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Entre las mayores complejidades que se presentan con frecuencia está la ocupación del sitio, pues la tipología del puente y el método de ejecución puede verse muy influenciado por esta circunstancia, como en los casos extremos de las figuras 1 y 2 .

El primero se refiere a una nueva carretera en la ciudad de Funchal, en la isla de Madeira, y el segundo - inaugurado en 1998 al tráfico ferroviario- se relaciona con el viaducto de acceso al puente suspendido Tagus, en Lisboa. En los ambos ejemplos, la ocupación del sitio recomendaba limitar cualquier tipo de nuevas estructuras de transporte, dada la imposibilidad de mitigar la estridencia y que los estudios ambientales no eran afines; sin embargo, tampoco se tenía a la vista otra solución.

Así, en la fig. 1 se ejemplifica cómo se redujo el impacto visual de las vistas oblicuas de los viaductos, al utilizar en las losas tableros de concreto presforzado, muy esbeltos, con bovedillas apoyadas en dos pilas individuales en la dirección transversal (fig. 1 a)

En la línea férrea del viaducto Tagus (fig. 2) las limitaciones principales se relacionaban con el método de montaje y los problemas de ruido. En este caso, la necesidad de instalar el tablero de la vía férrea en una estructura existente, sin disponer de ningún acceso desde el suelo y los claros típicos de 76 m, sugerían la realización de un lanzado paulatino (4) desde ambos extremos. Así, la longitud total de 918.9 m se dividió en dos partes, 392.3 + 526.6 m por una junta de expansión: una alineación recta y otra de curvatura constante en el plano (R = 1000 m).

El lanzado se hizo por segmentos de 20 m y 16 m (fig. 2) a una velocidad promedio de 10 m/h. Cabe mencionar que durante todo el proceso constructivo el riesgo asociado con la ocupación en el sitio estuvo presente, pues la caída de un simple perno -dejado en la estructura por accidente- hubiera causado un daño considerable.

El material del tablero se eligió entre tres candidatos: el acero, el concreto presforzado y un tablero mixto. Este último se seleccionó por las siguientes razones:

- era más fácil de lanzar que un tablero de concreto, debido a las longitudes de los claros
- las acciones sísmicas inducidas en los pilares existentes fueron menores comparadas con la de concreto
- un tablero ortotrópico de acero era más ligero, pero más caro, y bajo el tráfico del ferrocarril, el ruido era superior respecto de la estructura compuesta.

En la fig. 3 se muestra la sección transversal del tablero en la que se usaron dos trabes de placas en acero S355 K2G3 (EN10025) y una losa de concreto (C35/45) de 35 cm de grueso; el grosor de las alas variaba entre cuatro cm en las secciones de claro y 12 cm en las de apoyo. Sólo se pusieron rigidizadores transversales en las trabes principales. Las operaciones de lanzado incremental?? se hicieron sin perturbar el tráfico existente. Los segmentos se transportaron al sitio en dos mitades de secciones soldadas transversalmente en los diafragmas, (a una distancia de 6.4 m) y se instaló el arriostramiento de la parte inferior. Se instalaron dos plataformas de lanzado en las dos secciones extremas. La carga muerta de la estructura de acero del tablero fue de 48 kN/m; el peso muerto total es de aproximadamente 200 kN/m, incluyendo el balasto, la losa del tablero de concreto, la membrana impermeable al agua, los rieles, durmientes y otros elementos estructurales.

La solución de los balastos resultó de largas discusiones con la administración del ferrocarril, entre la fijación directa de los rieles al tablero del puente, un riel empotrado en una mezcla de granulado de corcho, rellenadores minerales y epóxicos compuestos elastoméricos y un tipo de material de corcho, y finalmente, la opción de balasto seleccionada.

Desde un punto de vista puramente estructural, evitar el uso de los balastos hubiera sido lo mejor, pues representan (balasto y durmientes) aproximadamente 35% de la carga muerta del tablero. Sin embargo, para el impacto del ruido, el recurso de la fijación directa requería un tablero adicional de 30 cm en la parte superior de la losa estructural, con una membrana aislante del sonido entre éstos. El peso era similar al del balasto, el costo mayor y la complejidad de las juntas de expansión de los rieles entre el viaducto y el puente suspendido mucho más alto.

