Un puente único en su especie

El Puente Cautín, sobre el río del mismo nombre en la localidad de Cajón, en la región de la Araucanía, en Chile, es el protagonista de una historia inédita. Hace cuatro años el Fondo de Innovación Tecnológica del Ministerio de Obras Públicas (MOP) se arriesgó con un proyecto único: remodelar el viaducto con un tablero de madera tensado transversalmente. Partió como una prueba a escala natural y hoy se encuentra en plena operación. Es el primer puente de alto tráfico de Chile y el más largo de Latinoamérica elaborado con esta tecnología.

El puente se construyó a finales de la década de los 30 con un tablero de madera nativa, mismo que fue reemplazado hace seis años. Desde ese momento, y debido al rápido deterioro, a partir del segundo año se sometió a un mantenimiento mensual. El alto costo de los trabajos incentivó a la Dirección de Vialidad de la IX Región a buscar una solución definitiva, apostando por el proyecto de la Universidad de Concepción (UdeC) denominado Puentes de madera postensada. “Hace 15 años que tenemos un grupo en la Universidad que estudia el uso de la madera en Chile. El objetivo era hacer un tablero de prueba a escala natural, que se pudiera monitorear y ver cómo se comportaba a través de los años”, comenta el ingeniero civil y propulsor de esta tecnología en Chile, Mario Giuliano.

Con 30 millones de pesos chilenos proporcionados por el Fondo de Innovación Tecnológica del MOP (casi 700 mil pesos mexicanos), los docentes y estudiantes del departamento de Ingeniería Civil de la UdeC investigaron, durante tres años, cómo debería materializarse el tablero de madera postensada, que ya se aplicaba en Canadá, Estados Unidos, Suecia y Alemania. El ingeniero forestal Luis Valenzuela analizó el tratamiento de las maderas para darles estabilidad dimensional, además de indagar en las propiedades mecánicas y en estructura interna de este material. En marzo de 2004, la teoría pasó a la práctica.

El puente Cautín está conformado por dos estribos y tres cepas de concreto distanciadas a 25 m respectivamente. Posee dos vigas longitudinales rigidizadas por vigas travesaño, sobre los que se apoyaba el tablero de madera nativa. La estructura de concreto se mantuvo, sólo se reemplazó la carpeta. “Las cepas estaban en buenas condiciones para resistir un tablero de madera. Si se hubiese elegido una carpeta de hormigón o aumentar las dimensiones del puente, no podría haberse utilizado la infraestructura del puente para las cargas de servicio que se exigen actualmente”, comenta el constructor civil Néstor San Martín, quien estuvo a cargo de la obra en representación del MOP.

Paso a paso
Los trabajos preliminares comenzaron con el desarme del tablero antiguo que se encontraba en muy malas condiciones. “Siempre se recordaba la anécdota de un ciclista que iba detrás de un camión que aplastó una tabla y que salió volando hasta caer al río.

Afortunadamente no le pasó nada, pero esto da cuenta del mal estado en que se encontraba el puente”, señala Mario Giuliano.
Con personal de la Dirección de Vialidad de la IX Región, se procedió a retirar la totalidad de los tablones. Con la ayuda de herramientas se extrajeron manualmente las piezas sujetas con espárragos. “A continuación se botaron las barandas (parapetos) y con la estructura a la vista, nos dimos cuenta de que el puente estaba totalmente desnivelado”, relata el docente de la UdeC. Para realizar la nivelación, se procedió en primer lugar a elaborar un levantamiento topográfico del nivel de las vigas transversales, las que servirían de apoyo al tablero.

Este análisis arrojó desniveles no permisibles entre apoyos. Para corregir esta situación se nivelaron los apoyos con viguetas sobrepuestas a las existentes, con grout de alta resistencia. A éstas se insertaron pernos de anclaje, que servirían para instalar una solera de madera. “Se procedía a hacer la perforación en la solera, se instalaba ésta dentro de los pernos, se fijaba y se sellaba con alquitrán”, comenta Giuliano.

Esta solera, conformada por vigas de madera en sentido perpendicular a la dirección del puente, constituía la base sobre la que se instalaría el tablero de madera tensada. Los trabajos preliminares demoraron tres semanas.

Montaje del tablero
Con la llegada de la madera estructural suministrada por la empresa CMPC Maderas comenzó el armado del primer patrón que serviría para guiar el resto de los tablones. De 2” de espesor por 9” de ancho, cada tablón se impregnó con creosota de acuerdo con los estándares para este tipo de estructuras y perforado (ver recuadro).

Todas las tablas eran de 4 m de largo, salvo las del inicio y final del puente en medidas de 0.50, 1.00, 1.50 y 2.00 metros.

Cada patrón estaba formado por cuatro tablas, las cuales se clavaban para mantenerlas en posición. Siguiendo esta línea se procedió a colocar secuencialmente toda la madera.

Las cuatro personas que componían la cuadrilla trabajaban amarradas con cinturones de seguridad ligados a cables de acero ubicados de un extremo al otro del puente.

Los tablones dispuestos de canto en la dirección longitudinal del puente se iban tensando en la dirección transversal por medio de barras de acero de alta resistencia; éstas fueron introducidas en la madera por perforaciones hechas en planta. Para esta faena se utilizó acero ASTM A722, correspondiente a un material especial con hilo en toda su longitud. Para introducir el tensado se empleó un sistema de anclaje ubicado en los laterales del tablero. “En uno de los extremos la barra tiene una tuerca y una placa de acero, la cual reacciona contra la madera. En el otro extremo, se encuentra otra placa. En ésta y con la ayuda de un gato, se estira la barra y se coloca la tuerca en el fondo. Cuando se suelta, toda la tensión de compresión se transmite al tablero”, relata Giuliano.

