Universidad Austral de Chile Facultad de Ciencias de la Ingeniera

Escuela de Ingeniera Civil en Obras Civiles

ESTUDIO DE PUENTES FLOTANTES

Memoria para optar al Ttulo de:

Ingeniero Civil en Obras Civiles

Profesor patrocinante: Jos Soto M.

Ingeniero Civil, M.Sc.

Profesor co-patrocinante: Julio Lopetegui T.

Ingeniero Civil, Ph.D.

Profesor examinador: Hernn Arns V.

Ingeniero Civil

Constructor Civil

JORGE EDUARDO VELSQUEZ TOLEDO VALDIVIA, 2004

A mi Familia.

i

INDICE

RESUMEN vi

INTRODUCCIN viii

OBJETIVOS xi

CAPTULO I

ANTECEDENTES GENERALES

1.1 ESTRUCTURAS FLOTANTES EXISTENTES EN EL EXTRANJERO 2

1.1.1 PUENTE NORDSHORDLANDS 2

1.1.2 PUENTE LACEY V. MURROW 5

1.1.3 PUERTO DE LIVERPOOL 7

1.1.4 TERMINAL DE CONTENEDORES DE PUERTO VALDEZ, ALASKA 9

1.1.5 PUERTO DE IQUITOS, PER 13

1.2 ESTRUCTURAS FLOTANTES EXISTENTES EN CHILE 15

1.2.1 COMPLEJO PESQUERO ARTESANAL DE PUERTO MONTT 15

1.2.2 MUELLE DE PESCADORES ARTESANALES DE QUELLN 19

1.3 ESTRUCTURAS FLOTANTES DE USO TEMPORAL 22

1.3.1 PUENTES PLEGABLES 22

1.3.2 PLATAFORMAS DE TRABAJO 23

CAPTULO II

CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES DE LOS PUENTES FLOTANTES

2.1 DESCRIPCIN DE UN PUENTE FLOTANTE 27

2.1.1 ESTRUCTURA FLOTANTE 27

2.1.2 PUENTE BASCULANTE 29

2.1.3 PUENTES DE ACCESO 32

2.1.4 SISTEMA DE AMARRAS Y ANCLAJES 32

2.2 SISTEMA DE UNIN ENTRE PONTONES 39

2.3 ACCESOS DEL PUENTE AL TRANSITO DE EMBARCACIONES 42

2.4 MATERIALES EMPLEADOS CON FRECUENCIA EN LA FABRICACIN DE

PONTONES

42

2.4.1 HORMIGN ARMADO 43

2.4.2 FERROCEMENTO 44

ii

2.4.3 ACERO 49

2.5 CARACTERSTICAS GEOGRFICAS APTAS PARA LA INSTALACIN DE

PUENTES FLOTANTES

53

2.5.1 ZONAS APTAS EN CHILE 53

CAPTULO III

ESTUDIO DE PUENTES FLOTANTES

3.1 CRITERIOS DE CLCULO 57

3.2 ESTUDIOS PREVIOS 57

3.2.1 TOPOHIDROGRAFA 58

3.2.2 VIENTOS 58

3.2.3 MAREAS 59

3.2.4 OLEAJE 59

3.2.5 CORRIENTES 59

3.2.6 MUESTREO DE LOS MATERIALES DEL FONDO 60

3.2.7 LEVANTAMIENTO ESTRATIGRFICO 60

3.2.8 ESTUDIOS ESPECIALES 61

3.3 SOLICITACIONES DE DISEO 61

3.3.1 PESO PROPIO 62

3.3.2 CARGAS DE VEHCULOS 62

3.3.3 IMPACTO DE EMBARCACIONES 71

3.3.4 VIENTO 73

3.3.5 PRESIN HIDROSTTICA 73

3.3.6 CORRIENTES DE AGUA 74

3.3.7 OLEAJE 75

3.4 MODELACIN DE LA ESTRUCTURA 78

3.4.1 CONDICIN DE APOYO 78

3.5 ESTABILIDAD DE UNA ESTRUCTURA FLOTANTE 80

CAPTULO IV

EJEMPLO DE CLCULO 4.1 INTRODUCCIN 91

4.2 CARACTERSTICAS PROYECTO ORIGINAL 91

4.3 CARCTERSTICAS AMBIENTALES Y DEFINICIN DE CONDICIONES

DE DISEO

91

iii

4.3.1 ANTECEDENTES GEOTCNICOS 92

4.3.2 TOPOGRAFA DE LA ZONA 93

4.3.3 NIVEL DE MAREA 93

4.3.4 CORRIENTES 93

4.3.5 VIENTOS 94

4.3.6 PREDICCIN DE OLEAJE 99

4.4 CONDICIONES GENERALES DE DISEO 101

4.4.1 PERIODO DE DISEO 101

4.4.2 NIVEL DE MAREA MXIMO 101

4.4.3 VELOCIDAD MXIMA DE CORRIENTE MARINA 102

4.4.4 VIENTO MXIMO 102

4.4.5 ALTURA DE OLA DE DISEO 102

4.4.6 EMBARCACIN DE IMPACTO DE DISEO 102

4.4.7 CARGAS DE DISEO 102

4.4.8 DEFINICIN DE CARGAS Y SU COMBINACIN 103

4.4.9 MTODOS DE DISEO 103

4.5 CONDICIONES ESPECIALES DE DISEO 103

4.5.1 NGULO LMITE PUENTE BASCULANTE 103

4.5.2 FLECHA LMITE PUENTE BASCULANTE 104

4.6 DESCRIPCIN DEL TIPO DE ESTRUCTURA ELEGIDA 104

4.6.1 PUENTE BASCULANTE 104

4.6.2 ESTRUCTURA FLOTANTE 104

a) SELECCIN DEL MATERIAL DE DISEO 105

4.6.3 SISTEMA DE ANCLAJE 106

4.6.4 FITTING 106

4.6.5 PUENTES DE ACCESO 106

4.7 CLCULO 106

4.7.1 PUENTE BASCULANTE 106

a) PROPIEDADES FSICAS Y GEOMTRICAS 106

b) ESTRUCTURACIN Y DISEO 107

c) BASES DE CLCULO 107

d) CLCULO DE ELEMENTOS 107

d.1) CARGAS Y SOBRECARGAS DE USO 108

d.2) CLCULO DE LARGUEROS 109

d.3) CLCULO DE BARANDA PEATONAL 112

d.4) DISTRIBUCIN DE CARGAS SOBRE LARGUEROS A LOS TRAVESAOS 114

e) DISEO DE ELEMENTOS 118

iv

4.7.2 ESTRUCTURA FLOTANTE 124

a) DIMENSIONES 124

b) FLOTABILIDAD Y ESTABILIDAD 125

b.1) ESTABILIDAD EN AGUAS TRANQUILAS 125

b.2) ESTABILIDAD CON CARGA ASIMTRICA 128

b.3) ESTABILIDAD CON COMPARTIMIENTO INUNDADO 131

b.4) ESTRUCTURACIN Y DISEO 134

b.5) CARGAS DE DISEO 134

b.6) VERIFICACIN MOMENTO FLECTOR LONGITUDINAL PROVOCADO

POR EL OLEAJE

136

c) CALCULO DE LOSA SUPERIOR 139

d) CALCULO DE VIGAS DE APOYO LOSAS SUPERIORES 143

e) CLCULO DE MUROS Y LOSA DE FONDO 147

e.1) MUROS 149

e.2) LOSA DE FONDO 152

4.73 ANCLAJES 154

a) SOLICITACIONES EN LAS AMARRAS 154

b) AMARRAS DE FIBRA SINTTICA: ANLISIS 158

c) AMARRAS DE ACERO: ANLISIS 162

c.1) ANLISIS CON AMARRA EN UN EXTREMO 162

c.2) ANLISIS CON AMARRA EN AMBOS EXTREMOS 169

d) AMARRAS DE FIBRA SINTTICA: CLCULO 168

d.1) SITUACIN DE 4 AMARRAS 168

d.2) SITUACIN DE 8 AMARRAS 173

e) AMARRAS DE ACERO: CLCULO 175

4.7.4 CLCULO DE ANCLAS 179

4.7.5 OTROS 181

a) DISEO DE FIJACIN DE AMARRAS 181

b) REFUERZO DE LOSA POR EFECTO DE LAS REACCIONES DEL PUENTE

BASCULANTE

183

4.8 ANLISIS DE COSTOS 186

4.8.1 INSTALACIN DE FAENAS 186

4.8.2 CONSTRUCCIN DE LAS PARTES COMPONENTES 187

4.83 GASTOS GENERALES, IMPREVISTOS Y UTILIDADES 190

4.84 COSTO TOTAL 190

4.85 ANLISIS COMPARATIVO SOLUCIN TRADICIONAL 190

v

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFA REFERENCIA ELECTRNICA ANEXOS

192

194

196

vi

RESUMEN

El objetivo de esta memoria es entregar las herramientas necesarias para desarrollar

correctamente un proyecto de clculo de un puente flotante para uso carretero. Esta memoria nace

de un desconocimiento de esta tcnica muy empleada en algunos pases. Se intenta entregar la

mayor cantidad de antecedentes, y en esta etapa de recopilacin se descubre que existen algunas

aplicaciones en nuestro pas, especficamente en el rea portuaria y en la acuicultura. Ejemplo de

ello son los muelles flotantes empleados para el atraque de embarcaciones y viviendas flotantes

de hormign armado, respectivamente. Se hace notar la escasez de informacin relacionada con

el tema, que pueda entregar procedimientos o metodologas de clculo, que dificulta la obtencin

de un trabajo final mas completo. Sin embargo, se logra entregar los antecedentes mas

importantes para el desarrollo de un proyecto de este tipo y se trata, en la medida de lo posible,

estudiarlos en mayor profundidad.

Del proyecto desarrollado como ejemplo de clculo llamado Puente Moncul, se

desprende que la tcnica estudiada puede ser una buena alternativa en comparacin con la usada

en el proyecto original, puesto que el anlisis econmico as lo reflej, entregando amplios

mrgenes en los costos de ambas alternativas.

vii

SUMMARY

The objective of this memory is giving the necessary tools to developing correctly a

calculation project of a floating bridge for using cartwright. This memory was born of an

ignorance of this technique which is used in some countries. This compilation stage is discovered

some applications exist in our country, specifically in the port and aquiculture area, this memory

try to give a larger quantity of antecedent. It is an example of this are platform floating using to

alongside and floating dwelling made of reinforced concrete, respectively. It is emphasized not

too much information about this topic which give procedures or methodologies of calculation

impede to obtain a final job more complete. However, it is possible to give the most important

antecedents to development of a project of this kind, also trying as is possible to study them

deeper.