La otra opción el riel empotrado-, no se seleccionó dada la preocupación del propietario acerca de las exigencias de mantenimiento, para lo cual, en ese momento, se carecía de experiencia en el país.

Entre las cuestiones más importantes en el diseño de puentes urbanos destacan la escala apropiada y la tipología. Otros aspectos relacionados con las limitaciones debido a los requisitos de mantenimiento del tráfico durante la construcción pueden desempeñar un papel decisivo en las opciones de diseño. La escala no puede reducirse a un problema de integración con la topografía, ya que, en un ambiente urbano, la integración con las construcciones circundantes es un asunto esencial.

En el diseño de puentes urbanos la necesidad de mantener el sistema de carreteras existente permanentemente en operación por lo general resulta clave. Así, las soluciones prefabricadas, bien sea en tableros compuestos de acero y concreto o tableros de concreto presforzado, básicamente son los esquemas de construcción más convenientes. Deben evitarse las trabes en I de concreto presforzado en los viaductos urbanos en beneficio de la estética y la integración en el ambiente urbano. Alternativamente, las trabes de caja pequeña hechas de formas en U premoldeadas con losas para tablero parcialmente premoldeadas constituyen propuestas económicas y estéticas.

Tal como se señaló, una pila individual (transversal) en cada sección de apoyo es la mejor solución. Sin embargo, para tableros anchos hechos con trabes premoldeadas en forma de U puede necesitarse una viga transversal entre dos pilas (Fig. 4). En favor de la estética, esta viga debe empotrarse en el tablero, cuya completa continuidad es fácil de obtener con este esquema colando in situ la viga transversal y aplicando el presforzado continuo sobre las secciones de apoyo.

El uso de secciones de premoldeadas en U para hacer trabes en cajón de multiceldas (Fig. 5) puede ser un esquema muy conveniente para algunos viaductos urbanos, como ejemplica con su diseño la Fig. 6. El viaducto que cruza una glorieta con tráfico circular en el área del aeropuerto de Lisboa fue construido con base en una licitación de diseño y construcción para las carreteras de acceso a la Exposición Mundial 1998 Expo 98. Para erigir esta obra se destinaron aproximadamente seis meses, durante lo cual se impidió perturbar al tráfico en el tramo circular.

Así, se decidió competir con un concepto de diseño alternativo cuyo objetivo era crear un tablero de puente esbelto. La primera idea era la de centrar el eje del viaducto con el del tráfico circular. El segundo concepto pretendía evitar más de una pila en el tramo para tráfico circular, y otra intermedia en cada extremo del claro. Mediante la tercera idea se buscaba evitar más de un pilar en cada sección de apoyo, un concepto estético básico para un viaducto urbano. Se consideraron estos criterios, en tanto se tenía en mente la preferencia del cliente por el concreto.

En principio se previó adoptar una solución de tirantes de cable con un solo mástil en el centro del tramo de tráfico circular. Sin embargo, la altura del mástil excedía la permisible para un elemento estructural por encima del tablero dados los requisitos de espacio del aeropuerto para la seguridad de los aviones. Una solución alternativa era localizar una sola pila en el tramo de tráfico circular (Fig. 5) y otra adyacente a cada contrafuerte. Se estudió la estética del pila principal (Figs. 6 y 7) con dos objetivos: crear una imagen positiva en el tramo de tráfico circular para reducir los espacios intermedios en beneficio de la esbeltez del tablero, introduciendo un sofito curvo en los ejes fustes de los pilares y presforzar estos fustes, y hacer una conexión rígida entre el fuste de la pila y el tablero.

En cuanto al tablero, se eligió una sección en cajón con grandes bovedillas por razones estéticas.

La alineación curva en el plano del tablero se logró (Fig. 7) por el esquema de segmentos ejecutado con trabes rectas premoldeadas.

La losa del tablero elaboró con una curvatura en el plano y la pendiente transversal asociada.

Se consideró una caja de celdas múltiples, hecha de dos o tres segmentos prefabricados. La última opción fue retenida para limitar el peso muerto de las trabes en forma de U. Las juntas de construcción se introdujeron en las pilas intermedias y en secciones de 1/6 de los claros internos de 41 m. La longitud máxima de los elementos premoldeados se redujo a 33 m, y el peso máximo a unas 100 toneladas. Los 15 elementos premoldeados fueron pretensados y postensados en el patio, transportados al sitio y montados durante la noche.

