Puente Yelcho: Estructura y proceso de construcción

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA EN OBRAS CIVILES
PUENTE YELCHO,
ESTRUCTURA Y PROCESO DE CONSTRUCCIÓN.
RODRIGO REYES CAMPOS
BEATRIZ YÁÑEZ MEJÍAS
Profesor:
Sr. Esteban Jamett
Santiago – Chile
2014

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1. ÍNDICE
2. RESUMEN .................................................................................................................. 3
3. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 4
4. ANTECEDENTES GENERALES ................................................................................ 5
4.1. UBICACIÓN ................................................................................................................ 5
4.2. CLIMA ........................................................................................................................ 6
4.3. SOCIAL Y ECONÓMICO ............................................................................................ 7
5. PROCESO CONSTRUCTIVO .................................................................................... 8
5.1. GENERALIDADES ..................................................................................................... 8
5.2. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA ................................................................................... 11
5.3. CARACTERISTICAS DE LA OBRA .......................................................................... 12
5.4. PROCESO CONSTRUCTIVO .................................................................................. 13
5.5. ACLARACIONES GENERALES ............................................................................... 17
6. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 18
7. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................... 19

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2. RESUMEN
El puente Yelcho es un puente de tipo atirantado, construido en Chile, específicamente en la X Región de Los Lagos. Este puente nace por la necesidad de dar conectividad vía terrestre en el camino Longitudinal Austral, para reducir la dependencia que existe entre los transbordadores y permitir un tránsito vehicular ininterrumpido.
El puente posee una longitud total de 250 metros, con un tramo central y dos tramos laterales, fabricado con hormigón armado y sujeto por tirantes de acero, construido por el método de voladizos sucesivos para el tramo central del tablero.
El proyecto fue desarrollado por la empresa Diwidag, de Alemania, y construido por la empresa constructora nacional Sical Ltda. En su construcción solo trabajaron profesionales y personal chilenos, con asesoría extranjera.

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3. INTRODUCCIÓN
La construcción del puente Yelcho, alrededor del año 1989, nace como una idea de lograr conectividad entre zonas que hasta hace algunos años eran territorios casi inexplorados, dada la dificultad para acceder a ellos. En aquella época, la única forma de llegar a ciertos lugares era a través de transbordadores, y su funcionamiento dependía de las condiciones climáticas de la zona, lo que en algunas ocasiones se hacía imposible realizarlo, aislando a localidades de la ciudad.
Conocida la problemática, se propuso la idea de construir un puente que pudiera conectar las rutas existentes (carretera Austral) y así poder independizarse del sistema actual de transporte, lo que a su vez traería beneficios a las localidades aledañas, esperando un aumento económico y poblacional.
Este tipo de puente fue el primero en construirse en Chile, diseñado por la empresa alemana Diwidag, el cual consiste en un puente tipo atirantado, en donde se utiliza el método de voladizos sucesivos en su construcción, aplicando nuevas tecnologías en su ejecución, lo que provoca gran incidencia en la Ingeniería a nivel Nacional.
En el presente informe se presentará el proceso constructivo utilizado en la construcción del puente. La investigación está basada en publicaciones y documentos obtenidos en instituciones tales como Sernageomin, Ministerio de Obras Públicas y de la Asociación de Ingenieros Estructurales, de ARGENTINA.

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4. ANTECEDENTES GENERALES
4.1. UBICACIÓN
El Puente Yelcho está localizado en la X Región de Los Lagos, en la provincia de Palena, a unos 47[Km] al sur de Chaitén. Sus coordenadas son , y se ubica en la zona cordillerana, en el nacimiento del Río Yelcho.
Esta región corresponde a una zona montañosa, y dada su formación geológica, presenta fiordos y canales, dándole características insulares. Todo esto hace que el acceso a las distintas localidades sea difícil, por lo que su desarrollo económico e integración al territorio, siempre se ha visto limitada.
Con la construcción del camino Longitudinal se ha permitido incluir estas zonas, donde el puente ha jugado un papel muy importante, permitiendo dar conectividad al territorio nacional, aportando con un mejor y mayor acceso a los servicios de salud, educación y asistencia técnica, valorización de la tierra y desarrollo de actividades productivas para la ciudadanía. A su vez, ha sido un aporte considerable al turismo regional.
Fig.4.1 Extracto de mapa Chile. Ubicación Puente Yelcho. Disponible en World Wide Web: http://maps.google.cl/