About of the developed project as an example of calculation called Moncul Bridge,

release the studied technique can be a good alternative to compared the technique used in the

original project, because of economic analysis was revealed of this way giving an extensive

margins in the costs of both alternatives.

viii

INTRODUCCIN

En el rea de la ingeniera de puentes, existen variadas alternativas convencionales para

salvar algn accidente geogrfico (tales como, atirantados, colgantes, de pilotes, de arco, etc). En

zonas donde existen accidentes geogrficos tales como ros, lagos, fiordos o acantilados, con

alguna caracterstica importante de anchura o profundidad, o con malas condiciones de suelo de

fundacin, pudiera hacerse poco factible la construccin de algn tipo de puente convencional,

por un factor tcnico y/o econmico. Con el objeto de encontrar alguna alternativa viable que

solucione estos problemas se llega a la existencia de puentes flotantes.

Un puente flotante, en trminos generales, es similar a un puente convencional, con la

diferencia que sus apoyos o cepas no irn fundadas en el lecho o tierra firme, sino que estarn

apoyadas en cepas flotantes (pontones). Esta caracterstica lo convertir en una estructura con

distintas solicitaciones a las de puentes convencionales, y por ello requiere de un estudio especial.

Las estructuras flotantes son utilizadas hasta el da de hoy en la fabricacin de obras de

gran envergadura tales como muelles de carga y descarga para puertos en distintas partes del

mundo. Tambin se han empleado mucho en la fabricacin de pequeas obras tales como muelles

de atracaderos de embarcaciones menores. En el mbito militar, son muy tiles como barcazas

para el transporte de vehculos pesados.

Distinto es el empleo de estructuras flotantes como solucin en puentes. En la actualidad

las referencias de puentes flotantes son muy escasas, tenindose conocimiento de algunos con

caractersticas muy especiales que los hacen dismiles entre ellos. Entre algunas caractersticas

destacan las mas variadas formas y la ocupacin de distintos tipos de materiales para su

elaboracin. La forma elegida para dicha estructura, se debe principalmente por los parmetros

ambientales del medio donde se fabricar.

En Estados Unidos, precisamente en la zona del lago Washington se encuentran

emplazados varios puentes flotantes. Todos ellos son importantes vas de comunicacin de

grandes reas urbanas. Uno de ellos, el Evergreen Point es conocido como el puente con el

tramo flotante mas largo del mundo con sus 7200 [pies] (2195 m.), y por el cual circulan

diariamente unos 115.000 vehculos. Es destacable que todos los puentes flotantes existentes en

Estados Unidos son de configuracin similar, esto es, pontones continuos de hormign armado

postensado.

ix

La configuracin de puentes flotantes ha sido empleada con xito en varios pases y se

tiene conocimiento del uso estos de puentes en base a pontones ya desde el pasado. La primera

aplicacin que se ha dado a la ingeniera, ha sido en la guerra. Por ejemplo, los reyes persas Daro

y Jerjes utilizaban los puentes de pontones en sus expediciones militares. Una vez acabadas stas,

los ingenieros se ocuparon de resolver problemas de vas de comunicacin y otros trabajos para

satisfacer los servicios civiles de las grandes ciudades. Tambin se tiene conocimiento de puentes

flotantes en la red vial del Per prehispnico. Esta red vial deba permitir una rpida

intercomunicacin entre el Cuzco y el Tawantinsuyo y viceversa para lograr la integracin

territorial. Para lograr este objetivo, fue importante la creacin de distintos tipos de Puentes, entre

ellos destacan los puentes flotantes que se utilizaban para los casos de aguas tranquilas o

detenidas. La tcnica empleada para su fabricacin era en base a cuerdas de fibras vegetales

diversas; es famoso el puente que exista en el Inkario sobre el ro Desaguadero (Lago Titicaca)

hecho en base a caas de totora trenzadas a manera de plataforma sobre la que se colocaba una

cantidad grande de ms caas que eran cosidas a las maromas. (cuerda gruesa de esparto o

camo)

Actualmente, sta tcnica no es popular en el mundo y solo se ha optado por ella como

nica solucin posible ante la no viabilidad de otra mas tradicional.

Si bien el sistema de estructura flotante no suele ser considerado para uso carretero, est

siendo usado con mayor frecuencia para crear los puertos de embarque y desembarque. En Chile,

ha surgido un auge en la ltima dcada en lo que se refiere a la construccin de muelles flotantes

para el atraque de embarcaciones en la zona sur, que ofrecen condiciones ptimas en lugares de

olas pequeas y grandes variaciones de marea, lo cual por la configuracin que poseen permiten

ser utilizados todo el ao.

En esta memoria se entregarn las herramientas necesarias para desarrollar correctamente

un proyecto de clculo de un puente flotante para uso carretero, tales como, informacin acerca

de criterios de clculo, estudios que se deben realizar, tipos de solicitaciones para el diseo,

modelacin estructural, y la teora de estabilidad de una estructura flotante. Para complementar lo

anterior se entregar una sntesis de informacin con caractersticas y datos tcnicos de distintas

estructuras flotantes y, un estudio de los componentes de este tipo de estructuras. El proyecto de

clculo elegido ser el Puente Moncul para el cual se estudiar su factibilidad tcnica y

econmica.

x

Figura 1.1 Puente Yumemai Ohashi,. Estructura flotante giratoria ubicada en la ciudad Japonesa de Osaka. Posee 410 m. de longitud y 31.2 m. de ancho. (Fuente: http://www.jasbc.or.jp)

xi

OBJETIVOS

GENERALES

Analizar y estudiar nuevas alternativas en soluciones estructurales para los problemas que

se presentan al momento de construir puentes sobre la superficie de un medio lquido, sea este

para uso vial o peatonal.

PARTICULARES

- Recopilar y dar a conocer la mayor cantidad de antecedentes posibles en relacin a obras

civiles flotantes en Chile y en el Mundo.

- Estudiar y describir cada una de las partes que componen un puente flotante, junto con

describir las distintas configuraciones posibles y variantes en lo que a sistemas constructivos

se refiere.

- Definir las caractersticas geogrficas que hacen apta la ejecucin de este tipo de proyectos en

Chile. Junto con esto ltimo indicar tambin las zonas en las cuales podra ejecutarse un

proyecto de este tipo.

- Dar a conocer criterios de clculo, e indicar mtodos de obtencin de datos de los estudios

previos relacionados con caractersticas geogrficas y climatolgicas.

- Definir y estudiar los diferentes tipos de solicitaciones, para disear y calcular estructuras

sobre un medio lquido.

- Definir la teora de la estabilidad de estructuras flotantes.

- Desarrollar un ejemplo de clculo de una estructura flotante para trnsito de vehculos,

analizar su factibilidad tcnica y econmica que tendra este proyecto, y compararlo con

alguna solucin mas tradicional.

CAPTULO I

ANTECEDENTES GENERALES

2

1.1 ESTRUCTURAS FLOTANTES EXISTENTES EN EL EXTRANJERO

1.1.1 PUENTE NORDSHORDLANDS *

Es uno de los puentes flotantes mas grandes del mundo y cruza 1.6 kilmetros con doble

pista a lo ancho del fiordo Salhus en Noruega.

Posee una configuracin muy especial, no tiene apoyos intermedios, y es particularmente

firme. Est Compuesto por una viga cajn de acero, continua, sobre 10 pontones de hormign

armado de alta resistencia y baja densidad que flotan en aguas de 500 [m] de profundidad.

Debido a las caractersticas del lugar (por lo ancho y profundo del fiordo), un puente flotante era

la nica solucin ante la ausencia de lugares adecuados para anclajes suspendidos. El cruce

incluye adems un tramo de puente colgante en uno de los extremos, sobre un canal de

navegacin. Otra caracterstica importante de este puente es la forma que tiene: cajones continuos

que flotan en forma de arco en posicin horizontal apuntando hacia el ocano. De esta manera la

estructura es muy firme a las fuerzas laterales.

El contrato de la construccin de la parte flotante fue por 63 millones de dlares y la parte

colgante fue de 10 millones de dlares.

La construccin de viga de efectu en 11 secciones, en instalaciones lejos del lugar de

emplazamiento del puente, por lo tanto, un barco remolcador tubo que cumplir la funcin de

trasladar las secciones al lugar de destino. Al final del viaje los soldadores deban esperar para

conectar una viga continua sobre los pontones de concreto.

La estructura flotante usada se basa en una tecnologa americana. Como el puente no

poda ser atado a un anclaje intermedio en las aguas de 500 [m] de profundidad los cajones

debieron ser continuos sobre los 1.2 [Km.] y deban estar en forma de arco.

La construccin de cada viga en acero de 16 metros de ancho, por 5.5 [m] de alto y 36 [m]

de largo. Como seguridad se determin un gran espesor en las placas de los cajones en lugares

muy tensionados, como bajo la rampa y en los extremos de la viga. Para obtener buenas

soldaduras se tuvo que calentar las uniones hasta 300F (149 Celsius) durante 6 horas.

* Revista Bit. N1 ao 1994, artculo Vigas cajones. Flotan a lo largo de un Fiordo

3

Detalles del proyecto:

Materiales:

- Acero estructural utilizado en viga cajn: Tensin de fluencia 355 [MPa], tensin de ruptura

540 [MPa].

- Acero utilizado en Hormign liviano de alta resistencia: NS3473

Geometra:

- Longitud total entre estribos: 1246 [m].

- Longitud de estructura de la rampa: 350 [m].

- Distancia entre pontones: 113.25 [m].

- Nivel de la rasante del puente sobre la superficie de agua: 11.0 [m], mnimo.

- Dimensiones del pontn: L / B / H = 42.0 / 20.5 / 7.38 [m].

- Calado del pontn: 4.3 [m] con peso propio y 5.6 [m] con cargas vivas.

Clima:

- Temperatura a la cual se encuentra sometida la estructura: -20 a +25C

- Viento: Medido a una elevacin de 10 m: V10,10=26.9 [m/s].

- Oleaje: Altura significativa H1/3 = 1.76 [m], Periodo significativo T1/3 = 5.1 [seg].

- Mareas: -1.40 a +1.60 [m]. crtico; + 0.61 [m] para la fatiga

- Corrientes marinas: 1.75 [m/s]

Propiedades del hormign liviano:

- Absorcin de agua del agregado fino: 7.5%

- Densidad promedio: 1931 [kg/m3]

- Relacin agua/ cemento + arena: 0.35

- Resistencia especificada a compresin fc = 70.4 [MPa] (probetas cbicas de 100 [mm] de

lado)

- Resistencia caracterstica a compresin fck = 64.4 [MPa].