La continuidad total de las juntas de construcción se introdujo colando con concreto los elementos transversales y aplicando presfuerzo interno y externo. Las varillas de presfuerzo se introdujeron en las juntas de construcción de 1/6 de los claros inyectados entre los diafragmas de los extremos con una lechada de alta resistencia. Después, se aplicó el presfuerzo de continuidad longitudinal. También, se introdujeron varillas de alta resistencia entre las almas de los elementos (Fig. 5). La losa del tablero, hecha sólo de concreto reforzado (en la dirección transversal) se coló en segmentos de losa premoldeados para evitar cualquier problema de tráfico en el tramo circular.

Un aspecto interesante del proyecto es el concepto para la resistencia sísmica. Al tener una conexión rígida entre la pila central y el tablero importaba disminuir las fuerzas sísmicas tomadas por la pila, así como por los cimientos del pilote.

Sin embargo, no fue posible fijar el tablero en uno de los contrafuertes debido a las fuerzas internas en la pila central pues la temperatura, la contracción y el flujo plástico del concreto eran demasiado grandes. De este modo, se decidió fijar el tablero en los contrafuertes para las acciones sísmicas únicamente. Se introdujeron dos dispositivos oleodinámicos entre el tablero y cada contrafuerte, con un comportamiento elastoplástico con fuerzas de deformación de 150 kN cada uno, y una rigidez elástica de 300 kN/mm. Los desplazamientos máximos en la pila central, si se exceden las fuerzas de deformación de los dispositivos sísmicos evaluados por un análisis no lineal, aproximadamente son de 10 mm. Se consideraron en el diseño las fuerzas internas inducidas en la pila central y en el cimiento del pilote debido a los desplazamientos sísmicos impuestos.

La escala y la tipología en el diseño de los puentes en áreas urbanas, con frecuencia pueden ser los asuntos más difíciles cuando se relacionan con la necesidad de claros anormales para cruzar las vías férreas o las carreteras existentes. El uso de tableros suspendidos desde arcos que actúan desde arriba (Fig. 8) o de tableros suspendidos por cables (Fig. 9) pueden resultar eficientes y elegantes para enfrentarse a estas exigencias geométricas.

Este tipo de soluciones [3, 5] evita la necesidad de tableros de trabes en cajón muy gruesos para claros anormalmente grandes en ambientes urbanos. El tablero en el viaducto mostrado en la Fig. 8 es una losa hueca igual a los claros de acceso de 27.5 m. En el claro principal, 68.5 m en la intersección del arco y del claro, la losa del tablero hueco (1.20 m de alto) está suspendida desde un arco de concreto reforzado (claro de 78.5 m a nivel de los cimientos).

Un ejemplo final de claros exageradamente grandes en viaductos urbanos se presenta en la Fig. 9. Este puente, actualmente en construcción en Oporto, requirió de un claro principal de 120 m para atravesar una autopista y de varias líneas ferroviarias. Las cuestiones de planeación y de construcción desempeñaron un papel decisivo para el éxito de esta propuesta en la competencia de diseño.

Se adoptó un esquema de construcción en voladizo para el claro principal, vaciando los segmentos de la trabe de caja de ocho m en dos etapas (cuatro m + cuatro m) esforzando los tirantes de cable adyacentes antes de colar la segunda etapa. Se adoptaron tirantes de cables de 37 a 43 torones de 15 mm de diámetro en el claro principal; los tirantes posteriores, anclados a nivel del tablero, con 67 torones cada uno, tienen un arreglo tridimensional, mejorando la estabilidad lateral del mástil. El andador de cinco m de ancho en un tablero de 18 m para cuatro carriles de tráfico-, está localizado en la línea central, donde están anclados los tirantes. La esbeltez del tablero (1/50 del claro principal) se realzó con esta propuesta de tirantes de cable en comparación con un tablero de trabe en cajón clásica construido por un esquema de voladizo. En [3] se presentan detalles de la solución estructural adoptada. La forma innovadora de la torre satisface las demandas estructurales especiales para un mástil rígido reduciendo las acciones de flexión en el eje vertical bajo cargas permanentes y vivas en el claro principal-, pero fue ideado sobre todo como un elemento emblemático para el parque en el área urbana del sitio del puente.

