Asumiendo la gran responsabilidad que supone proyectar un puente en una ciudad como Bilbao (especialmente si este cruza su ría), a la hora de concebir el acceso a la isla de Zorrotzaurre se estableció el ambicioso objetivo de llegar a un diseño que fuese, al mismo tiempo, singular, atractivo y elegante; transparente, urbano y funcional; compatible con el régimen de avenidas del Nervión; único por su integración el lugar, íntimamente relacionado con el entorno en el que se localiza y su historia, así como la del resto de puentes que cruzan la ría; representativo del estado del arte en la tecnología de puentes; sostenible y durable. Y todo ello desde la honradez estructural, sin renunciar a un esquema resistente con una eficiencia que permitiese alcanzar este ambicioso conjunto de autoexigencias de diseño desde una inversión económica razonable [1].

2.1.4Coherencia con el contexto espacial

Se pretendió crear un puente relacionado, desde su concepción y de manera íntima, con el entorno en el que se localiza y su historia. Un puente cuyo diseño se descontextualizaría en otro lugar. Un puente que es de Bilbao y de Zorrotzaurre y que pierde sentido en otras ubicaciones.

En busca de este objetivo, y con los requerimientos estructurales y de transparencia indicados, se planteó una solución atípica: una variante invertida de la viga tipo Fink clásica (esquema en el que la estructura principal se dispone bajo el tablero, figs. 4 y 5). La estructura proyectada incorpora, a esta inusual configuración, una viga en vientre de pez invertida de canto reducido.

Figuras 4-10.

Figuras 4 y 5 (columna izquierda). Viga Fink clásica. Figuras 6 a 8 (columnas centrales). Pasado y presente portuario industrial de la ría y península de Zorrotzaurre. Mástiles y grúas. Figuras 9 y 10 (columna derecha). Otras referencias del diseño: engranajes industriales y Puente Colgante de Bizkaia.

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El puente así planteado sintetiza una parte importante de la historia de Bilbao y su ría y, más concretamente, de la península de Zorrotzaurre y el canal de Deusto, al evocar con su diseño el pasado portuario e industrial de la zona. La imagen de la sucesión de mástiles de la estructura recuerda la sucesión de grúas que ha habido y sigue habiendo en las márgenes de la ría del Nervión, a la sucesión de mástiles y chimeneas de los barcos que atracaban y atracan en las instalaciones portuarias de la ría y el canal, y a las chimeneas de las propias industrias que se ubicaban y ubican a los márgenes de la ría (figs. 6 a 8 y 11) [2].

Figuras 11 y 12.

Figura 11 (izquierda). Contexto portuario industrial, engranajes y alineación radial de mástiles. Figura 12 (derecha). Esquema preliminar del puente diseñado.

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La distribución de mástiles del esquema propuesto, radial según la curvatura de la cara superior de las vigas en vientre de pez a modo de engranaje, ayuda también a evocar el pasado de la zona (figs. 9 y 11). Asimismo, la imagen del puente, la tecnología empleada en él y el mecanismo resistente de viga ayudada sirven de homenaje al relativamente próximo Puente Colgante de Bizkaia, Patrimonio de la Humanidad (fig. 10) [3].

El diseño propuesto, como lo fue el de muchos del resto de los puentes de Bilbao en el momento de su construcción, es representativo del estado del arte en la tecnología de puentes. La solución es altamente tecnológica y muy singular, prácticamente única, al no haber precedentes en el uso de una tipología como esta en un puente de carretera. Este puente estará en la vanguardia tecnológica, característica que ha definido a la ciudad de Bilbao a lo largo de los años.

En cuanto a los materiales a emplear en su construcción, se planteó el uso de acero como material principal, lo que entronca conceptualmente con la tradición siderúrgica de la ciudad y la ría, así como con otras importantes actuaciones que se han venido realizando en las riberas en tiempos recientes, también proyectadas en distintos tipos de acero.