El tensado se ejecutó con un cilindro hidráulico hueco, que aplicaba tensión a la barra, tirándola desde su extremo. Entre el cilindro hidráulico y la placa de apoyo existe una silla metálica soldada que facilita el paso de una llave inglesa para apretar la tuerca de anclaje a medida que se aplica la tensión. La fuerza en la barra se mantiene cuando la presión del cilindro hidráulico se libera.

A través de este sistema de postensado transversal, señalan los especialistas, el tablero actúa como una placa sólida de madera, cuya función estructural es repartir las cargas de las ruedas de los vehículos a los tablones vecinos que no actúan directamente, colaborando a resistir parte de la carga.

Para que el puente de madera tensada opere correctamente, explica Mario Giuliano, todas las barras deben ser tensadas en secuencia en reiteradas ocasiones hasta uniformar la fuerza, lo que se logra generalmente tensando la primera barra en un extremo del puente y sucesivamente el resto. El tensado de las barras en el puente Cautín se realizó en tres fases, primero un 25% del nivel de tensado, posteriormente un 50% y finalmente se llegó al 100%.

Para proteger las barras de la corrosión, éstas fueron embutidas en tubos o vainas de plástico (PVC) y luego se rellenaron con grasa. Después de cuatro días, el tablero de madera de 97 m de largo por 4.50 m de ancho ya estaba finalizado.

Obras complementarias
Se recubrió la madera con una lámina asfáltica. Posteriormente se procedió a la colocación del concreto asfáltico. “Pese a ser de una sola vía, el puente se encuentra ubicado en un camino principal con bastante circulación, por lo que debido a la tracción que tienen los neumáticos de los vehículos, resultaba imprescindible proteger la madera”, comenta el profesional del MOP, Néstor San Martín.

Hubo un desafío en esta etapa. “Por el ancho del puente, con el asfalto no pudimos darle la forma para evacuar las aguas, por lo que a un lado colocamos 7 cm de asfalto y al otro sólo 3 cm. El lado cubierto con mayor espesor se ha comportado muy bien pero el otro lado está craqueleado. Con este aprendizaje ya podemos definir cuál es el espesor mínimo”, relata el docente de la UdeC.

Después montaron las barandas. “Hubiese sido ideal hacerlas de madera; sin embargo, por un tema de costos y tiempo, se realizaron de acero, las cuales fueron montadas a la estructura de hormigón del puente”, comenta el especialista.

Las veredas (banquetas) peatonales son de madera, un punto a mejorar. “Como es un puente de alto tráfico de camiones, y a veces se suben a las veredas, se han roto algunas partes, pero justamente ésa era la finalidad del puente, ver cuáles eran los problemas que podíamos encontrar para mejorarlos en una segunda etapa”, comentan en la UdeC.

Un sistema antisísmico fue aplicado. Bajo del tablero fueron instalados tacos de madera sólida, unidos a la solera con tirafondos. Éstos se instalaron por ambos lados de la pieza con el objetivo de que el tablero no se deslizara horizontalmente en ninguna dirección. Esta última etapa demoró cinco semanas; la construcción total del tablero postensado llevó dos meses y medio.

Ventajas del sistema
Según los especialistas, el sistema de madera postensada resulta una alternativa válida ante otras soluciones constructivas para puentes. “Si comparamos un tablero de madera tensado con uno de madera tradicional de 97 m de largo y 3.6 m de ancho, podemos notar que el tensado tiene un costo de alrededor de 57 millones versus el tradicional que cuesta 32 millones de pesos chilenos. Sin embargo, el tablero postensado está proyectado para que tenga una duración de 40 años, mientras que el tradicional hay que repararlo cada dos”. A la larga, en esos mismos 40 años se gastarían 220 millones”, señala Gustavo Ugalde, de la UdeC.

Por otro lado, se trata de un montaje sencillo que no requiere mano de obra sumamente calificada. Basta con una buena supervisión y especialización en la etapa de tensado. Además es rápido de ejecutar, demorando sólo 10 días aproximadamente contra una losa de concreto que lleva tres meses, destaca Giuliano.

Evaluación y mantenimiento
Durante los cuatro años de operación del puente con su nuevo tablero, los académicos y alumnos han realizado un seguimiento para determinar las pérdidas de tensado, el comportamiento mecánico de la madera y su respuesta ante las condiciones de temperatura y humedad de la zona.

Es de destacarse el estudio del fenómeno del creep o fluage, deformación que sufre un cuerpo de comportamiento viscoelástico cuando se ve sometido a cargas reducidas pero de larga duración. Cuando una fuerza de compresión constante es colocada en la madera, ésta lentamente se deforma con el tiempo, acción reversible toda vez que no rebase el límite elástico del material. Por la carga a la que fue sometida la madera al tensar sus barras, ésta padece creep, acortando el ancho del puente con la consecuente disminución de la tensión del cable y reduciendo su efectividad. Esa pérdida de tensión, sin embargo, se controla con ‘retensado’, según los especialistas. “Al principio calculamos que cada cinco o seis años hay que retensar el tablero. De todas formas hacemos mediciones a cada barra para medir cuánta tensión ha perdido en estos años, la cual, hasta ahora, ha coincidido con las determinadas en los ensayos de laboratorio“, afirma Giuliano.

El cálculo estructural elaborado por la UdeC, se basó en la normativa de la AASHTO (American Association of State Highway and Transportation Officials), guía de especificaciones para el diseño de tableros postensados publicada en 1991, siendo adaptada a las condiciones de Chile, previa aprobación de la Dirección de Vialidad.