Vigas para estaciones subterráneas
Jaime Gomezjurado Sarria, M.A. Manufacturas de cemento, S.A.
La Línea Uno del Metro de la Ciudad de Panamá tendrá longitud de 13,7 kilómetros y un sentido mayoritario norte-sur para unir la Estación Terminal Nacional de Autobuses, en Albrook, con el Centro Comercial Los Andes en el norte del Área Metropolitana. Las obras se desarrollan con mucha precisión, están realizadas en 30% y comprenden la construcción simultánea de estaciones elevadas y un viaducto, el túnel y las estaciones subterráneas. En cada una de estas obras se destaca la utilización de vigas prefabricadas de concreto como elemento fundamental puesto que reducen los tiempos de ejecución, disminuyen el costo, tienen bajo impacto ambiental y requieren poco mantenimiento. Este artículo presenta las generalidades de la obra y algunos detalles de la fabricación, el transporte y la instalación de las vigas utilizadas en la construcción de las estaciones subterráneas, similares a las utilizadas para conformar la superestructura de puentes prefabricados vehiculares, ferroviarios y peatonales.
La construcción con prefabricados de concreto disminuye el tiempo en obra, por lo cual resulta muy útil para la construcción de líneas de ferrocarril metropolitano en áreas urbanas con alta densidad, puesto que en ellas los componentes prefabricados se pueden instalar durante las 24 horas, reduciendo los tiempos de ejecución y disminuyendo el impacto sobre el ámbito urbano.
Estaciones elevadas y viaducto
La longitud de cada estación del Metro de Panamá es de 105 m. Las estaciones tienen vigas prefabricadas pretensadas con sección en forma de “I”. Las obras del viaducto (tramo elevado del Metro) se iniciaron con el vaciado de pilotes de 10 a 15 toneladas. Luego se construirán las columnas de 1,65 m de diámetro que se conectarán en la parte inferior con el pilote y en la parte superior con las vigas capitales de 10 m de largo sobre las cuales se montarán las vigas cajón que formarán la base para el rodamiento de los vagones.
Las características del viaducto son:
- Longitud aproximada: 5.200 m.
- Distancia aproximada entre pilotes: 30 m.
- Profundidad de los pilotes: 15 a 30 m.
- Diámetro de los pilotes: 1,40 m.
- Altura de los viaductos: 8 a 16 m.
Los trenes circularán entre vigas cajón prefabricadas en forma de “U” que brindan protección integral contra el ruido, mayor velocidad de construcción y menor impacto sobre el tráfico durante la ejecución de la obra. Se estima que se construirán cerca de 340 vigas.
Túnel
Para perforar el túnel –de diámetro interno de 8,70 m y longitud aproximada de 7.000 m– se están utilizando dos máquinas tuneladoras (TBM) y se instalan dovelas prefabricadas de concreto de 1,60 m de longitud, las cuales forman los anillos que integran el túnel y dan soporte al terreno excavado. A medida que avanza, la tuneladora va montando cada dovela y armando los anillos.
Se omite la instalación de algunas vigas para disponer de unas “ventanas” provisionales en la parte superior del puente que conforma el techo de la estación a través de las cuales se extraen los materiales y se retiran los equipos durante la excavación. Finalmente se colocan las vigas y las prelosas en las ventanas, se funde el concreto de segunda etapa y por último se rellena con material hasta la cota en que se coloca la capa de rodadura. Durante la construcción, las vigas pretensadas, (338 en total) se someten a cargas tan importantes como las que transmiten las grúas y equipos para movimiento de tierras que circulan cuando está fundida la losa del tablero.
Los puentes de concretos prefabricados que conforman la parte superior de las estaciones subterráneas se
arman con vigas en forma de “I” y prelosas autoportantes que reemplazan la formaleta, con el mismo método utilizado para construir puentes elevados, lo cual da una buena apariencia a la parte inferior que queda a la vista. Las vigas para las estaciones subterráneas se definen bajo los mismos criterios que para puentes aéreos, de manera que al determinar los tipos de viga y de prelosas se consideraron el ancho y la longitud de las estaciones subterráneas y las exigencias hidráulicas y de topografía.
En general, las vigas pretensadas en forma de “I” con altura entre 0,80 m y 2,30 m pueden especificarse para luces entre 15 m y 40 m para diferentes solicitaciones de carga y tienen como ventajas su poco peso, la facilidad de montaje y la limpieza en la obra.
Estaciones subterráneas
Las estaciones subterráneas son seis y se construyen con las siguientes características:
- Profundidad: 25 m.
- Longitud del cajón: 117 m.
- Longitud del andén: 105 m.
- Ancho: 21 m.
- Excavación: 50.000 m3.
- Muros vaciados en sitio: 7.000 m3 de concreto.