- Mdulo de Elasticidad EC = 20000-23000 [MPa]

Consideraciones de diseo:

La fuerza ejercida por la accin de las olas, es la que control el diseo. Las fuerzas de la

ola son proporcionales al volumen sumergido de los pontones. Dos alternativas fueron

consideradas para la viga cajn del puente: Una viga de hormign pretensado y una viga de

acero. La Primera opcin requera de un pontn considerablemente ms grande de L / B / H igual

4

a 42.0/22.0/16.5 [m], aunque la comparacin de costo total era aproximadamente igual a la otra

opcin, pero se seleccion la alternativa de acero debido a una mejor disposicin de horarios que

ofrece.

Los pontones se disearon con 9 compartimientos separados, estimando que dos pueden

llenarse de agua sin generar daos importantes en la viga del puente. La presin hidrosttica

control el diseo individual de cada pontn.

Figura 1.2 Planta y elevacin de los pontones de hormign. (Fuente: http://www.aas-jakobsen.no)

Figura 1.3 Vista del puente Nordshordlands. (Fuente: http://www.aas-jakobsen.no)

5

1.1.2 PUENTE LACEY V. MURROW

Es uno de varios puentes flotantes existentes en el estado de Washington en EE.UU.

Originalmente data de fines de los 1930s y cruza el Lago Washington entre Seattle y la Isla

Mercer. Abierto para el servicio en 1940, fue el primer puente flotante de hormign armado en el

mundo y el mas grande en su tipo. Con los aos un solo puente fue insuficiente para absorber el

trfico existente y debi construirse otro puente de las mismas caractersticas a un costado del

anterior. A principios de 1990 fue sometido a remodelacin para mejorar las condiciones de uso y

absorber as el flujo de vehculos en un solo sentido. La etapa de remodelacin estuvo llena de

problemas que obligaron a reemplazar los pontones que se hundieron durante una tormenta.

Configuracin original:

Los diseadores seleccionaron un concepto de puente flotante para la seccin del centro

del puente Lacey Murrow porque las profundidades de agua en el lago alcanzan unos 60 [m] (200

pies) y la tierra al fondo del lago posee muy baja capacidad de soporte; se intentaron otros

sistemas estructurales pero resultaron impracticables. La porcin flotante del puente fue

conformada por 22 pontones de hormign armado. Estos pontones, cada uno aproximadamente

106.7 [m] (350 pies) de longitud, 18.0 [m] (59 pies) de ancho, y 4.3 [m] (14 pies) de alto, se

conectaron extremo a extremo, para formar el puente. Extremos con apoyos fijos conectaron el

puente flotante a la autopista en tierra firme.

Un pontn tpico fue dividido en 96 celdas, distribuidos 4 a lo ancho y 24 a lo largo,

formando compartimientos aislados de grupos de ocho celdas con paredes dispuestas en forma

transversal. Para acceder a cada uno de estos compartimientos se dispuso una compuerta en la

acera. Dentro de estos compartimientos aislados, se dejaron vanos en las paredes y otras aperturas

como filas de agujeros de 1.9 [cm] (3/4 pulg.) en la parte superior y otras de 7.6 [cm] (3 pulg.) al

nivel del suelo. (ver Fig. 1.5)

Para mantener en posicin el puente flotante se usaron cables extendidos a las anclas en el

fondo del lago. Dos cables en el centro de cada pontn, orientados uno al norte y otro al sur,

sirvieron para afianzar la estructura en la direccin transversal. A modo de refuerzo se colocaron

una serie de cables orientados en sentido diagonal cerca del extremo oriente.

http://www.sgh.com/technicalpapers/techpap.htm

6

Figura 1.4 Configuracin del puente Lacey V. Murrow previo a la remodelacin. (Fuente: http://www.sgh.com/technicalpapers/techpap.htm)

Figura 1.5 Interior de un pontn tpico del Puente Lacey V. Murrow previo a la remodelacin. (Fuente: http://www.sgh.com/technicalpapers/techpap.htm)

Remodelacin del puente:

En el plan de la remodelacin contemplaba reparar una serie de grietas (algunas de las

cuales superaban el ancho de una celda), y quitar la acera para ensanchar la calzada, por tal

motivo, el hormign de la parte superior y parte de los bordes extremos de los pontones seran

quitados. El puente haba estado cerrado para las renovaciones durante varios meses cuando

colaps. Aproximadamente la mitad de la porcin flotante del puente se hundi el 25 de

noviembre de 1990 despus de una tormenta. Haba muchos cambios estructurales y condiciones

provisorias que afectaron su funcin.

El tramo afectado por la tormenta fue reemplazado por 20 pontones de hormign post-

tensado con un peso de 8800 [T] aproximado cada uno y 110 [m] de largo (360 pies aprox.). Los

pontones fueron fabricados en las ciudades de Seattle, y Tacoma, y remolcados posteriormente al

lugar del proyecto.

7

Tambin se incluy la instalacin de 56 anclas de hormign de 1500 [T] de peso cada

uno. El interior de los pontones es muy similar a la configuracin antes de la remodelacin, con

una serie de celdas y accesos. Adems el interior fue dotado de sistemas de iluminacin,

comunicaciones y sensores de agua para facilitar el control peridico.

El valor del contrato para la remodelacin fue de 88 millones de dlares y el perodo de

las obras se efectuaron entre Febrero de 1992 y Agosto de 1994.

Figura 1.6 Vista sobre el lago Washington de los puentes flotantes Lacey V. Murrow a la derecha y Homer M. Hadley a la izquierda. (Fuente: http://www.grouptravels.com)

1.1.3 PUERTO DE LIVERPOOL

Ubicado en la ciudad de Liverpool, Inglaterra. Sus instalaciones cuentan con un muelle

flotante de hormign armado formado por 6 pontones logrando de esta manera una longitud total

de 350 [m] con 19 [m] de ancho y 5 [m] de altura. Su construccin data de 1977 como reemplazo

de un antiguo muelle flotante existente en el lugar desde 1874.

Los pontones estn unidos por un sistema de cables tensados que comprimen ambos

extremos de cada pontn por el centro y a nivel de la plataforma superior. Entre los pontones

alrededor de los cables tensados posee un sistema amortiguador de goma. (vase Fig. 1.8)

El sistema de anclaje est constituido por tres puentes pivotantes de acceso y cinco

botavaras de enrejado tubular apoyadas en los pontones y en tierra. Gregory P. Tsinker. Floating Ports, Design and Construcction Practices

8

1.- Pontn de Hormign 6.- Botavaras tubulares

2.- Puente peatonal 7.- Embarque de ro

3.- Acceso de vehculos 8.- Marco de hormign prefabricado

4.- Acceso de Camiones a travs de un puente flotante 9.- Defensas

5.- Encauce para el muelle flotante 10.- Botavara flexible

Figura 1.7 Vista en planta y corte del muelle flotante de Liverpool. (Fuente: Floating Ports, Design and Construcction Practices, Gregory P. Tsinker)

1.- Tendn pretensado 100 (mm) 6.- Grasera

2.- Terminal muerto del tendn 7.- Goma amortiguadora

3.- Terminal vivo del tendn 8.- Pontn

4.- Ducto metlico lleno de grasa 9.- Tapa removible

5.- Cobertura del tendn engrasada

Figura 1.8 Unin flexible entre los pontones de hormign del muelle flotante de Liverpool. (Fuente: Floating Ports, Design and Construcction Practices, Gregory P. Tsinker)

9

1.1.4 TERMINAL DE CONTENEDORES DE PUERTO VALDEZ, ALASKA

El primer proyecto de construccin de este puerto fue un modelo convencional, sin

embargo, debido a la mala calidad del terreno existente para fundaciones y el consolidado del

relleno de material para el patio de maniobras, se opt por la construccin de un muelle flotante.

Este muelle fue construido en Tacoma (Washington) y remolcado, posteriormente, hasta Valdez

(Alaska), en un viaje que dur 16 das para una distancia de 2000 [km]. El tiempo total de

construccin e instalacin fue de 10 meses, siendo terminado en Junio de 1982.

El sistema de muelle flotante consiste de 3 elementos principales: un mdulo flotante de

hormign pretensado de 30 [m] de ancho por 214 [m] de largo por 9[m] de alto, el sistema de

amarre y el sistema de defensa. Para lograr las dimensiones del mdulo flotante se

confeccionaron dos pontones separados de 30 [m] de ancho por 107 [m] de largo y 9 [m] de alto,

que se unieron posteriormente. Los accesos estn solucionados por dos puentes pivotantes de 61

[m] de largo, cuyos apoyos en ambos extremos consisten en rtulas que permiten el giro del

puente en la vertical.

El muelle fue equipado con una gra pesada enrielada de 27.5 [m] de ancho destinada a

levantar contenedores de 40 T[m], debido a que la funcin principal de este muelle consiste en

permitir la carga y descarga de contenedores provenientes de barcos o cargadores.

Para el diseo del muelle se consideraron las cargas concentradas provenientes de los

contenedores y las cargas de los equipos de transporte que funcionan en su cubierta.

Los factores ambientales tienen un efecto significativo sobre el diseo de la plataforma,

por lo que se analiz la informacin disponible relativa a la velocidad y direccin del viento,

Fetch del frente martimo, etc.

El sistema de amarre y fondeo del conjunto consiste en seis cables de 200 [m]

aproximadamente, tensionados a muertos de anclaje de dimensiones 6.1 [m] de ancho, 6.1 [m] de

largo y 4 [m] de alto, de hormign, rellenos con grava de un peso boyante de 205 [T]. De esta

forma se controlan los desplazamientos en el eje longitudinal del pontn, adems de la

colaboracin de dos puentes de acceso articulados a tierra. Para evitar los desplazamientos en el

eje transversal, adems de las restricciones de movimiento que provocan los puentes pivotantes,

existen dos cadenas lanzadas hacia tierra, tambin ancladas en bloques de hormign. Este sistema

fue diseado para satisfacer las condiciones de corrientes y diferencias de mareas entre las cotas

Gregory P. Tsinker. Floating Ports, Design and Construcction Practices

10

+5.0 [m] y 1.8 [m]. Adems se dise para absorber cambios repentinos de hasta 2.7 [m] en el

nivel del agua como resultado de la actividad ssmica, lo que es posible debido a que Valdez se

localiza en una zona de alto riesgo ssmico.

Figura 1.9 Planta y elevacin general del muelle flotante del terminal de contenedores de Puerto Valdez en Alaska. (Fuente: Floating Ports, Design and Construcction Practices, Gregory P. Tsinker)

Descripcin de los pontones:

Cada pontn tiene 16 compartimientos estancos. Las paredes fueron construidas con 133

piezas de hormign prefabricadas, cuyo peso vara entre 45 y 55 [T]. Las juntas verticales entre

estas piezas se realizaron in situ. La losa de fondo de cada compartimiento tambin se

construy in situ. La construccin de la cubierta comprendi la instalacin de 234 paneles de

hormign pretensado que proporcionaron una base de trabajo para la confeccin de la losa de

cubierta final de 30 [m] de espesor.