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4.2. CLIMA
El clima tiene características térmicas relativamente homogéneas, con lógicas variaciones impuestas por la altura y la cercanía al mar o grandes lagos. En la región se pueden distinguir dos tipos de climas:
 Clima Templado Lluvioso con Influencia Mediterránea: se extiende hasta el tercio superior de la isla de Chiloé y su extensión hacia el continente. Presenta una temperatura promedio anual de 11°C. En la Región existen numerosos lagos, los que además de darle el nombre a la misma, ayudan a mantener la homogeneidad térmica y son fuentes de humedad1, característica común en esta zona.
 Clima Templado Frio de Costa Occidental con máximo Invernal de Lluvias: se extiende desde el tercio inferior de Chiloé, incluyendo el territorio continental. Debido a su cercanía a regiones polares, su temperatura promedio son inferiores a 10°C, las cuales varían según la altitud, siendo mayores en la zona costera e inferiores en la zona cordillerana.
Las precipitaciones anuales promedio presentes en algunas localidades son: 1.900mm en Castro, 3.000mm en Chaitén y 2.000mm en Futaleufú.
1 Abstracto documento en línea, disponible en World Wide Web: http://www.meteochile.cl/climas/climas_decima_region.html

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4.3. SOCIAL Y ECONÓMICO
Como se puede observar de la Fig. 4.3, la población de la provincia de Palena, entre los años 1992 y 2002 no ha presentado un aumento significativo, a diferencia de la población de la provincia de Llanquihue o Chiloé.
Al mismo tiempo, el desarrollo de la localidad de Palena, es mucho más baja que la de Llanquihue o Chiloé. Esto se debe principalmente al bajo crecimiento de la población y a la dispersión de sus viviendas, característica territorial de la zona. Dada estas condiciones, se ha hecho difícil la adquisición de fondos para la inversión en proyectos en mejora de la provincia, ya que esto significa mayores costos para el Estado, sumándose al bajo presupuesto que disponen los municipios.
Fig. 4.3 Población y vivienda según provincias y comunas, Censo 2002 y 1992.
Disponible en documento en línea World Wide Web: http://www.ineloslagos.cl/archivos%5Cfiles%5Cpdf%5CDivisionPoliticoAdministrativa%5Closlagos.pdf

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5. PROCESO CONSTRUCTIVO
5.1. GENERALIDADES
Un puente es una construcción que permite conectar un accidente geográfico como un río, cañón, valle, carretera, camino, vía férrea o cualquier otro obstáculo físico. A la hora de seleccionar y diseñar el tipo de puente, se deben considerar ciertos factores 1. El obstáculo a salvar, básicamente la distancia. 2. Naturaleza del terreno sobre el que se construye. 3. Magnitudes de la obra: volúmenes, geometría y elementos que se puedan ajustar si se requieren modificaciones producto de observaciones in situ. 4. Emplazamiento de obra. 5. Presupuesto. Para satisfacer la necesidad del mandate según estos factores, tenemos distintos tipos de puente:
 Puente de viga:
Es el más económico y sencillo de construir, consiste básicamente en una viga soportada en cada uno de sus extremos por un pilar se utiliza para distancias no superiores a los 80 metros.
Fig.5.1.1 Puente División Azul, Valladolid, España.