El diseño y construcción de puentes en áreas urbanas imponen la integración de éstos con otras estructuras asociadas con los sistemas de transporte. Las conexiones de túneles y puentes en estos ambientes pueden requerir de soluciones de transición en el tablero del puente, como se muestra en el caso de la fig. 10, en donde éste se localiza en un profundo valle y se adoptó un túnel doble. No había espacio disponible en el túnel occidental para hacer la estructura de transición entre el puente y el túnel. Con el fin de balancear las cimbras de los segmentos en voladizo en la zona de transición, se decidió mantener la distancia entre las almas de las trabes en cajón e incrementar el claro de las bovedillas. Después de alcanzar el segmento extremo del esquema de voladizo balanceado, el tablero del puente se vació sobre cimbras soportadas desde el suelo. Luego, se ajustó la distancia entre las almas, incrementándose hacia la sección del túnel para evitar bovedillas demasiado grandes. En [6] se presentan detalles de la solución del puente. Para la zona de transición se introdujeron nervaduras transversales desde el interior de la trabe de caja, conservando la uniformidad del tablero del puente por motivos estéticos.

En el lado oriental (fig. 11) se incorporó un túnel falso únicamente por razones ambientales. El tablero del puente se insertó en el túnel haciendo un contrafuerte integrado con su estructura.

Un ejemplo final se refiere a la integración de un puente urbano con una estación de ferrocarril (fig. 12).Las rampas de acceso a los viaductos de la carretera, como se muestra en dicha figura puede generar un diseño complejo y problemas de construcción. Para este caso particular de diseño fue necesario un claro severo en el extremo de 71 m sobre el río, y se adoptó la misma losa hueca (13 m de ancho, 1.4 m de alto) de los claros típicos (31 m de largo), logrado mediante un esquema de tirantes de tres dimensiones. Se consideraron dos dificultades básicos de diseño: la primera, las curvaturas del claro de tirantes con cables (R = 120 m) y la rampa de acceso helicoidal (R = 20 m); la última fue la necesidad de integrar la estructura del puente con la estación del ferrocarril. El arreglo tridimensional del esquema de tirantes pudo resolver el primer punto, evitando un mástil rígido y se adoptaron seis tirantes de cable (2 x 3) en el claro principal con 37 torones (15 mm) cada uno.

Se localizó un fuste único para el mástil en la intersección de la rampa de acceso con el tablero principal. La estabilidad del mástil está asegurada por el arreglo tridimensional de los cables de tirantes, los tres posteriores con 70 torones cada uno. Los detalles de la solución estructural se presentan en [3]. Otro tipo de mástil con una forma en A o en H hubiera sido extremadamente difícil de integrar con la arquitectura de la estación del ferrocarril. La simplicidad, como es usual, fue la clave estética. La selección del color constituyó otro criterio importante para satisfacer los requisitos para la integración de este puente abierto al tráfico en 1998.

Hasta ahora se han considerado las cuestiones de diseño y construcción para puentes urbanos, principalmente respecto a claros cortos y medianos. Se expone aquí un caso de estudio para un puente de claro largo para discutir hasta qué punto resulta influenciado el diseño por su localización en un ambiente urbano.

Cabe destacar que los puentes urbanos pueden considerarse marcas distintivas para las ciudades. En los últimos años, resaltan varios ejemplos como el puente Erasmo, en Rotterdam; los puentes Barqueta y Allamillo en Sevilla, y el recientemente construido puente Val-Benoit [8] en Lieja. Los puentes urbanos deben satisfacer demandas estéticas y funcionales, y ser la expresión de valores sociales y culturales, así como de los desarrollos tecnológicos de nuestra era.

El caso de diseño que se muestra es el del puente Europa, en Coimbra, Portugal, recientemente proyectado por su autor y en plena construcción. Era importante comprender en el concurso de diseño las expectativas del público en general y del propietario, pues no debería tratarse sólo de un sistema de conexión entre dos partes de la ciudad, sino ser parte de ésta. Se planeó un vínculo peatonal entre los dos parques llenos de verdor a ambos lados del río, creando así una marca distintiva para la urbe.

