PASARELA DEL BICENTENARIO SOBRE EL RÍO EBRO
Luis Javier Sanz Balduz Profesor Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos IMAGINA, S.L. Director TITANDOL, SAS Director Técnico
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Resumen La estructura objeto de este artículo consiste en una pasarela metálica tubular de 182 metros de longitud total dividida en 5 tramos isostáticos, dos laterales de 22.50 metros de luz de cálculo y tres centrales de 45 metros. La sección transversal se desarrolla a partir de un tablero de cuatro metros de anchura inscrito en un cilindro virtual de 6.01 metros de diámetro exterior. Este cilindro está generado por la disposición de 8 familias de hélices que definen la superficie de la figura geométrica comentada. Se disponen igualmente tubos curvos, en forma de toros, actuando a modo de montantes y tres tubos longitudinales, dos como cordón inferior de la celosía tridimensional y uno como clave longitudinal del cilindro. La subestructura está resuelta mediante pilas y cargaderos de hormigón armado pilotados. Palabras Clave: Pasarela metálica, perfil tubular, perfiles curvados, celosía tridimensional, elementos finitos, socavación, Expo 2008.
1.
Introducción
El Gobierno de Aragón recuperó en el año 2005 la finca La Alfranca, ubicada en el término municipal de Pastriz, a unos 15 kilómetros de Zaragoza, donde se ubicó el recientemente creado Centro Internacional del Agua y del Medio Ambiente (CIAMA). Igualmente se decidió potenciar este enclave estratégico mediante el proyecto de unir el centro de la capital aragonesa con La Alfranca a través de un único camino de ribera. Dicho vial tenía sus orígenes en los caminos que discurrían por la margen derecha del Ebro, desde Zaragoza y por las inmediaciones de la Reserva Natural de los Galachos de La Alfranca de Pastriz, La Cartuja y el Burgo de Ebro. Finalmente el proyecto fue incluido dentro del Plan de Acompañamiento de la Expo 2008 y del Programa Aragón 2008, que planteaba principalmente un nuevo modelo innovador en la interpretación y disfrute del medio natural.
Fig. 1 Ortofoto de la zona de localización de la Pasarela del Bicentenario
Las empresas Sers, S.A. y Rom VIII desarrollaron el proyecto de la vía verde, y de forma particular Imagina, S.L. para el diseño de la estructura, y la empresa pública SODEMASA (Sociedad de Desarrollo Medioambiental de Aragón, S.A.) del Departamento de Medio Ambiente fue la responsable de la gestión de la ejecución y dirección de las obras. El proyecto deñ Camino Natural de La Alfranca ha aportado soluciones singulares a una demanda social, profundizando en compatibilizar la afluencia de usuarios a un espacio natural de gran valor con el necesario respeto al ecosistema. Un proyecto medioambiental como éste es un ejemplo novedoso de contribución a la conservación y mejora del medio natural y el paisaje a través de acciones específicas y de la educación ambiental. Una vez atravesado el Soto de Las Perlas y una antigua gravera, donde se han centrado gran parte de los esfuerzos de restauración, se continúa hasta la nueva Pasarela del Bicentenario que salva el cauce del río Ebro. El nombre de la pasarela hace referencia a la onomástica del segundo centenario de la guerra de la Independencia en territorio aragonés. Justo en este lugar se ha colocado una placa, a iniciativa de la Asociación Jerónimo Zaporta, en recuerdo de cinco jóvenes que fallecieron ahogados el 14 de mayo de 1944 en este tramo del Ebro.
Fig. 2 Vista de la Pasarela del Bicentenario
2.
Proyecto de construcción
El proyecto de trazado determinó el lugar del emplazamiento del paso del río Ebro en una zona donde la distancia entre las motas de protección alcanzaba los 170 metros. De esta manera se procedió a plantear soluciones tipológicas donde la longitud total de la estructura alcanzara los 180 metros aproximadamente. A partir de ese momento, y de acuerdo a las necesidades de toda índole expuestas por la Propiedad, se procedió al desarrollo de un estudio de alternativas donde se analizaban fundamentalmente las siguientes tipologías estándar como punto de partida para posibles soluciones: -
Tablero de vigas prefabricadas y losa in situ.
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Celosía metálica de tablero inferior.
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Estructura tridimensional de madera.