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 Puente en arco:
Ofrecen una gran resistencia, una de las técnicas más empleadas a lo largo de la historia, gracias a su geometría tiene alta resistencia a la compresión, puede salvar distancia desde los 60 a 250 metros.
 Puentes colgantes:
Destacan por su limpieza de línea y su resistencia, pueden salvar una distancia hasta 2200 metros, son muy ligeros y flexibles es por esto que es necesario realizar pruebas aerodinámicas.
 Puentes atirantados:
Pueden salvar distancias de 850 metros, tienen cierta similitud con los puentes colgantes, pero soportan la carga de manera distinta. La diferencia básicamente es en la forma en que los cables están conectados a las torres. En el puente colgante se encuentran los cables principales que van conectados de torre a torre, y los secundarios, que tienen una posición vertical desde el cable principal hacia el tablero.
Fig.5.1.2 Puente Arrábida, Portugal.
Fig.5.1.3 Puente Golden Gate, San Francisco, EE.UU.
Fig.5.1.4 Puente diseño paralelo. Puente Samuel Beckett, Dublín. Arquitecto e Ingeniero Santiago Calatrava

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En el puente atirantado los cables van directamente conectados de la torre hacia el tablero. Soportando así toda la carga. El colgante trabaja principalmente a tracción mientras que el atirantado puede trabajar partes a tracción y otras a compresión.
Los puentes atirantados pueden estar conectados a dos torres ubicadas a ambos lados del puente o en algunos casos en una única torre ubicada en la posición central o asimétrica.
Según la sujeción de los tirantes se habla de:
 Diseño radial o abanico: si los cables parten de diferentes puntos del puente y convergen en la parte más elevada de la torre.
 Diseño paralelo: si los cables van anclados a distintas alturas de la torres y son paralelos entre sí.
Al realizar la licitación de esta obra, se compitió con proyectos que proponían diseños de puentes atirantados, enrejados y colgantes. Todos ellos contaban con una luz central mínima de 150m y una calzada de una vía con tablero de hormigón armado.
Inicialmente el Ministerio de Obras Públicas propuso un diseño de puente tipo colgante, con las mismas dimensiones antes especificadas. El tablero estaría compuesto por una losa de hormigón armado, soportada por vigas longitudinales reticuladas y un sistema de vigas transversales de acero.
Entre las diversas alternativas propuestas por la licitación, se eligió la que respondía a las necesidades requeridas, apostando por un proyecto eficiente y conveniente desde el punto de vista fiscal, por su menor costo, una mayor durabilidad y en especial por tratarse de un proyecto de avanzada y moderna tecnología, descartando lo propuesto originalmente por el Ministerio.
Como antecedente importante, podemos mencionar que las ofertas presentadas variaron entre 500 y 980 millones de pesos.

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5.2. DESCRIPCIÓN DE LA OBRA
El proyecto fue adjudicado a la empresa alemana Diwidag, la cual fue realizada por la empresa constructora chilena SICAL, Sociedad de Ingeniería y Construcción Austral LTDA.
Antecedentes del Proyecto:
 Obra: Construcción puente Yelcho
 Ubicación: Camino longitudinal Austral, Sector Chaitén – Coyhaique.
 Administración: Dirección de vialidad. Ministerio de Obras Públicas.
 Contratista: SICAL LTDA.
 Fecha de inicio: 16 de Junio 1989
 Fecha de término: 7 de Diciembre de 1990
 Monto aproximado: 670.000.000
Fig. 5.2 Fotografía Puente Yelcho, vista desde el lago del mismo nombre.

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5.3. CARACTERISTICAS DE LA OBRA
 Tipo de puente: Atirantado.
 Longitud: 250 [m].
 Número de Tramos: un tramo central de 150 [m] y dos tramos laterales de 50[m] cada uno.
 Calzada: 5 [m] con losa de hormigón.
 Infraestructura: fundaciones basadas en pilotes in situ de 1 [m] de diámetro y 11 [m] de longitud, con elevaciones y torres de hormigón de 42 [m] de altura aproximadamente.
 Superestructura: estructura atirantada con barras de 36mm, que por su moderna tecnología, pasa a ser el primer puente de su estilo en el país.
Fig. 5.3.1 Vista general diseño puente Yelcho.
Fig. 5.3.2 Vista sección transversal de la losa.