11

Los pontones se reforzaron en tres sectores diferentes destinados a recibir los 6 cables de

conexin a los muertos de anclaje, y en los lugares de conexin a los puentes de acceso. A lo

largo de todo el permetro de la cubierta se construyeron in situ defensas guardarruedas y 12

bitas de 50 [T] cada una. Se dejaron accesos, de cierre estanco metlico, para la inspeccin de

cada compartimiento.

Cada pontn contiene tendones postensados longitudinales, transversales y verticales. Los

tendones longitudinales dan al pontn la resistencia necesaria a la flexin y esfuerzo de corte que

se producen durante el traslado, o debido a las cargas que actan sobre la cubierta y debido a las

cargas de oleaje en el lugar de emplazamiento. Los tendones transversales se dispusieron en la

losa de fondo, en la cubierta y en el trmino de dos cabezales; estos resisten la flexin transversal,

pero, mas importante, ellos proveen reas para resistir la flexin local producida por la losa de

fondo y por la cubierta en la distancia comprendida entre cabezales. La losa de fondo fue

diseada para una carga hidrosttica de 10 [m], y la cubierta, para el equipo de transporte en

movimiento, con cargas de 4500 [kg/m2].

Las paredes exteriores son postensadas verticalmente con barras de acero de alta

resistencia. Este diseo coopera a la estanqueidad y a la resistencia de las cargas de presin

hidrosttica y de las cargas concentradas aplicadas sobre las defensas laterales del muelle.

Se emplearon largos tendones postensados para proveer la capacidad adecuada de fuerza y

movimiento de sujecin cuando se unieron los pontones. Estos tendones se anclaron 6 [m] a cada

lado en secciones de hormign convenientemente reforzadas. Todos los tendones postensados,

incluyendo las barras verticales, fueron cubiertos con cemento a presin, y el trmino de los

anclajes fue tratado con una completa proteccin anticorrosiva.

Fabricacin de los componentes prefabricados:

Durante el diseo se dio importancia a la normalizacin de los elementos prefabricados de

los muros y de la cubierta con el objeto de lograr una produccin repetitiva o en serie que genere

una disminucin de los costos. Como resultado de este anlisis se emplearon, finalmente, cuatro

moldajes de acero para las piezas mas repetitivas y uno de madera para las partes que presentaron

variaciones en algunos detalles o dimensiones. El empleo de cemento de resistencia temprana,

baja razn agua/cemento y fraguado rpido permiti la fabricacin de 268 paneles (para paredes)

en 80 das.

12

En la cubierta se ocuparon 468 paneles postensados de 1.8 x 7.4 [m] y se confeccionaron

a razn de 6 diarios. Se distinguen dos tipos de paneles bsicos para cubierta: los que soportan el

riel de la gra, por lo que debieron reforzarse apropiadamente, y los paneles tpicos que se

localizan en el resto de la cubierta.

Figura 1.10 Planta y elevacin del pontn del terminal de contenedores de Puerto Valdez en Alaska. (Fuente: Floating Ports, Design and Construcction Practices, Gregory P. Tsinker)

Plazos y costos:

El primer pontn de 107 [m] requiri 13 semanas para ser ensamblado en el dique, ms 8

semanas para completar la cubierta, su postensado, los detalles y los aditamentos; trabajos, stos

ltimos, realizados a flote. Como consecuencia de la experiencia adquirida por supervisores y

trabajadores fue posible acortar el plazo de confeccin de la segunda unidad, requiriendo slo 8

semanas para el ensamblado ms 5 semanas para completar la cubierta y las terminaciones,

mientras se encuentra a flote. El tiempo total de construccin para las dos unidades (listas para

ser remolcadas) fue de 6 meses. La operacin de prefabricacin comenz un mes antes. El

diseo, detalle, planeamiento, construccin de moldajes y otros aspectos preliminares

comenzaron 3 meses antes del prefabricado. El tiempo total de proyecto, excluyendo el traslado y

la unin de los pontones en Valds, fue de 10 meses.

El costo de construccin para los pontones fue de US$10.000.000, a flote, en el lugar de

construccin. Este total incluye materiales, pero no el equipamiento, la unin de los pontones ni

13

su instalacin final. Tampoco incluye el costo del sistema de defensa, los rieles de la gra que

porta ni del sistema de anclaje.

1.1.5 PUERTO DE IQUITOS, PER **

Se ubica en la ribera del ro Ucayali en la confluencia de ste con el ro Napo, en donde

nace el ro Amazonas. Este puerto comenz a construirse en 1976 y se termin en 1977 con el

propsito de manipular 550000 [T] de carga anuales, por lo que se convierte en el puerto ms

importante de la regin de la amazona.

La plataforma de este muelle est constituida por 5 pontones de estructura y casco

metlicos de 36 [m] de largo, 15.36 [m] de ancho y, 1.8 [m] de altura, ms dos pontones

pequeos en los extremos de 1.8 [m] de largo, 15.36 [m] de ancho y, 1.8 [m] de altura. Todos

stos estn unidos entre s por uniones flexibles. Todos stos estn unidos entre s por uniones

flexibles, configurando un largo de 187.2 [m]. Adems tiene una plataforma flotante anexa

conectada al nuevo muelle a travs de una rampa articulada, constituida por un antiguo muelle

flotante existente en el lugar de dimensiones de 87 [m] de largo por 9.3 [m] de ancho, formado

por varios pontones de medianas dimensiones. El longitud mxima del muelle es 274.5 [m].

El sistema de anclajes es a tierra y al fondo del ro, por medio de cables de acero y

cadenas conectadas a anclas gravitatorias de hormign armado, respectivamente. El control de la

tensin de los cables de amarras se hace manualmente a travs de huinches conectados a stos.

Los accesos estn solucionados por dos puentes pivotantes de 60 [m] de largo,

constituidos por una superestructura de acero enrejada con carpeta de rodado de hormign

armado. Los apoyos hacia tierra est hechos sobre rtulas, las que permiten el pivoteo del puente

en la vertical. En el extremo del ro cada uno de estos puentes de acceso est apoyado sobre un

pontn de estructura y casco metlico de 26 [m] x 8[m] x [1.8 [m]. La conexin entre este pontn

y el muelle mismo se solucion a travs de una rampa metlica de 6 [m] de largo.

Las diferencias de cotas estacionales del ro en este sector llegan a sobrepasar los 11 [m],

por lo cual un puerto de estas caractersticas se hace indispensable. El ngulo de inclinacin

mximo sobre la horizontal que logran los puentes de acceso cuando el ro se encuentra en sus

niveles mnimos es de 18.5%.

** Gregory P. Tsinker. Floating Ports, Design and Construcction Practices

14

Figura 1.11 Vista en planta y secciones tpicas del Puerto de Iquitos en Per. (Fuente: Floating Ports, Design and Construcction Practices, Gregory P. Tsinker)

15

1.2 ESTRUCTURAS FLOTANTES EXISTENTES EN CHILE

1.2.1 COMPLEJO PESQUERO ARTESANAL DE PUERTO MONTT

Se encuentra localizado en el Estuario Reloncav, en la Dcima Regin de los Lagos,

alrededor de 10 Km. al sur del centro de Puerto Montt, y ha sido formulado para fomentar el

desarrollo pesquero en la zona (el volumen de desembarque proyectado es de 41 T / da).

Para la realizacin de este proyecto el gobierno de Chile solicit ayuda al gobierno de

Japn y el estudio de diseo bsico fue llevado a cabo por la Agencia de Cooperacin

Internacional de Japn (JICA).

El gobierno de Japn, basado en los resultados del estudio de diseo bsico, decidi

financiar el proyecto sobre la base de una concesin de ayuda.

Descripcin del Proyecto:

- Un muelle flotante compuesto por un pontn de 75 [m] de largo, 10 [m] de ancho, y 3 [m] de

profundidad,

- Un puente mvil de 36 [m] de largo y 3.6 [m] de ancho,

- Un puente de acceso de 80 [m] de largo y 5.5 [m] de ancho,

- Una calzada elevada de 35 [m] de largo.

- Un varadero de 10 [m] de ancho y estacionamiento de barcos de 30 [m] de ancho.

Detalles del proyecto:

Pontn: Fabricados en hormign armado, con espesor de muros exteriores de 25 [cm] y los

interiores de 15 [cm]. Est compuesto por 30 celdas distribuidas 2 a lo ancho y 15 a lo largo. Un

compartimiento aislado se conforma por 5 celdas en sentido longitudinal existiendo 6 en total con

sus respectivas escotillas. Su peso se calcula en unos 1450 [T] aproximadamente.

Puente Mvil: Estructura fabricada ntegramente en Acero. El objetivo es servir de conexin

entre el mdulo flotante y el puente de acceso. La conexin con el pontn se efectu por medio

de un apoyo deslizante y una pequea rampa para permitir el correcto paso de vehculos, y la

conexin con el puente de acceso se efectu por medio de rtulas.

Ministerio de Obras Pblicas.

16

Figura 1.12 Vista en planta del Complejo Pesquero Artesanal de Puerto Montt. (Fuente: Ministerio de Obras Pblicas)

Puente de Acceso: La seccin compuesta por el puente de acceso es un estructura de 5 tramos

apoyados a 16 [m] de distancia. Se fabric en hormign armado a excepcin de las vigas del

puente que fueron hechas en hormign pretensado de seccin T.

17

Sistema de fondeo: El pontn posee 5 cadenas de anclaje, dispuestas una en cada vrtice y una en

el extremo libre (ver fig. 1.12), de distintas dimensiones, segn si stas dan hacia el mar o hacia

la costa. Las dimensiones son: 2 cadenas de anclaje de 76 de 200 [m] de longitud hacia la

costa y 3 cadenas 68 de 160 [m] de longitud hacia el mar. En el fondo del mar estn

conectadas a bloques de hormign de 200 y 50 [T], ubicados hacia la costa y hacia el mar

respectivamente.

Condiciones de Diseo:

Vida til: 30 aos.

Marea:

- Nivel promedio de pleamar (H.W.L) DL + 6.71 [m].

- Nivel promedio de bajamar (L.W.L) DL + 0.49 [m].

- Nivel promedio de marea (M.S.L) DL + 3.60 [m].

Calado del pontn: 2.5 [(m].

Oleaje:

- Altura significativa de olas de diseo H1/3 = 2.0 [m].

- Perodo significativo de olas de diseo T1/3 = 5.5 [Seg].

- Direccin de las olas de diseo: S SE.