Ninguno de los casos planteados cubría las exigencias estéticas pretendidas y se desarrollaron nuevas alternativas. Los diseños se dirigieron hacia conceptos tridimensionales y finalmente se apostó por la utilización de perfiles tubulares metálicos huecos de directriz curva. De entre todas las posibilidades manejadas se eligió una estructura de cinco vanos isostáticos sobre pilas de hormigón armado.
La idea fundamental consistía en generar un cilindro virtual formado por ocho hélices que recorren la hipotética superficie de dicho cilindro. De las ocho hélices, cuatro se desplazan longitudinalmente de forma dextrógira y las cuatro restantes de forma levógira. En el interior del cilindro, y sobre un emparrillado metálico inferior que arriostra el conjunto de hélices, se dispone una plataforma de madera de 4 metros de anchura que descansa sobre un primer nivel de perfiles IPE longitudinales.
Fig. 3 Alzado de la Pasarela del Bicentenario
Las hipótesis de cargas contemplaban las habituales de cualquier pasarela peatonal, utilizando indistintamente la IAP98 y el Eurocódigo, más un caso adicional que consistía en evaluar la circulación de un tren turístico. Se realizó un modelo tridimensional que recogiera la forma de la estructura real y se procedió a aplicar las cargas comentadas para definir las dimensiones de cada uno de los tubos y perfiles laminados correspondientes. Los diferentes nudos que se originan en la estructura son tipo multiplano pero con una naturaleza geométrica compleja y no tratada en la bibliografía especializada. Se conocía, lógicamente, que las cargas multiplano tienen una influencia sustancial sobre la resistencia y la rigidez si lo comparamos con un nudo en X plano. En el caso de que las cargas que actúan en un plano tengan la misma magnitud que las del otro, pero con sentido opuesto, la resistencia del nudo puede disminuir en aproximadamente 1/3 si la comparamos con el nudo en el plano [1].
Fig. 4 Sección de pasarela y alzado de coronación de pila
Fig. 5 Modelo de cálculo de vano central
Por otro lado, para cargas con el mismo sentido, la resistencia del nudo aumenta considerablemente. Sin embargo, este incremento de la resistencia puede verse acompañado de una reducción de la capacidad de deformación y rotación. Se determinó, por tanto, que se iba a plantear un modelo de cálculo en dos fases: -
Una primera fase que consistía en la evaluación del modelo real, con la necesaria comprobación de que los perfiles metálicos finalmente dispuestos cumplían con la normativa vigente. Todas las uniones eran consideradas rígidas de acuerdo a sus correspondientes características mecánicas.
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La segunda fase donde se iban a comprobar los nudos más solicitados a partir de los resultados obtenidos en el modelo global.
Si se advertía en la fase 2 que el nudo analizado presentaba unas consecuencias tensionales o deformacionales no previstas en el modelo global, éste se corregiría de acuerdo a dichas consecuencias. Como resolución de la fase 1 se adoptaron las siguientes medidas de los perfiles principales: -
Hélices: ø323.9x10 mm
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Tubo longitudinal de clave: ø323.9x12 mm
-
“Montantes”: ø355.6x12.5 mm ó ø273x10 mm ó ø273x12 mm
-
Tubos longitudinales inferiores: □250x250x6 mm
En el dimensionamiento de los perfiles mencionados se tuvieron en cuenta todas las interacciones de esfuerzos combinados de tal forma que la seguridad de cada elemento estuviera cubierta. Incluso se desarrolló un cálculo en segundo orden, mediante un procedimiento p-delta, para asegurar la estabilidad de la estructura global. La pasarela en conjunto, como se ha dicho anteriormente, se planteó como la yuxtaposición de cinco vanos isostáticos independientes. Los tres centrales, con luz de cálculo de 45 metros se ajustan al modelo descrito, y para los dos laterales de 22.50 metros fue necesario definir un nuevo modelo que reflejara la geometría final. Con el objetivo de dar una impresión unitaria de toda la pasarela, a pesar de estar formada por cinco vanos isostáticos, se jugó con la forma de los dos vanos laterales con el propósito de que sirvieran de accesos a la estructura como tal. Así, sobre el cilindro ideal ya descrito, se eliminaron los perfiles existentes sobre las hélices de cota creciente respecto a las posiciones de los apoyos.