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5.4. PROCESO CONSTRUCTIVO
El proceso constructivo del puente Yelcho, comienza con la construcción de las fundaciones y sus cabezales. Las fundaciones utilizadas fueron pilotes in situ. Para las torres se utilizaron 10 pilotes de 15 metros de longitud y 1 metro de diámetro, y para los estribos se utilizaron 8 pilotes de 14 metros de longitud y 1 metro de diámetro. Posteriormente se comienza con la construcción de la parte norte del puente, comenzando con la torre de longitud de 41.35 metros de altura. Las fundaciones y la torre son de hormigón armado, en donde algunas secciones de la torre fueron postensadas.
Luego se construye el estribo y el tramo lateral, de 50 metros de longitud. Ambos fueron hormigonados, utilizando encofrado con apuntalamiento convencional.
Fig.5.4.2 Primera etapa construcción puente Yelcho. Fuente: Revista N°16, Asociación de Ingenieros Estructurales, Argentina.
Fig. 5.4.1 Diseño de elevación de la torre.

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La cabeza de la torre fue postensada en las direcciones longitudinal, transversal y vertical, utilizando barras de acero de 36mm de diámetro, grado 835/1030 (N/mm2).
La colocación de los cables tensores u obenques2 se realizó a mano, y fue necesario utilizar cables auxiliares para su montaje. Para fijar los obenques se colocaron anclajes en la parte superior de la torre y en los bordes de las vigas principales. Los obenques deben ser recubiertos con pintura protectora, aplicando tres capas. La sustancia está compuesta a base de alquitrán y epoxi3.
Las barras utilizadas son provenientes de Alemania, por lo que debido a las limitaciones en el transporte, sus longitudes máximas eran de 11.8 metros. Las barras que se diseñaron para utilizar en el puente, eran de mayores dimensiones, por lo que se debió utilizar acopladores roscados para unir las barras de acero y así poder completar las longitudes requeridas según el diseño. En el proyecto se utilizaron más de 6.100 metros de barras de este tipo.
Para estabilizar el puente durante su construcción, fue necesario utilizar obenques auxiliares de avance, los cuales fueron fijados a la cabeza de la torre norte y a la fundación de la torre de la zona sur del puente, ubicado a 150 metros. Los obenques auxiliares consisten en dos conjuntos de 10 trenzas de 0.6´´ de diámetro, de grado St 1570/1770 (N/mm2).
2 Obenque: barras de 36mm de diámetro, de grado 835/1030 (N/mm2).
3 Epoxi: pintura de protección de larga duración.
Fig.5.4.3 Segunda etapa construcción puente Yelcho. Fuente: Revista N°16, Asociación de Ingenieros Estructurales, Argentina.

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De acuerdo con el manual de operaciones para la construcción, los obenques del tramo lateral y los obenques auxiliares fueron tensados en una secuencia elegida. Están ubicados uniformemente distribuidos a lo largo del puente, esto permite una óptima distribución de las cargas de peso propio y cargas móviles.
El diseño de abanico de los tirantes nos arroja resultados favorables en las compresiones de la estructura del tablero, permitiendo realizar un diseño de losa más esbelto y por lo tanto más económico.
Al finalizar esta operación de tesado, la carga completa del tramo lateral quedo soportada por los obenques y se pudo retirar el apuntalamiento y el encofrado.
A continuación se debe instalar el andamio móvil sobre a cabeza de la pila, el cual consiste de dos vigas reticuladas de acero, suspendidas bajo las vigas principales de borde de la superestructura, las cuales están empotradas en el tramo de hormigón anterior y apoyadas en el tirante siguiente, que permiten soportas las cargas del encofrado de la losa del tablero.
La fijación provisional de este andamio móvil se realizó por medio de un sistema de barras rosca y placas de anclaje, apoyado en el tirante, mediante un sistema de bielas y placas de anclaje, permitiendo transmitir las tensiones de las vigas del andamio al hormigón. El andamio móvil pesa aproximadamente 12 toneladas, y tiene la capacidad de hormigonar tramos de hasta 6 metros y soportar cargas de 320KN.
Fig.5.4.4 Tercera etapa construcción puente Yelcho. Fuente: Revista N°16, Asociación de Ingenieros Estructurales, Argentina.