- Periodo de retorno = 30 aos

Corrientes marinas:

- Segn estudios, fue determinada una velocidad mxima de corriente en pleamar de v = 0.25

[m/s].

Velocidad del viento:

- Segn estudios, fue determinada una velocidad mxima de v = 35 [m/s], en base a estadsticas

de vientos registradas durante un periodo de 10 aos.

Embarcaciones de Diseo:

- Lanchas de 7 [m] de eslora y 2 [m] de manga, con un calado final con plena carga de 1.4 [m]

y velocidad de atraque v = 0.5 [m/s].

- Fuerza de traccin de embarcaciones = 5 [T / Barco]

18

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19

La realizacin de este proyecto se desarroll entre los perodos de 1987 y 1988 por la

empresa Japonesa Nipn Koei Co. Ltda. con un costo estimado en US$ 10.000.000, para los

cuales solo la fabricacin del muelle flotante costo US$ 950.000, este adems fue fabricado

ntegramente en Japn y su traslado a Chile se efectu por medio de una barcaza semi-

sumergible.

1.2.2 MUELLE DE PESCADORES ARTESANALES DE QUELLN

Se encuentra localizado en la costa de la ciudad de Quelln, en la isla de chilo, Dcima

Regin de Los Lagos. Segn mandato del Ministerio de Obras Pblicas a travs de la Direccin

de Obras Portuarias de la Dcima Regin se construy esta Obra para mejorar las condiciones de

trabajo de los pescadores de la zona.

Descripcin del Proyecto:

- Muelle flotante, compuesto por 2 pontones, cada uno de dimensiones: 24.7 [m] de largo, 12

[m] de ancho y 3 [m] de profundidad,

- Un puente mvil de 36 [m] de largo y 3.6 [m] de ancho,

- Un puente de acceso de 97.5 [m] de largo y 5 [m]. de ancho,

- Una explanada elevada de 35 [m] de largo.

Detalles del Proyecto:

Pontones: Fabricados en hormign armado. Cada pontn posee en su interior 6 compartimientos

estancos, con espesor de muros de 15 [cm] y espesor de losas superiores e inferiores de 20 [cm].

El peso estimado de cada pontn es de 500 [T]. La unin entre pontones se efectu amarrando los

extremos con cadenas de en forma longitudinal y transversal, y 9 defensas cilndricas. (ver

fig. 1.14) Para permitir el paso de vehculos se instal una pequea rampa metlica.

Puente Mvil: Estructura fabricada ntegramente en Acero. Estructura se similares caractersticas

a la pasarela basculante del proyecto Complejo pesquero Artesanal de Puerto Montt.

Ministerio de Obras Pblicas.

20

Figura 1.14 Vista en planta del Muelle de pescadores artesanales de Quelln. (Fuente: Ministerio de Obras Pblicas)

21

Puente de Acceso: Estructura conformada por 2 mdulos de 48.64 [m] y 48.84 [m] con cepas a

cada 4 [m] de luz. Fabricada en hormign armado (losas y vigas) y acero (pilotes tubulares de

12 x 6.17. El ancho de la calzada es de 3.6 [m] dejando aceras a cada lado de 70 [cm] de

ancho.

Sistema de fondeo: Cada pontn posee 4 cadenas de anclaje (8 cadenas en total), dispuestas una

en cada vrtice (ver fig. 1.14), Todas de 1 y longitud variable dependiendo de su ubicacin.

En el fondo marino cada cadena est conectada a un muerto de 6.000 [kg] y ste ltimo a la vez

est conectado a un ancla de 3.540 [kg]. La distancia de muerto a anclas es de 40 [m].

Defensas: Alrededor de todo el permetro de los pontones se instalaron defensas de tipo

neumtico afianzadas a la estructuras por medio de cadenas de unidas a ganchos empotrados

por medio de grilletes. Adems de defensas cilndricas de 2.5 [m] de largo.

Condiciones de Diseo:

Vida til: 20 aos.

Mareas: Se estim una variacin de 6.0 [m].

Calado de los pontones: 1.73 [m] sin carga y 2.28 [m] con carga.

Oleaje:

- Altura significativa de olas de diseo H1/3 = 1.3 [m].

- Perodo significativo de olas de diseo T1/3 = 3.64 [Seg].

- Periodo de retorno = 50 aos.

Corrientes marinas:

- Segn mediciones en el lugar se estim una velocidad de corriente de v = 0.5 [m/s].

Velocidad del viento:

- Segn estudios, fue determinada una velocidad mxima v = 30 [m/s],

- Perodo de retorno: 50 aos.

Embarcaciones de Diseo:

- Se consider una embarcacin de 20 [m] de eslora y peso de 80 [T], con un calado final con

plena carga de 2.7 [m]

22

La realizacin de este proyecto se desarroll entre Septiembre de 1991 y Agosto de 1992 un

costo estimado en $500.000.000.

1.3 ESTRUCTURAS FLOTANTES DE USO TEMPORAL

Al pensar en una estructura de uso temporal que pueda servir en distintas condiciones

ambientales es fundamental que tengan un fcil y rpido montaje y desmontaje. Si a esto se le

exige que pueda ser de utilidad en ms de una ocasin, estamos hablando de una estructura que

puede ser comercialmente rentable y atractiva desde el punto de vista de la serviciabilidad. Existe

en el mundo distintos sistemas en base a pontones que ofrecen estas alternativas. A continuacin

se detallan dos tipos de estructuras flotantes especialmente diseadas para otorgar un servicio

provisorio que actualmente se encuentra en el mercado muchas partes del mundo.

1.3.1 PUENTES PLEGABLES

Las fuerzas armadas de algunos pases utilizan sistemas de pontones cuyo fin es facilitar

el desplazamiento de maquinaria militar terrestre en condiciones donde existen cursos de agua.

En Chile, el Ejercito cuenta con estructuras de este tipo, y ms precisamente en la zona sur el

regimiento Arauco dispone y tiene a cargo la utilizacin de stos.

Uno de ellos es el puente plegable FSB 2000. Sirve para salvar rpidamente las aguas

mediante vehculos de gran tonelaje. Puede ensamblarse en forma modular en base a secciones

individuales. Adems el diseo de estas secciones permite su utilizacin como pequeos

transbordadores. La adaptacin a las distintas condiciones de las orillas se efecta mediante una

seccin de rampa extra larga, regulable hidrulicamente en la altura, siendo posible elevar la

rampa hasta 2.2 metros aproximadamente sobre el nivel del agua.

Las secciones de puentes de este tipo pueden trasladarse fcilmente de un lado a otro en

camiones y pueden desplegarse automticamente dentro de pocos segundos al lanzarse al agua

desde el mismo camin. Por medio de secciones transversales hidrodinmicamente ptimas se

hacen especialmente apropiadas para su uso en aguas de escasa profundidad con velocidades de

corriente muy altas (por sobre 3 [m/s]).

Catlogo de Productos MAN GHH.

23

Figura 1.15 Vista de un Puente flotante temporal en base a secciones, que cruza el Ro Sava entre Croacia y Bosnia. (Fuente: http://www.af.mil)

En Repblicas de la ex Yugoslavia se han utilizado puentes plegables de caractersticas

prcticamente idnticas al FSB 2000 para reemplazar rpidamente puentes destruidos a causa de

la guerra por ser ellos importantes vas de conexin entre distintas zonas. (ver figuras 1.15 y

1.16).

1.3.2 PLATAFORMAS DE TRABAJO ***

En el mercado de la construccin alrededor del mundo se ofrecen distintas variedades de

sistemas de plataformas de trabajo enfocadas al rea de la edificacin sobre lecho marino,

siempre modulares por su fcil manejo, con muy pequeas diferencias entre s. Estas estructuras

se construyen fundamentalmente en acero, pero pueden encontrarse otros tipo de materiales,

principalmente compsiles.

Estas plataformas siempre son construcciones de precisin, especficamente diseadas

para aguas profundas y zonas marinas protegidas (ejemplo: canales ros, pantanos, lagos, bahas

etc.) que puedan resistir cargas pesadas en condiciones extremas. Es por ello que son muy aptas

para utilizarse como puentes que permitan el paso de vehculos debido a su gran capacidad para

soportar carga. A estas plataformas se les puede dar todo tipo de usos.

Este tipo de pontones modulares siempre poseen dimensiones adecuadas que permiten ser

apilados fcilmente y transportados generalmente por medio de camiones. Poseen sistemas muy

sencillos de conexin que permiten conectar los mdulos lado a lado, extremo a extremo o

*** http://www.flexifloat.com

24

extremo a lado pudiendo formar as plataformas bastante grandes y de varias formas, apropiado

para transporte marino y aplicaciones en la construccin.

Figura 1.16 Dimensiones del puente flotante plegable FSB 2000. (Fuente: MAN GHH)

25

El sistema de conexin es importante en este tipo de estructuras, pues deben ser diseadas

para transmitir grandes esfuerzos no solo de tensin, sino tambin de compresin y cizalle, es por

ello que siempre se disean con acero de alta resistencia.

Un ejemplo de estas plataformas de trabajo es una llamada comercialmente Flexifloat

construido por la empresa norteamericana Robishaw Engineering, disponible en distintos

modelos dependiendo de sus dimensiones y requerimientos de carga. Para las piezas de conexin

entre mdulos se utiliza acero con tensin de fluencia que supera los 4.22 [T/cm2]. Adems la

superficie de estas plataformas puede resistir sin problemas 5,000 [lbs/ pie2] (24.4 T/m2 aprox.)

sin daarse, al estar reforzados interiormente, permitiendo soportar perfectamente cargas de

trfico.

Figura 1.17 Utilizacin de los pontones como puentes para el traslado de maquinaria pesada. (Fuente: http://www.flexifloat.com)

Figura 1.18 Etapa de armado de una plataforma. (Fuente: http://www.flexifloat.com)

CAPTULO II

CARACTERSTICAS ESTRUCTURALES

DE LOS PUENTES FLOTANTES

27

2.1 DESCRIPCIN DE UN PUENTE FLOTANTE

Los puentes flotantes al igual que los convencionales tienen caractersticas estructurales

propias impuestas por varios factores: lugar de emplazamiento, condiciones naturales (como el

tipo de suelo) y ambientales reinantes (como vientos, mareas y oleaje), uso, vida til y posibles

mantenciones; todo esto considerando el presupuesto que se va a disponer. Teniendo en cuenta

cada uno de estos factores los proyectistas evalan que tipo de soluciones estructurales son las

ms apropiadas.

Fundamentalmente, en el diseo y fabricacin de un puente flotante se distinguen cuatro

tems principales los cuales son:

- Estructura flotante

- Puente basculante

- Puentes de acceso

- Sistema de amarras y anclajes.

Figura 2.1 Composicin principal de un puente flotante.