Fig. 6 Alzado del modelo de cálculo realizado para uno de los vanos laterales
El hecho de eliminar los perfiles sobre las hélices de entrada motivaba un esquema resistente global especial que debía ser analizado de forma particularizada. Por un lado el canto estructural de la pieza era el mismo que en los vanos de 45 metros pero, sin embargo, éste no era eficazmente resistente más que en la cuarta parte del vano, la inmediatamente adyacente a la pila sobre la que estaba colocada. Finalmente, y tras el mismo proceso de comprobación que en los vanos centrales, se determinaron las siguientes medidas de los perfiles principales: -
Hélices: ø323.9x12 mm
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Tubo longitudinal de clave: ø323.9x12 mm
-
“Montantes”: ø355.6x12.5 mm ó ø273x10 mm ó ø273x12 mm ó ø273x14 mm
-
Tubos longitudinales inferiores: □250x250x6 mm
Las hipótesis de cargas eran semejantes a las planteadas para el vano central. La subestructura se planteó de hormigón armado; en un principio mediante pilas apantalladas de anchura notablemente mayor que el diámetro de la sección cilíndrica ideal, y en las que las posiciones de todas ellas estaban aleatoriamente decaladas respecto al eje de la pasarela. Posteriormente, durante la revisión por parte del contratista, se cambiaron a pilas ovaladas de fuste único con capitel de canto variable en sentido transversal. La coronación del capitel de la pila tenía que permitir la colocación de los montantes tóricos de extremo de vano. De ahí la necesidad de que la superficie superior resultara cóncava. La cimentación se resolvió mediante pilotes de 800 mm de diámetro. Se dispusieron cuatro pilotes por pila y dos pilotes en los cargaderos extremos. Todos los pilotes fueron calculados teniendo en cuenta la posible socavación (general y local) debida al caudal y a la velocidad de la corriente del río Ebro en ese punto.
Fig. 7 Alzado de la pila
3.
Fig. 8 Armadura del capitel de la pila
Ejecución
Una vez definidos todos los aspectos operativos con el taller metálico, Metálicas Estrumar S.A., se inició la preparación de los perfiles curvos. En principio una hélice tubular correspondería a un tubo curvado en dos direcciones. Resultaba evidente la dificultad de acometer una operación así y se decidió definir tramos reducidos de hélice donde el perfil curvado en dos planos resultara prácticamente idéntico al perfil curvado según un plano intermedio. Se preparó en el taller una zona para proceder a la presentación y posterior preparación de todos los perfiles. Asimismo se procedió a la realización de plantillas que permitieran el corte de los tubos de acuerdo a la geometría de cada nudo. La mayoría de los nudos resultaba, debido a su particular geometría, del tipo de recubrimiento total sin excentricidad.
Fig. 9 Zona de presentación de tubos en el taller
Las tipologías de los nudos de los cinco vanos se redujeron a nueve grupos: -
Cruce de dos hélices, montante y tubo de clave.
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Cruce de dos hélices y montante.
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Cruce de dos hélices, tubo cuadrado inferior, perfil transversal y montante.
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Cruce de dos hélices, tubo cuadrado inferior y perfil transversal.
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Intersección de hélices en extremo, tubo cuadrado inferior, perfil transversal y montante.
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Intersección de hélices en extremo, tubo de clave y montante.
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Intersección de hélices en extremo y montante.
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Montante y tubo de clave.
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Montante y tubo cuadrado inferior.
Todos los perfiles se presentaron, como se ha dicho anteriormente, y se preensamblaron para posteriormente, una vez montada la totalidad de cada uno de los vanos, dividir el elemento conjunto en tres piezas para su transporte a obra y posterior unión. En la obra se habilitó una zona para el acopio de las piezas transportadas y el posterior montaje final. Una vez que cada uno de los vanos se materializaba nuevamente se izaba y se colocaba sobre las pilas y cargaderos correspondientes.
Fig. 10 Izado de uno de los vanos centrales (1)
Fig. 11 Izado de uno de los vanos centrales (2)
Se realizaron las correspondientes operaciones para cada uno de los vanos y comenzaron las tareas de la colocación de la plataforma para, finalmente, colocar las barandillas.
4.