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Para mantener el nivel de la rasante requerida durante la construcción en voladizo, los niveles de encofrado fueron ajustados de acuerdo a las contraflechas calculadas para cada etapa de la construcción.
Con los obenques ya fijados al andamio móvil, se verifica que la rasante sea la requerida, para continuar con el armado y hormigonado de cada segmento.
Para seguir con la construcción de cada segmento, es necesario esperar a que el hormigón fragüe y alcance la resistencia mínima de 240kg/cm2. Luego el tablero móvil es descendido y movido a la nueva ubicación, completando este ciclo para cada tramo.
La sueperestructura fue construida de la forma descrita hasta la mitad del tramo principal y en ese momento fueron removidos los obenques auxiliares de avance.
Al finalizar la construcción de las mitades norte y sur del puente, las dos partes fueron conectadas para formar una única estructura. Para este propósito el andamio móvil fue fijado a ambos lados del segmento del cierre, se ajustaron las pequeñas diferencias de nivel entre ambas mitades y se hormigonó el segmento de cierre.
Fig.5.4.5 Cuarta etapa construcción puente Yelcho. Fuente: Revista N°16, Asociación de Ingenieros Estructurales, Argentina.

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5.5. ACLARACIONES GENERALES
1. La resistencia cilíndrica a los 28 días serán:
 Pilotes : 240kg/cm2
 Fundaciones y estribos: 300 kg/cm2
 Torres: 320 kg/cm2
 Superestructura: 320 kg/cm2
2. Todo el acero de refuerzo será de calidad A63-42H, en concordancia a la ACI 615.
3. Una característica a destacar es que la obra se construyó sin la ayuda de maquinaria ni equipo pesado alguno.

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6. CONCLUSIONES
La gran variedad de diseños de puentes ha permitido poder responder de mejor manera a las solicitaciones en que se está presente, apostando por diseños económicos y aportando al diseño arquitectónico. Además con las nuevas tecnologías que van surgiendo en el ámbito de la ingeniería, se ha podido dar solución de forma eficiente a las distintas necesidades del hombre.
Es por esto que cada vez se construye con el objetivo de abaratar costos, ya sea disminuyendo la cantidad de material a utilizar (si es que el diseño lo permite) o utilizando nuevas metodologías de trabajo, todo esto sin poner en peligro la vida de las personas, lo que ha significado un gran paso en la Ingeniería a nivel mundial.
Fue un importante reto la ubicación, ya que dificultó el emplazamiento de la obra, donde el transporte de equipos y material para la construcción debió recorrer 1300 kilómetros de distancia.
Para el método de voladizo sucesivos, al ser utilizado por primera vez en Chile requirió de mano de obra calificada y de profesionales destacados, para así asegurar una correcta ejecución del diseño y poder afrontar de mejor manera los problemas presentados cada día.
Podemos destacar que el método constructivo del puente Yelcho varió en su metodología con respecto al método tradicional, ya que este procedimiento, una vez ya construidas las torres principales, se trabaja con voladizos sucesivos en forma paralela a ambos lados.
La configuración en abanico que toma el puente yelcho, presenta algunas ventajas desde el punto de vista estructural, además de estética. Esta configuración aumenta la rigidez de la estructura frente a cargas de viento y sísmicas, lo cuales son rápidamente amortiguados en comparación a una estructura colgante.
Como hemos visto, a pesar de la conectividad lograda en la provincia de Palena, no se ha podido apreciar un aumento significativo de la población, por lo que la construcción del puente Yelcho no ha sido un factor que haya llevado al crecimiento.

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7. BIBLIOGRAFÍA
o García, J., & Morales, M. (s.f.). VIADUCTOS POR VOLADIZOS SUCESIVOS SOBRE EL GUADALQUIVIR.
o Gerardino, M. (2011). ESTUDIO COMPARATIVO DE PUENTES CONSTRUIDOS POR VOLADIZOS SUCESIVOS.
o Linke, M. (1999). EL PUENTE YELCHO EN PUERTO CÁRDENAS.
o MOP. (1990). CONSTRUCCIÓN PUENTE YELCHO.
o REVISTA DE OBRAS PÚBLICAS. (1992). Puente Yelcho y accesos Palena.
o Sernageomin. (s.f.). PUENTE YELCHO.