2.1.1 ESTRUCTURA FLOTANTE

Esta etapa es controlada por un elemento estructural llamado pontn, el cual sirve de

soporte de la carpeta de rodado, ya que es ste el que proporciona la flotabilidad.

De los puentes flotantes existentes en el mundo se destaca que la configuracin de una

estructura flotante puede ser muy variada dependiendo de cmo se ubiquen los pontones a lo

Puente basculante

Pontn

Puente de acceso

Anclaje

Amarra

28

largo y ancho de sta. Existen variadas formas de diseo y distribucin de los pontones que

conformarn la estructura flotante final, es por ello que su distribucin pasa bsicamente por la

eleccin de una de 4 alternativas. La eleccin de alguna de ellas es controlada generalmente por

el factor costo construccin. stas pueden ser:

a) Un solo pontn: El puente flotante estar compuesto por un gran pontn (o mdulo flotante)

sobre el cual descansar la carpeta de rodado. Recomendable para cubrir pequeas luces.

b) Pontones unidos en serie: El puente flotante estar conformado por mdulos de pontones

unidos a lo largo. El tipo de unin se determinar segn diseo. Sobre cada mdulo

descansar la carpeta de rodado. Como solucin permite un fcil montaje de las estructuras y

futuras modificaciones a su forma.

c) Pontones unidos a lo largo y ancho: Similar al anterior con la salvedad de que los pontones

estn unidos no solo a lo largo sino que tambin a lo ancho entre s. El tamao de los

pontones disminuye notoriamente. Este sistema permite mantener los pontones

independientes entre si, facilitando un posible reemplazo de elementos en mal estado o

adherencia de nuevos elementos (pontones), cambiando las dimensiones del puente final.

d) Pontones separados por grandes luces: La estructura en este caso se asemeja ms a un

puente tradicional puesto que las vigas que conforman el puente descansan sobre apoyos en

sus extremos. Si la configuracin se desea dar de manera tal que existan tramos

independientes, el acceso entre tramos puede darse por medio de rampas pivotantes. Puede ser

recomendable para cubrir grandes extensiones de agua y de gran profundidad y lograr un

costo construccin relativamente barato con respecto a la alternativa a) y otras soluciones

como puentes atirantados o colgantes. Adems esta configuracin ofrece la posibilidad de

alterar lo menos posible el movimiento de embarcaciones permitiendo el paso de

embarcaciones bajo la carpeta de rodado, menos probables en puntos a), b), y c).

De acuerdo con experiencias en otros pases, los diseos mas comunes se basan en la

creacin de una estructura flotante en base a uno o varios pontones en serie por sobre el cual se

dispone la carpeta de rodado para el trfico de vehculos. Este es el caso de varios puentes

existentes en los Estados Unidos, que han desarrollado a con xito esta tcnica, como por ejemplo

el puente Lacey V. Murrow del estado de Washington (caso b)). (ver tambin el Captulo 1,

punto 1.3.2) Tambin destacan los puentes basados en una gran viga cajn de gran rigidez que

descansa en pontones distanciados por grandes luces, como es el caso del puente

Nordshordlands en Noruega (caso d)) (ver tambin Captulo 1, punto 1.3.1). Un ejemplo del

29

caso c) son las estructuras de tipo temporales que se ofrecen en el mundo (ver Captulo 1, punto

1.52). Ejemplos del caso a) pueden encontrarse en Chile en varios muelles flotantes del sur de

Chile. (ver Captulo 1, punto 1.4.1)

Estructura tipo A

Estructura tipo B y C

Estructura tipo D

Figura 2.2 Diferentes posibilidades de disposicin de los pontones en una estructura flotante.

2.1.2 PUENTE BASCULANTE

Tienen la funcin de conectar la estructura flotante con tierra firme. Este puente

basculante se conecta al puente de acceso (tierra firme) con un apoyo (pivote) que restringe los

desplazamientos permitiendo el giro en la vertical. La conexin entre el puente basculante y la

estructura flotante se realiza con un pivote deslizante, permitiendo as desplazamientos en la

vertical y en la horizontal.

Carpeta de rodado

Pontn independiente

Carpeta de rodado

Carpeta de rodado

Pontn individual

Rampa de accesoPontn nico

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32

De las experiencias de estructuras flotantes que existen en nuestro pas puede destacarse

que los puentes basculantes se construyen en su totalidad en acero, como enrejados laterales

apoyados sobre vigas longitudinales, sobre las cuales se dispone una parrilla metlica por donde

circulan los vehculos (ver figuras 2.3 y 2.4). Este sistema es econmico y su configuracin

permite un buen comportamiento a la torsin. En puentes flotantes de otros pases suele utilizarse

la combinacin hormign acero, como una solucin mas ptima.

2.1.3 PUENTES DE ACCESO

En muelles flotantes existentes en Chile, los puentes de acceso suelen ser muy extensos, la

razn se debe a que deben alcanzar profundidades compatibles con los calados de embarcaciones

que llegarn al muelle, en distintas condiciones de marea que se producirn a diario. As se logra

disminuir la longitud del tramo pivotante. Esto no difiere mucho para casos de puentes

vehiculares flotantes, aunque solo el calado que controla las longitudes de los puentes de acceso

es el producido por la estructura flotante mas las cargas por eje de los vehculos.

2.1.4 SISTEMA DE AMARRAS Y ANCLAJES

Su funcin es proteger los tramos flotantes de posibles desplazamientos causados por las

corrientes marinas, oleaje y viento. Si la estructura flotante fuera amarrada por un ancla, girara

necesariamente en torno a ella hasta situarse en forma paralela a la corriente y al viento. Tal

forma de sujecin no es adecuada para una estructura que debe mantenerse lo mas esttica

posible si el viento y la corriente cambian la direccin constantemente. Por lo tanto, una

estructura flotante debe ser amarrada al fondo marino directamente con fundaciones permitiendo

desplazamientos en la vertical (ver Fig. 2.5) o; con anclas ojal cubriendo todos los sentidos de

movimiento, por medio de cadenas, cables o cordeles de nylon. La primera opcin restringe de

mejor manera el movimiento de los pontones, pues solo permite los desplazamientos en un

sentido, pero los costos van en directa relacin con la calidad de los suelos de fundacin y la

profundidad del agua. De acuerdo a esto la segunda alternativa resulta bastante mas econmica

que la primera. Adems est ltima opcin puede demandar menos tiempo de implementacin en

terreno. Si se opta por la alternativa de amarras, la eleccin del material para la lnea de anclaje

es importante de acuerdo a la magnitud de las solicitaciones que produzcan las corrientes de

agua.

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Disposicin de las amarras:

El problema del amarre de un puente flotante puede asociarse al amarre de embarcaciones

en un puerto. A continuacin se describe su metodologa empleada.

La forma mas usual de amarrar una embarcacin es colocando entre 2 y 8 boyas, este

nmero est determinado por el tamao de las embarcacin, por el viento, la corriente y las olas,

la condicin del fondo del mar y las condiciones econmicas.

Figura 2.6 Arreglos tpicos para amarraderos mar adentro. A representa el ancla de la embarcacin; B, la boya; C, el ancla de la boya.

En la Fig. 2.6 pueden apreciarse diferentes arreglos de amarraderos que se componen de 3

a 8 boyas, complementadas en la mayora de los casos con una o ambas anclas de barco. El

arreglo mas comn para embarcaciones de 17000 [DWT] es el de tres boyas, que tienen dos

35

cabos de cuarto y un cabo de popa, complementadas con las anclas de la nave colocadas en un

ngulo de 30 a 45 fuera de proa. Cuando puedan incidir vientos laterales sobre el costado del

barco, suelen usarse dos cabos adicionales, haciendo un amarre de cinco boyas. Para

supertanques de 100000 [DWT], se ha encontrado necesario realizar amarres de seis a ocho boyas

para asegurar un amarre firme. Cuando la direccin predominante del viento pueda variar en

diversas temporadas del ao, es necesario proporcionar un amarre de ocho boyas con boyas para

cabos de cuarto y en ambos extremos del amarradero, de manera que se mantenga firme la nave

en ambas cabeceras.

Figura 2.7 Ancladero o boya de amarre tpico.

Las componentes de un amarradero de boyas o ancladero consisten en las boya de amarre

y fijadores hundidos, el ancla o las anclas, y la cadena de conexin a tierra entre las anclas y la

boya de amarre. En la Fig. 2.7 se muestra una tpica unidad de boya de amarre.

Las boyas de amarre son generalmente grandes botes o tambores cilndricos que estn

provistos con sujetadores. El gancho para el amarre est asegurado en la parte superior y la

cadena del ancla en el extremo inferior bajo el agua. La cuerda o cable de la nave se sujeta al

gancho de amarre sobre la boya, que es normalmente un gancho del tipo que se suelta solo. Esto

hace posible que el cabo de amarre de la nave se desenganche de la boya por alguien desde una

lancha o desde la nave misma.

Las boyas de amarre se disean para que tengan una capacidad de flotacin suficiente

para absorber la componente hacia abajo, que se produce entre el jaln del cabo de amarre del

barco y la cadena de sujecin al terreno firme. Para mantener la parte superior de la boya en una

posicin mas o menos horizontal, puede utilizarse una boya excntrica de amarre.

36

Las anclas de boyas de amarre son generalmente anclas sin cepo de acero colado, tipo

Navy o Danforth.

La cadena de ancla ms usada es de eslabones con travesaos y de acero colado, el

tamao generalmente no excede 2 para barcos de un tamao hasta 17000 DWT y 3 3/8 para

grandes buques tanque hasta de 100000 DWT. Las secciones de los espacios de enlace se hacen

algunas veces de 1/8 mayores en dimetro para compensar el desgaste.

La cuerda de amarre de alambre normalmente es de acero de arado galvanizado, hasta de

1 de dimetro para los grandes buques tanque. Para obtener el mximo valor de traccin del

ancla, esta no debe estar sujeta a un jaln de mas de 3 por arriba de la horizontal. Teniendo esto

como base, la longitud de la cadena puede obtenerse para cierta traccin y profundidad del agua.

La distancia horizontal de la boya al ancla vara habitualmente entre 6 y 8 veces la profundidad a

la que queda el ancla bajo el nivel del agua, siendo aplicable la distancia ms corta, si el peso de

concreto hundido que retiene la boya est sujeto a la cadena de anclaje.

Se usa un peso de hormign para colocar la boya de amarre. El peso puede sujetarse

separadamente a la boya por medio de una cadena o a la cadena de anclaje a una distancia de

11/2 veces la profundidad del agua. El peso de hormign, que puede ser de 2 a 10 toneladas,

segn el tamao del ancladero, reduce la longitud de la cadena requerida agregndose el peso

propio de la cadena.