Otros conceptos básicos tomados en consideración en la etapa preliminar de diseño están relacionados con el tipo y los niveles del tráfico contemplado de la autopista, que requerían conexiones de acceso (ramales y tramos de tráfico circular), con la red de la ciudad, generando dificultades adicionales para la función peatonal.

Al mismo tiempo que proporcionan espacios verdes a ambas riberas, deben estar conectados por el puente para su uso peatonal, en tanto la izquierda se integrará con los edificios residenciales previstos y el equipamiento para el público. El puente podría ser, en el futuro, un espacio público para contemplar la ciudad y disfrutar el río Mondego.

Con capacidad para seis carriles de tráfico, tiene una longitud total de 330.3 m entre las juntas de expansión en las pilas de transición con los viaductos de acceso. En la ribera derecha, los viaductos de acceso entran a la ciudad con ramales curvos complejos, incluyendo una avenida de dos niveles.

En al etapa preliminar de diseño de concurso, se estudiaron cinco soluciones, incluyendo tres puentes sostenidos por cables, una opción de un solo arco, y otra de trabe en cajón equilibrada en voladizo. Las soluciones de diseño se desarrollaron tomando en consideración los siguientes aspectos:

funcionalidad, integración ambiental y estética
la ocupación del río por pilas de puente
simetrías, asimetrías e integración espacial
la función peatonal
transparencia, esbeltez y armonía

Se decidió hacer un puente de tirantes de cable con un mástil único, localizado en el lado del río opuesto a la zona ocupada de la ciudad, inclinado ocho grados con la vertical, con un claro principal de 186 m sobre el afluente. Se adoptó un arreglo tridimensional, tirantes axiales en el claro principal (tirantes de cables dobles de 31 a 50 torones, Ø 15 mm) y dos planos de tirantes posteriores externamente anclados, (Fig. 13) los que que operan en la dirección transversal y actúan como portal de entrada a la ciudad. El tablero, con una innovadora solución por segmentos premoldeados, está hecho de armaduras tridimensionales compuestas, de tubos de acero de alta resistencia S460NH (EN10210) de 298 mm de diámetro y dos losas de concreto (C40/50) presforzado en las direcciones transversal y longitudinal.

La sección transversal del tablero (Fig. 14) equivale a una trabe en cajón, de 3.70 m de alto, donde el ala más baja se adoptó como un pasaje. Dos rampas helicoidales conectan este andador con los parques llenos de verdor de las riberas.

La transparencia del tablero del puente es evidente cuando es visto desde la ciudad y los transeúntes caminan por el ala inferior. Las funciones peatonales y de carretera de dicho puente pudieron lograrse con este tipo de soluciones.

El tablero del puente se ejecutó mediante un esquema de segmentos premoldeados con el patio de premoldeado localizado a la derecha del río y los segmentos premoldeados (3.75 m de largo), que pesan un máximo de 150 toneladas, transportados sobre el afluente y levantados hacia el tablero. Después del ensamble por medio del presforzado, los voladizos de la losa del tablero son vaciadas in situ y se aplica un segundo presfuerzo transversal. No se necesita transportar segmentos premoldeados en la ciudad, evitando así cualquier interferencia con el tráfico.

compatibilidad funcional con el tráfico de la carretera y el uso peatonal del puente
configuración del puente con un nuevo espacio urbano que une las dos partes de la ciudad
tipología del puente que contribuye al impacto monumental - un rasgo distintivo esperado para la urbe
diseño y tecnología de la construcción, manteniendo los sistemas de transporte en operación permanente.

Por su importancia, estas estructuras se consideran una marca distintiva de las ciudades. En el presente artículo se toman como base dos casos recientes, en los que se tratan los temas siguientes:
… la relación que debe existir entre el diseño -que resuelva las limitaciones urbanas- y los métodos de construcción
… los impactos de ruido y visuales
… la necesidad de mantener los sistemas de transportación en operación … áreas ocupadas
… la escala
… la tipología de las soluciones
… la integración del puente con otras estructuras de transportación Box 2

Es muy probable que aparezcan demandas de propósitos múltiples para los puentes en los próximos años, como retomar el concepto medieval de vivir o habitar en los puentes de ríos que cruzan sitios urbanos, para lo que se requerirán diseños con un fuerte componente arquitectónico.