Izado de dovelas para la construcción de puentes sobre agua

31-07-2018 | Publicado por Joaquín Martí

Cuando se va a construir un puente sobre el agua, una posibilidad es traer sucesivas dovelas en barcazas e izarlas hasta su posición definitiva. Conceptualmente es un proceso sencillo, pero en aguas abiertas como bahías o estuarios, los fenómenos dinámicos pueden ser bastante complejos.

Principia ha analizado el proceso para dos puentes muy conocidos y recientemente construidos: el puente “Constitución de 1812” en la bahía de Cádiz y el Queensferry Crossing en Escocia.

Algunas de las experiencias adquiridas, en particular en relación con este último, se comentan aquí brevemente.

Como hemos dicho, las dovelas se traen en barcaza y se izan por medio de un carro de avance. Durante el izado la barcaza está anclada con cuatro cables, pero tanto la barcaza como el puente se mueven como consecuencia de las corrientes, las olas y el viento. Durante el proceso es imprescindible limitar la desalineación de soportes, las fuerzas en los plintos, las cargas en la grúa, el factor de carga dinámico y las fuerzas desarrolladas en los cables de elevación y de retención.

Para investigar el proceso generamos un modelo numérico que incluía la barcaza y su sistema de anclaje, los plintos de apoyo, la dovela, los cables de retención, los de elevación, la grúa y el tablero.

Llevamos a cabo del orden de 400 simulaciones que abarcaban las múltiples combinaciones de olas, corrientes y vientos, así como otros aspectos tales como la longitud del tablero y su estado de fisuración. Los análisis permitieron determinar si se satisfacían los requisitos impuestos, investigar la influencia de los diversos parámetros e identificar las fases potencialmente más comprometidas del proceso de izado de las dovelas.

La barcaza y su sistema de anclaje se representaron con las correspondientes matrices de masa inercial y rigidez. La dovela fue caracterizada con su masa y momentos de inercia. Se emplearon elementos barra para modelizar la retención lateral. Para los plintos se usaron conectores provistos con la rigidez a compresión y el amortiguamiento adecuados.

Los cables de retención mantenían un extremo sujeto a la barcaza y el otro a la dovela. Los cables de izado se modelizaron con conectores que permitían elevar la dovela al tirar del cable; estaban conectados con la grúa, representada con otro conector provisto con su propia rigidez. La grúa estaba también conectada al tablero, caracterizado con su rigidez, inercia y amortiguamiento, tanto para los desplazamientos como para los giros.

Tras extraer los modos propios, se analizó el proceso de elevación. Para ello, las historias de movimientos de la barcaza y el tablero, generadas por olas y viento, se convirtieron primero en historias de fuerzas. Estas últimas, junto con el resto de componentes del movimiento, se introdujeron después al modelo para obtener su evolución temporal por integración implícita usando Abaqus.

La metodología numérica adoptada funcionó muy bien y permitió confirmar que prácticamente todos los criterios de aceptabilidad se satisfacían en todas las situaciones analizadas.

Se comprobó también que el viento tenía una influencia pequeña en comparación con las olas. La fase más crítica del proceso resultó ser aquélla en que la dovela está perdiendo contacto con la barcaza, fase que debería por tanto ser lo más breve posible. Por último, la realidad constituye la mejor comprobación para cualquier cálculo: el izado de dovelas funcionó sin percances en los dos puentes y ambos están ya abiertos al tráfico.