De la tcnica empleada en el amarre y anclaje de barcos se destaca que en la mayora de

las Obras Civiles flotantes se emplean sistemas muy similares adaptados a las propias

necesidades de cada proyecto. Un ejemplo de esto ltimo puede ser el optar o no por el empleo

de boyas en el sistema de amarras, cuya funcin primordial es desconectar los mdulos flotantes

con facilidad. Cabe destacar que en proyectos ejecutados en Chile, se han utilizados sistemas de

conexin directa de los mdulos flotantes con las anclas, evitando as el empleo de boyas.

A continuacin se describen 2 tipos anclas: las anclas comerciales y los grandes pesos

(muertos).

Muertos:

Llamados tambin anclas de gravedad. Su poder de anclaje radica en la friccin de su base

con el fondo marino. Este tipo de fondeo se comporta bien frente a tensiones verticales y baja su

efectividad cuando aumentan las tensiones horizontales. Ejemplos comunes de este tipo de

anclaje son los bloques de hormign, macizos o como cajones, pudindose llenar este ltimo con

todo tipo de material como por ejemplo roca, grava o chatarras de fierro. Experiencias

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demuestran que puede lograrse un mejor rendimiento de estos anclajes si se disea una base

cncava a objeto de provocar un efecto de succin sobre el terreno.

Anclas comerciales:

A diferencia de los muertos, las anclas se agarran al fondo. Constan de una caa con un

brazo mvil en la parte superior, llamado cepo, y dos brazos con forma de pala en su parte

inferior, llamados uas. Existen muchos tipos de ancla en el comercio: Danforth, Hook, Stevin,

etc. Todas tienen distinta geometra y peso y las tracciones que pueden soportar varan entre 10 y

30 veces su peso propio, dependiendo del tipo de ancla y del terreno en que descansen.

Normalmente se hacen de acero forjado. y sus pesos fluctan entre 400 y 30000 [kg]). En

embarcaciones se utilizan este tipo de anclas por la facilidad de su utilizacin diseadas

especialmente para tal efecto.

Figura 2.8 Anclas comerciales.

Para todo tipo de plataformas flotantes, como por ejemplo las utilizadas como bodegas

flotantes, basta con emplear anclas de tipo no comercial como los bloques de hormign. De la

misma forma en muelles flotantes se utilizan este tipo de anclaje con amarras tipo cadenas de

acero de grandes dimensiones para entregar un gran factor de seguridad.

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Accesorios:

Existe una amplia gama de accesorios que pueden conformar un sistema de amarras y

anclaje. Puede denominarse herraje al conjunto de piezas en las que se incluyen todos los

accesorios metlicos cuya funcin es proteger o unir los diferentes componentes del sistema de

anclaje. Entre ellos destacan los grilletes, cuyo objetivo es servir de unin para cadenas, cables

y cabos. Se encuentran 2 tipos diferentes en el mercado, dependiendo de su forma. Estos pueden

ser: normal o recto y tipo corazn o violn. Su utilizacin depender de las caractersticas

tcnicas que estos posean tales como resistencia, tamao, etc.

2.2 SISTEMA DE UNIN ENTRE PONTONES

El sistema de unin que se desee utilizar entre mdulos flotantes depende principalmente

del tipo de solicitaciones a las cuales se vern afectadas. Al estudiar una estructura del tipo a), b)

o c) del punto 2.1.1. resulta importante analizar el sistema de unin entre pontones, que en su

conjunto conforman la estructura.

Si se requiere lograr una unin que logre una buena distribucin de esfuerzos, un mtodo

de unin es el sistema de postensado por medio de cables de acero. Por ejemplo, el puente con el

tramo flotante mas largo del mundo, el Evergreen Point, posee entre pontones, en sus paredes

laterales, cables de acero postensados. Entr en funcionamiento en 1963 con una tensin en sus

cables de 600 [Psi]. Despus de muchos aos de uso, este puente fue remodelado, colocando 16

tensores de 15 cuerdas cada uno de 0.6. As se aument la tensin longitudinal de los cables

en 1000 [Psi]. (ver Fig. 2.10)

Tambin se tiene conocimiento de uniones sin transferencia de cargas y momentos. Como

ejemplo puede mencionarse: el muelle de pescadores artesanales de Quelln. Este muelle est

compuesto por ms de un pontn, y posee una unin mediante cadenas. El punto de interrupcin

de la carpeta de rodado es solucionado con una placa de acero. (ver Fig. 2.11)

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Figura 2.10 Sistema de postensado del puente flotante Evergreen Point . Vista del Puente, trabajos de tensado y de la unin misma. (Fuente: http://www.ctlgroup.com)

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2.3 ACCESOS DEL PUENTE AL TRANSITO DE EMBARCACIONES

Si se desea considerar el paso de embarcaciones de cierto tamao, el diseo se complica, a

causa de la obstruccin que puede provocar la estructura en su conjunto, principalmente los

apoyos flotantes. En los puentes que consideran dicho propsito, pueden encontrarse las mas

variadas soluciones, ms y menos complejas, pero en la mayora se coincide en utilizar sus

extremos para tal efecto, por motivos tcnicos y econmicos. Dependiendo de la envergadura del

proyecto, esta dificultad puede salvarse por ejemplo con tramos de puentes colgantes, atirantados,

o con puentes tradicionales de gran altura y grandes luces entre cepas; evitando alterar la seccin

flotante.

Existen casos en donde se opta por permitir giros de los mdulos flotantes en la

horizontal. Este ltimo es el caso de un puente de reciente fabricacin en Osaka, Japn, en que la

seccin flotante completa puede moverse en torno a un eje. (ver Fig. 1.1, Captulo 1).

Un sistema muy singular es el que se utiliz en el puente flotante Canal Hood, que une

las reas de North Olimpic Pennsula con Puget Sound, del Eastern Jefferson County, en el estado

de Washington en Estados Unidos. Data del ao 1961. tal como puede apreciarse en la fig. 2.12

una seccin se desplaza en sentido del eje longitudinal, cortando el trfico en instantes que desee

cruzar una embarcacin.

Figura 2.12 Esquema en planta de la seccin mvil del puente Canal Hood .

2.4 MATERIALES EMPLEADOS CON FRECUENCIA EN LA FABRICACIN DE

PONTONES

Los pontones se pueden fabricar de distintos materiales dependiendo no solo del tamao

de stos, sino que del nivel de solicitaciones a que pueden verse afectadas. Es comn la

fabricacin en acero, hormign armado y ferrocemento. A continuacin se describen algunos de

los materiales mas empleados en la fabricacin de pontones.

Pontn Mvil

43

2.4.1 HORMIGN ARMADO

En Chile existe experiencia acerca de construcciones flotantes en hormign armado. En la

Dcima regin se estn construyendo pontones de grandes dimensiones para soportar gran

cantidad de peso muerto para la fabricacin de bodegas para el cultivo de salmones. Debido a un

tema econmico lo ms factible en nuestro pas es la utilizacin del hormign armado como

alternativa en la fabricacin de plataformas que puedan soportar gran cantidad de carga. Quizs el

factor ms relevante para la fabricacin de pontones de grandes dimensiones es encontrar

instalaciones apropiadas para ello. Por ejemplo en la ciudad de Puerto Montt la empresa

Sitecna cuenta con instalaciones para una adecuada fabricacin de pontones de hasta [m] de

longitud, la mxima que han llegado a construir. El sistema de plataforma es el mismo esta

empresa utiliza en la fabricacin de muelles flotantes unidos a tierra por medio de pasarelas

pivotantes, actualmente muy difundido y existente en distintas zonas del sur. Estas plataformas al

ser construidos en hormign armado logran gran rigidez y resistencia a grandes solicitaciones.

Como referencia se tiene que han logrado espesores de losa de hasta 22[mm].

Figura 2.13 Muelle flotante fabricado en hormign armado. (Fuente: http://www.sitecna.cl)

a) FABRICACIN

- Normas y Cdigos:

Para el clculo y diseo de pontones de Hormign Armado puede seguirse las

recomendaciones de las normas Chilenas del INN, adems de las recomendaciones de la

American Concrete Institute (ACI), de EE.UU. Tambin puede complementarse con la

normas Japonesas para el diseo de Puertos traducidas al espaol por el Ministerio de Obras

Pblicas.

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- Consideraciones que se deben tener para la determinacin de las dimensiones:

Para la determinacin de las dimensiones de un pontn de hormign armado se aconseja

tomar en consideracin los siguientes puntos:

1) Verificar la capacidad de las instalaciones para la fabricacin de los pontones. Entre ellas se

puede destacar:

- rea y capacidad de soporte de la cama de fabricacin de la estructura: Lmites del tamao y

peso del pontn de hormign armado.

- En caso de utilizar una gra, verificar su capacidad

- Capacidad de colocacin de concreto de la planta elaboradora de hormign.

- Capacidad de lanzamiento: calado, ancho de la compuerta del dique, ancho del canal de

acceso, profundidad del agua, capacidad del dique flotante, resistencia del carro de

lanzamiento.

- Posicin de la aplicacin de la gata.

2) Dimensiones mnimas requeridas para la fabricacin del pontn de hormign armado.

3) El calado del pontn y la profundidad de agua en el lugar de instalacin (profundidad de agua

sobre el coronamiento del ncleo basal).

4) Estabilidad de flotacin.

5) Condiciones de trabajo durante el remolque y la instalacin: corrientes de marea, olas y

viento.

6) Asentamiento diferencial del ncleo basal.

2.4.2 FERROCEMENTO

La construccin en ferrocemento tambin ha sido difundida debido a sus grandes

propiedades que ofrecen en ambiente marino, duracin y adecuada reparacin que no ofrece

mayores dificultades. Los primeros muelles flotantes en Chile fueron fabricados en este material,

debido a que se logra un menor peso propio que utilizando hormign, pero cabe destacar que

debido a su baja posibilidad de disear modelos que puedan soportar grandes esfuerzos, es que

est siendo desplazado por el hormign. Vale la pena comentar la experiencia obtenida del

45

proyecto de uno de los primeros muelles flotantes construidos en Chile en forma experimental.