Análisis de los nudos
Como se ha comentado en el capítulo 2, el modelo de cálculo se planteó en dos fases; una primera fase en la que se analizaba el comportamiento global de la estructura y una segunda fase en la que se estudiaba la competencia de los nudos. Esta circunstancia resultaba fundamental puesto que una variación de rigidez de los nudos, respecto a la inicialmente prevista en el modelo general, debía ser recogida en dicho modelo para evaluar correctamente la deformabilidad de la estructura. De esta forma se realizó un estudio de los nudos que habían resultado más solicitados en la primera evaluación del comportamiento global. El análisis fue desarrollado por el Grupo de Mecánica de Estructuras de la ETS. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad de la Coruña [2]. El proceso que se llevó a cabo fue el siguiente:
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Realización del modelo geométrico
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Creación de la malla con elementos finitos
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Imposición de los movimientos obtenidos en el modelo global para cada una de las combinaciones de cargas estudiadas en los nudos adyacentes al nudo analizado. De esta forma se conseguía transmitir al modelo particular las condiciones de contorno que recibe del resto de la estructura.
En el estudio se definió la no linealidad del material, de acuerdo con el diagrama tensión deformación incluido en el Eurocódigo, y se procedió a revisar el estado tensional de los nudos definidos para cada una de las hipótesis contempladas. Al mismo tiempo que se obtenían las tensiones de comparación, en este caso tensiones de Von Mises, se reflejaban también los resultados deformacionales. De acuerdo a los resultados obtenidos se concedió validez al análisis global realizado. La adecuación del dicho modelo se demostró nuevamente durante el proceso de la prueba de carga en el que se obtuvieron unos resultados muy semejantes a los previstos en el cálculo. La proporción de esfuerzos desarrollada en dicha operación alcanzó el 70% de los esfuerzos de cálculo.
Fig. 12 Modelo de elementos finitos de un nudo
5.
Conclusiones y agradecimientos
Proyectar una vía verde que conecte el centro urbano de Zaragoza con una reserva natural localizada a 15 kilómetros resultaba un reto tremendamente atractivo. Esta infraestructura supone el acceso de cualquier “ente urbano” a un entorno natural cercano de un extraordinario valor medioambiental. En este contexto, plantear una pasarela que cruzara el Ebro (el gran Iberus Flumen) y que además se configurara en nexo de unión, y al mismo tiempo límite fronterizo, entre la ciudad cosmopolita y un entorno natural protegido, adquiría un gran significado programático.
Fig. 13 Vista de la celosía tridimensional sobre una pila
Siempre hemos pensado que el diseño, el correcto diseño estructural, puede ser perfectamente acotado por una determinada significación formal. Y en este caso, de nuevo, se partió de una pretensión a nivel formal para, posteriormente buscar la tipología estructural que trasladara a la realidad el objetivo buscado. La pasarela debía ser puerta y salida, límite no estanco entre realidades diferentes y además debía resultar una experiencia peculiar para el viandante o ciclista que la cruzara. Debía configurar un espacio claramente determinado, con una geometría claramente reconocible, pero al mismo tiempo lo suficientemente transparente para ser partícipe del espectacular entorno donde está emplazada. Éste era el programa, éste fue el objetivo. La consecuencia y, por tanto, el resultado estructural fue este cilindro perforado, en el que unas cuantas hélices dibujan la superficie virtual. Quizás ha resultado el proyecto en el que más tiempo hemos dedicado a pensar en la sensación que pretendíamos comunicar a las personas que cruzaran la estructura y que son, nunca debemos olvidarlo, los grandes protagonistas de todas las pasarelas.
Fig. 14 Vista de la celosía tridimensional desde uno de los cargaderos sin la plataforma colocada.
Tabla 1 Ficha resumen de la Obra Propiedad
SODEMASA (Sociedad de Desarrollo Medioambiental de Aragón, S.A.).
Proyecto
Imagina S.L.
Proyecto de Construcción de la estructura
Imagina S.L. Luis Javier Sanz Balduz (Dr. ICCP)
Dirección de Obra
SODEMASA
[1] WARDENIER J., KUROBANE Y., PACKER J.A., DUTTA D., YEOMANS N., Guía de diseño para nudos de perfiles tubulares circulares (CHS) bajo cargas predominantemente estáticas, Verlag TÜV Rheinland, Köln, 1996, 69 pp. [2] HERNÁNDEZ IBÁÑEZ S., Análisis estructural con no linealidad geométrica y del material de uniones tubulares de la pasarela de la vía verde sobre el río Ebro, Grupo de Mecánica de Estructuras de la ETS de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, La Coruña, 2007, 59 pp.