Las estaciones subterráneas se construyen con pantallas pre-excavadas en su perímetro, las cuales mantienen la estabilidad durante la excavación y apoyan las estructuras que conforman el cajón, incluidas las vigas y prelosas que forman el puente sobre cada estación. En la parte superior de las pantallas se funde una viga de rigidez y se inicia la excavación mientras se colocan las vigas pretensadas en la parte superior. Los equipos de movimiento de tierra van profundizando la excavación debajo de la superestructura conformada por las vigas pretensadas hasta el nivel en que se requiere fundir la placa intermedia de la estación, se arma y se funde dicha placa intermedia y se continua con la excavación hasta la profundidad en la que se colocará los rieles de los trenes.
Las vigas pretensadas de las estaciones de superficie se fabrican con el mismo juego de formaletas y difieren poco de los demás elementos del proyecto.
Fabricación
Las vigas se funden utilizando un molde abatible de más de 80 m de longitud y de sección modificable para producir las vigas subterráneas (1,35 m de altura) y las vigas aéreas (0,95 m de altura) que se han especificado para este proyecto. Las vigas más largas tienen longitud de 22,5 m.
La primera operación en la producción de vigas es el alistamiento del molde que incluye la revisión y apertura de las secciones móviles y la aplicación de desmoldante. En seguida se colocan las armaduras de refuerzo, que previamente han sido ensambladas utilizando matrices y guías que permiten colocar cada varilla en la posición correcta y se extienden los cables para pre-esfuerzo dentro del molde. Posteriormente se cierran las tapas de los moldes y con un gato hidráulico se tensan los cables, para luego vaciar el concreto, el cual se lleva desde la mezcladora por medio de bandas transportadoras y baldes, cumpliendo las previsiones del ACI 305R para colado en clima cálido. El concreto es de consistencia muy fluida para facilitar la colocación de las vigas con poca energía de compactación; tiene una baja relación agua/material cementante, alta resistencia a la compresión a edades tempanas y está adicionado con humo de sílice, lo cual reduce la permeabilidad y mitiga la reacción álcali agregado de los áridos reactivos disponibles en la zona, proporcionándole alta durabilidad.
Con el objeto de obtener la resistencia para la transferencia de pre-esfuerzo, se aplica a las vigas un ciclo de 14 horas de curado con vapor, aplicando temperatura máxima de 65 °C con un gradiente de 22 °C por hora, de acuerdo con las recomendaciones del ACI 517. Una vez que el concreto alcanza la resistencia
para la transferencia de pre-esfuerzo, que en este proyecto es de 32 MPa, se abre el molde y se distensionan y cortan los cables. Enseguida las vigas se levantan de dos puntos y se trasladan con puente grúa a una zona de almacenamiento donde permanecen hasta completar la resistencia para el despacho.
El proceso de fabricación de las prelosas –que para el Metro de Panamá son en concreto sin pre esfuerzo consiste en alistar moldes individuales acordes con la modulación requerida, colocar la armadura de refuerzo, vaciar el concreto, curar con vapor, desmoldar y almacenar.
Durante las diferentes etapas de producción de las vigas y prelosas se realizan mediciones y controles para asegurar el cumplimiento de las especificaciones y tolerancias descritas en el manual del Instituto de Prefabricados y Pretensados de Estados Unidos PCI-MNL 130.
En el tensionamiento de los cables se revisa la tensión y elongación de cada cable y en el momento de la distensión se ensayan muestras de concreto curadas en las mismas condiciones de las vigas para verificar que los cables pueden ser cortados y el concreto resiste la transferencia de carga.
Al vaciar el concreto se verifica que la posición de la armadura de refuerzo sea la adecuada y que se cumplan las especificaciones de recubrimiento de las varillas.
Antes de trasladar las vigas a la zona de almacenamiento se verifica el cumplimiento de parámetros como la contra flecha, la alineación y la apariencia. Las vigas y prelosas se despachan a la obra cuando están listas para soportar las cargas de instalación y servicio.
Transporte de prefabricados
Los prefabricados se llevan al área de instalación preferiblemente durante la noche para no interrumpir el tráfico.
Las vigas se transportan en vehículos especiales dotados de plataforma extendible de 23 m. Para aquellas vigas de mayor longitud, o que tengan que llevarse por vías con curvas cerradas, es posible utilizar vehículos con ejes articulados y operados por dos conductores.
Instalación
Para instalar las vigas se recomienda utilizar grúa o grúas móviles; se descargan de la plataforma del vehículo en el que se transportan y se manipulan desde los ganchos de izaje para llevarlas a la posición definitiva en una sola operación. Posteriormente se colocan las prelosas entre viga y viga y se vierte el concreto de segunda etapa para conformar una superestructura.
Al mismo tiempo que se construye el cuerpo de las estaciones, se realizan las estructuras definitivas para acceso de los usuarios. Al culminar estos trabajos se iniciará la instalación y verificación de las escaleras eléctricas que habrá en cada puerta de la estación. Después, el grueso de los trabajos se concentrará en los acabados, instalaciones eléctricas y acondicionamiento de las estructuras internas del Metro de Panamá.