La Subsecretara Regional de Obras Pblicas de la XI Regin de Aisn y la Direccin de Obras

Portuarias respectiva acordaron que se proyectara y se construyera un muelle flotante de dos

mdulos de 2.5 x 10 [m], unidos a tierra por un puente basculante. Dicho sistema permita su uso

permanente, cualquiera fuese el nivel de marea, lo que no ocurre con los muelles tradicionales en

zonas de grandes diferencias de nivel, como es en general la regin de los canales del sur. El

diseo fue especificado para aguas tranquilas pero el lugar de instalacin del muelle fue en el

puerto de Melinka, en las islas Guaitecas, donde las olas de temporal, muy frecuentes en el golfo

de Corcovado, doblan una puntilla y chocan sesgadas pero con regular violencia contra el litoral

de dicho puerto. El muelle ha resistido perfectamente 5 temporales, pero en el sexto ocurri un

desastre debido a un supuesto sabotaje al constatarse que los cabos del anclaje (de polipropileno)

estaban limpiamente seccionados a cuchillo. Los mdulos flotantes se separaron, el puente

basculante cay al agua y por accin del oleaje perfor uno de los mdulos, que se hundi

lentamente, con lo cual se destruy su fondo por impactos sucesivos contra las agudas rocas del

fondo marino. Dada las dificultades climticas del perodo invernal, el reflotamiento y reparacin

del mdulo tard varios meses, pero se ejecut perfectamente, en el lugar, sin requerirse

herramientas, equipos o instalaciones especiales, salvo una soldadura elctrica y desde luego unas

resinas epxicas, auxiliares valiossimos del ferrocemento.

El ferrocemento resulta conveniente en obras menores con poca solicitacin de carga,

pero es perfectamente posible su consideracin en grandes estructuras pero sometido a un nivel

de estudio mayor y un posterior control de calidad apropiado en su fabricacin, donde la

ingeniera de detalles cobra una mayor importancia.

a) FABRICACIN

Ferrocemento es un material compuesto de mortero de cemento y de diversas mallas

metlicas. Es un material similar al hormign armado, en cuanto a su comportamiento

mecnico. El material presenta extraordinarias caractersticas mecnicas. Adems es un material

suficientemente impermeable y con suficiente resistencia al impacto, lo que lo hace un material

muy apropiado para la construccin de balsas para distintos usos en ambiente marino.

- Normas y Cdigos:

Actualmente en nuestro pas no existe una norma que se refiera especficamente al diseo

y uso del ferrocemento, pero la American Concrete Institute (ACI) s hace referencia en la

Guide for the design, construction and repair of Ferrocement. Para efectos de diseo se pueden

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emplear las recomendaciones de la ACI, las que han sido utilizadas en la mayora de los pases de

Amrica Latina y el resto del mundo, avaladas por largos aos de experimentacin y experiencia ,

las que se mantienen vigentes por muchos aos. Tambin se puede utilizar la norma Brasilera

ABNT 1259 Proyecto e execucao de orgamassa armada.

- Componentes del Ferrocemento:

Mortero:

Se compone principalmente por cemento, arena y agua. En lo que se refiere a cemento se

recomienda de tipo Prtland siderrgico de grado corriente, clasificado segn la norma chilena

NCh 148 Of. 68. Cemento Terminologa, clasificacin y especificaciones generales.

Es importante que la graduacin de arena a utilizar sea tal que al fabricar la mezcla de

mortero permita obtener una buena trabajabilidad y se obtenga una buena densidad. Por lo

general no se toleran arenas que superan un mximo nominal de 2.5 [mm]. Al igual que en la

fabricacin de H.A. es importante que las arenas tengan buena solidez, durabilidad y resistencia a

la intemperie, que est libre de impurezas como materia orgnica. Los requisitos granulomtricos

se encuentran en la norma Chilena NCh 163 Of. 79 ridos para morteros y hormigones -

Requisitos generales.

De la misma manera que en el H.A. el agua debe estar libre de materias orgnicas y de

soluciones nocivas que deterioraran el mortero. El agua potable es aceptable para este efecto.

Segn requerimientos de diseo puede ser til emplear algn tipo de aditivo, que pueden

reducir la relacin agua-cemento, aumentar trabajabilidad, etc.

Armadura:

El ferrocemento est compuesto principalmente por 2 tipos de armadura de distinta

caracterstica. stas son la Armadura difusa y la armadura discreta.

La Armadura difusa est constituida por alambres de pequeos dimetros, formando

mallas con espaciamiento pequeo (como por ejemplo: malla de gallinero), las cuales se

distribuyen uniformemente dentro del mortero.

La Armadura discreta sirve de esqueleto, formada por barras de acero de pequeo

dimetro sobre las cuales se sujeta la armadura difusa. A su vez se distinguen 2 tipos de armadura

discreta: la armadura de esqueleto y la armadura suplementaria. La armadura de esqueleto est

constituida generalmente por barras de acero de dimetro entre 4 [mm] y 12 [mm]; van soldadas

o amarradas entre s, para luego sostener las mallas de alambre. Su uso est normalmente

limitado a aplicaciones artesanales, sin uso de moldaje. Las armaduras suplementarias tienen

funcin estructural, actuando en conjunto con las mallas de alambre. Est constituido por barras

de acero.

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- Construccin de los Pontones:

La construccin del esqueleto de acero que reproduce la forma del cajn o balsa puede

realizarse utilizando cerchas o reticulados con barras de acero de diferente dimetro.

Posteriormente el esqueleto debe cubrirse con telas de mallas que se fijan a barras longitudinales

amarrndose con alambres de forma similar a la fabricacin de la enfierradura en hormign

armado. El recubrimiento flucta entre los 3 y 5 [mm].

Para la fabricacin del mortero se recomienda una relacin cemento-agregados de 1:2,

(entre 600 y 700 [Kg. de cemento / m3]) y una relacin agua-cemento entre 0.35 y 0.45.

Existe un fenmeno que ocurre cuando existe contacto entre las barras de refuerzo de

acero estructural y las mallas de alambre galvanizado, conocido como accin galvnica que

produce corrosin del refuerzo disminuyendo su resistencia. Para eliminar esta accin qumica se

agrega trixido de cromo en una proporcin de 300 partes / milln de la cantidad de agua en

peso.

La durabilidad del cajn de ferrocemento depende fundamentalmente de la correcta

aplicacin del mortero.

Existen 3 mtodos bsicos para fabricar pontones. stos son el mtodo abierto o de

esqueleto, el mtodo de molde cerrado y el mtodo en que se utilizan elementos prefabricados.

El mtodo abierto o de esqueleto se compone por un reticulado formado por una unin de

acero de esqueleto con refuerzos de las mallas de alambre por cada lado. A la estructura se le

aplica mortero, pudiendo ser de 2 maneras: una en que se aplica el mortero por un solo lado o

cara forzndolo a salir por el lado opuesto; y la otra aplicando el mortero por ambas caras. Tiene

las siguientes ventajas: no necesita encofrado ya que el acero de esqueleto debiera sostenerse por

si solo y para ello debiera elegirse apropiadamente las secciones de acero; puede lograrse una

buena infiltracin del mortero si se labora adecuadamente al empujar el mortero a travs de las

mallas y; es recomendable cuando se requiere obtener formas complejas. A su vez tiene las

siguientes desventajas: puede aumentarse el espesor de las paredes debido a la forma y espesor

del acero de refuerzo; de no aplicar adecuadamente el mortero a travs de las paredes, no se tiene

una buena compactacin, pudiendo ocasionar futuras filtraciones de agua y; la utilizacin de

acero de refuerzo solo cumple una funcin de molde y no trabajar ante solicitaciones en flexin

por estar ubicado en el eje neutro.

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El mtodo del molde cerrado consiste en utilizar un molde cerrado sobre el cual se

colocan en posicin las mallas de alambre. El mortero es aplicado desde el lado libre de moldaje.

De ser removido el encofrado debe aplicarse previamente desmoldante. Ventajas: elimina el

acero de esqueleto y; es apropiado para fabricacin en serie gracias a la reutilizacin de

encofrados. Desventajas: grandes moldajes pueden ser antieconmico si no se est frente a una

estructura de grandes proporciones.

El mtodo con elementos prefabricados se utiliza cuando la construccin es de tipo

industrial, generalmente las plantas tienen equipamiento tcnico para tal efecto como es el caso

de plantas de hormign armado, obteniendo as elementos prefabricados con un mejor control de

calidad implicando mejores terminaciones. Ventajas: se logra una alta productividad con la

introduccin de equipos y; se obtiene una mejor calidad. Desventajas: Requiere de una inversin

inicial.

Para una eleccin apropiada de uno de los mtodos se debe considerar el tamao , forma y

programa de produccin.

- Reparacin y Mantencin:

Los pontones fabricados de ferrocemento pueden durar muchos aos, si se ha tenido

especial cuidado en el proceso de su construccin y se controlan posibles averas propias del

desgaste y accin del ambiente marino. La aplicacin de pintura como recubrimiento ayudar a

mantener la estructura sana por mucho tiempo.

Posibles fallas que pueden afectar la estructura son las oquedades y las fisuras. Las

oquedades generalmente se producen por deficiente compactacin del mortero sobre todo en

zonas donde existen diminutos espacios a causa de gran concentracin tanto de mallas como de

acero. Las fisuras pueden ser ramificadas y aisladas, pueden producirse por impactos, un mal

curado y aplicacin de cargas mayores a la que pueda soportar la estructura.

Todas las reparaciones a realizar en las paredes de un pontn consisten en aplicar mortero

fresco a la zona afectada. Para garantizar una perfecta unin entre el mortero fresco y la

superficie afectada debe aplicarse resina epxica segn instrucciones del fabricante.

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2.4.3 ACERO

La fabricacin de pontones en acero puede asemejarse bastante a construcciones navales,

especficamente en barcazas y Ferries, las cuales deben soportar las solicitaciones de vehculos.

Tambin se conoce experiencias en Alemania en la fabricacin de pontones en acero para uso

militar. Estos mdulos forman paraleleppedos de dimensiones pequeas y de pequeo espesor

que se unen por medio de ganchos en cada uno de sus extremos. El objetivo es conformar una

estructura muy sencilla y de fcil montaje que cumpla el objetivo de soportar el paso de tanques.

La ventaja de este sistema es que pueden formarse plataformas de los distintos anchos que se

requieran y mejorar su estabilidad aumentando el volumen del mdulo flotante. Este material

requiere de una adecuada mantencin y proteccin ante el proceso de corrosin que genera el

ambiente marino. Este factor puede limitar el periodo de vida de la estructura.

a) FABRICACIN

- Normas y Cdigos:

Pueden seguirse las recomendaciones del Instituto Nacional de Normalizacin a travs de las

siguientes normas tcnicas:

NCh 203 Of.77 Acero para uso estructural. Edificios.

NCh 427 Of.74 Construccin, Especificaciones para el clculo, fabricacin y

construccin de estructuras de acero.

NCh 428 Of.57 Ejecucin de estructuras de acero.

NCh 697 Of.74 Acero. Barras y perfiles livianos. Clasificacin y tolerancias.

NCh 698 Of.74 Acero. Barras y perfiles livianos. Requisitos generales.

NCh 730 Of.71 Acero. Perfiles estructurales soldados al arco sumergido.

NCh 776 Eof.70 Electrodos desnudos para soldar al arco sumergido. Aceros al carbono