuera inferior a 2 pulgadas en todo momento durante la construcción. Se analizaron más de 1500 pasos de construcción únicos como parte del proceso de preparación de la construcción para garantizar que los criterios de francobordo y tensión se mantuvieran durante toda la construcción. A veces, las cargas analizadas excedían los requisitos de francobordo del contrato, y los pontones estaban prellenados para el 50 por ciento de la carga de construcción fuera de balance para mantenerse dentro de las tolerancias de francobordo del proyecto.

Figura 6

Colocación de hormigón desde la línea principal hasta la balsa DCB. Cortesía de KGM.

Se desarrolló un modelo analítico del puente flotante utilizando software de ingeniería estructural disponible comercialmente para realizar el análisis de etapas de construcción. Para la carga vertical y torsional, el puente flotante se analizó como una viga continua sobre una base elástica utilizando resortes de soporte vertical, de inclinación y de rollo ubicados a lo largo del eje longitudinal del puente para representar la rigidez de la base, en este caso en función de la densidad del agua. A medida que se construye el puente, el centro de masa tiende a crecer en altura a medida que se retira el lastre del interior de los pontones y la estructura elevada construida arriba. Dado que la rigidez del rodillo de un pontón es una función tanto del área del plano de agua como del centro de masa, los resortes de cimentación se actualizaron durante todo el proceso de construcción por etapas. La salida de tensión del modelo de etapas de construcción se utilizó para verificar las tensiones de puente flotante para cada uno de los 1500 pasos de construcción analizados.

La entrada para el análisis de etapas de construcción requería datos de carga detallados del contratista y el arquitecto naval. En primer lugar, las actividades de trabajo para cada etapa de construcción fueron desarrolladas y definidas por el contratista. Estos pasos fueron analizados por el arquitecto naval que desarrolló un plan de ajuste de lastre para equilibrar las cargas de construcción dentro de los requisitos de francobordo del contrato. Por ejemplo, cuando se vierte una serie de columnas o travesaño, se requería una actividad correspondiente para eliminar una cantidad proporcional de lastre de agua para mantener el borde del puente. Una vez definidas las actividades de construcción y los requisitos de lastre, el ingeniero estructural utilizó el modelo estructural para verificar las tensiones en los pontones y la estructura elevada.

Pontones B-D Construcción de estructura elevada

El montaje de pontones y la construcción de estructura elevada progresaron desde los extremos este y oeste del puente. Los últimos tres pontones, los pontones B a D, se instalaron en julio de 2015, lo que completó el ensamblaje de toda la cuerda de pontones. Uno de los mayores desafíos que enfrentó el proyecto del puente flotante fue encontrar una manera de proporcionar y mantener el acceso vehicular para los materiales desde la tierra hasta el puente. El objetivo del contratista era convertir un «proyecto marino en un proyecto terrestre». Por ejemplo, la capacidad de conducir camiones de concreto a un lugar de vertido en lugar de tener que remolcar una barcaza cargada con camiones de concreto es un medio mucho más eficiente y económico de entregar concreto.

El extremo este del puente flotante era más accesible que el extremo oeste debido a su proximidad a la costa. Un puente temporal y varias barcazas se unieron para formar un caballete de acceso en las primeras etapas para conectar el pontón más oriental, Pontón W, con tierra. Una vez que se conectaron las estructuras de aproximación fijas del este y los tramos de transición, el acceso cambió desde el caballete hasta la carretera terminada en el extremo este. En el extremo oeste del puente, el Pontón A, que se encuentra más lejos de la costa que el Pontón W, no era fácilmente accesible desde tierra. Para lograr el ‘acceso por tierra’ para la parte oeste del puente, se construyó una cuerda de tres pontones, que consta de Pontones B, C y D (conocidos como la «balsa BCD»), y luego se amarró junto a los Pontones R, S y T en el extremo este del puente. La superestructura fue construida en los pontones B, C y D mientras estaba amarrada temporalmente en esta ubicación. Además de mejorar el acceso, esto permitió que todas las actividades de construcción se llevaran a cabo simultáneamente.

Figura 7

Caballete de acceso de tierra a agua.

Una serie de guardabarros marinos de 8 pies de diámetro tipo Yokohama, bolardos existentes y líneas de amarre se utilizaron para asegurar la balsa BCD a la cuerda principal. Se construyó una pequeña rampa entre las dos estructuras para el acceso. Una vez que la balsa fue amarrada, los vehículos de construcción y las tripulaciones pudieron conducir directamente desde tierra a la balsa. Los vertidos de concreto para la estructura elevada de gran altura del oeste en la balsa BCD se realizaron mediante camiones de bombeo y concreto en la parte de gran altura del este ubicada en los pontones R, S y T. Las columnas y vigas transversales se vertieron mediante camiones de bombeo y camiones de concreto desde la costa directamente a la balsa BCD. Las cubiertas se vertieron con un camión de bombeo de 61 metros montado en la superestructura de la línea principal. Una extensión de tubo tremie de 100 pies de largo se conectó al extremo de la descarga del camión de bombeo y se apoyó en el aire mediante una grúa de 400 toneladas. La construcción de la estructura elevada de la balsa BCD se completó en julio de 2015. Toda la balsa fue empujada como una sola unidad, como un gran barco de 1,000 pies de largo, hasta el extremo oeste del puente, donde se unió al Pontón E y, finalmente, al Pontón A más occidental.

La gran inauguración del nuevo Puente Flotante SR 520 Evergreen Point fue un evento histórico al que asistieron más de 50,000 personas el 2 y 3 de abril de 2016. El puente se abrió oficialmente al tráfico de vehículos el 11 de abril de 2016. Actualmente, el antiguo puente flotante SR520 ha sido desmantelado y se está retirando del lago. Los antiguos pontones se han vendido y serán reutilizados y reutilizados a nivel mundial para la expansión portuaria, instalaciones de descarga marina, puertos deportivos, un escenario flotante en alta mar y proyectos de construcción de rompeolas.▪

Dato curioso

El puente fue reconocido oficialmente en abril de 2016 por los Récords Mundiales Guinness como el puente flotante más largo del mundo.

Equipo de proyecto

Propietario y Diseñador de Pontones: Departamento de Transporte de Washington

Diseñador Principal e Ingenieros Civiles/Estructurales: KPFF Consulting Engineers, Seattle, WA y BergerABAM, Federal Way, WA

Diseñador/Constructor: KGM, una empresa conjunta que comprende Kiewit, Omaha, Nebraska; General Construction Company, Federal Way, WA y Manson Construction Co., Seattle,WA

Arquitecto naval: Elliot Bay Design Group

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.