El puente permite salvar los 75m de anchura del canal de Deusto con un esquema estructural innovador y que supone una reducida presencia visual sobre el tablero (figs. 13 y 14). Se emplean dos vigas tipo Fink invertidas como estructura principal, con mástiles de altura variable y un cordón inferior en vientre de pez, de canto y ancho estructural también variables. Estas vigas, situadas entre la calzada y las zonas de acera +carril bici, sirven, además de elemento estructural principal del puente, como separación de tráficos y lugar de descanso (incorporan un banco en la propia estructura del cordón inferior), confiriendo una sensación psicológica de protección y seguridad a los peatones y ciclistas, y permitiéndoles disfrutar de las vistas al canal. La distribución de luces de los cordones inferiores de las vigas Fink invertidas y, por extensión, del puente es de 10,0+76,9+8,7m.

Figuras 13 y 14.

Figura 13 (izquierda). Croquis en el que se refleja la integración de la solución en la futura isla de Zorrotzaurre. Figura 14 (derecha). Alzado, planta y planta espejo del puente.

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El alzado del esquema Fink invertido es asimétrico para adecuarse a la disponibilidad de espacio, en cada una de las márgenes, para los cables de retenida de los mástiles extremos. De este modo, el mayor de ellos tiene una altura de 15m sobre el tablero, su opuesto de 9m y el menor de todos de 2m (fig. 14). La sección de estos mástiles es cuadrada y variable, de dimensionas máximas en sus arranques (figs. 15-18).

Figuras 15-18.

Imágenes virtuales del puente diseñado en fase de proyecto.

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Los cordones inferiores en vientre de pez, ubicados parcialmente bajo la rasante, tienen una sección transversal poligonal irregular, con canto y ancho variables simétricamente respecto al centro del canal (Fig. 14). Su canto es de 1,0m en la sección de apoyo en los bordes del canal y de 2,35m en el centro del puente, sobresaliendo 1,2m por encima del pavimento de aceras (Figs. 15 y 18). Su anchura varía entre 7,30m en la sección de apoyos y 4,45m en centro luz. Esta variación de canto y anchura permite adaptar adecuadamente las inercias del tablero a la ley de momentos flectores de una viga de tres vanos, compatibilizando una adecuada funcionalidad con un funcionamiento estructural eficiente.

La sección transversal del tablero tiene una anchura variable entre 26,8m y 29,0m, en los que se alojan entre 14,0 y 17,0m de anchura de plataforma (la anchura de arcén es variable), 5,0m por lado de aceras, y las bandas para ubicación de elementos estructurales. La variabilidad en la anchura del puente tiene como objetivo lograr la mejor adecuación posible al nudo viario que se forma en el desembarco en la margen de Deusto (figs. 15 y 17).

En cuanto a materiales, la estructura metálica de tablero y mástiles está constituida por acero al carbono de calidad S355NL salvo en el caso excepcional de las orejetas de anclaje de tirantes y otras zonas especiales, en las que se ha utilizado acero de calidad S460NL. Los tirantes que vinculan los mástiles a los nervios longitudinales de tablero son de cable cerrado de acero de alta resistencia, con anclaje superior pasivo en horquilla e inferior activo en horquilla con tensor. Para evitar que estos tirantes coincidan en un mismo plano, los mástiles se van inclinando progresivamente desde la margen de Zorrotzaurre hasta la de Deusto (figs. 17, 19 y 20).

Figura 19.

Sección transversal del puente en centro luz. Vista hacia la margen de Deusto.

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Figura 20.

Imagen virtual en la que se muestra la estructura metálica y las cimentaciones del puente.

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Los nervios principales de tablero se vinculan entre sí mediante diafragmas en celosía tipo Warren, ubicados bajo la rasante, que permiten alojar las conducciones que cruzan el canal a través del puente (fig. 19). El pavimento de las aceras es una tarima de compuesto de madera sobre vigas de madera laminada que se apoyan en la estructura metálica (en los nervios longitudinales o en costillas metálicas con sección triangular que parten de ellos). Este tipo de pavimento (figs. 19 y 20) aporta la calidez de la madera, gran durabilidad y baja resbaladicidad.

Los estribos cumplen funciones adicionales a las que habitualmente se requieren. Alojan una parte de los sistemas de anclaje de la reacción vertical que se genera en los extremos de los vanos laterales, un gran contrapeso para compensar esta reacción vertical y una gran arqueta visitable para inspección y mantenimiento de estos sistemas de anclaje, los aparatos de apoyo, la estructura metálica y las conducciones que cruzan el canal a través del puente (fig. 20).

Para adaptarse a la solución de contención del proyecto de apertura del Canal de Deusto se ha planteado una cimentación sobre una pantalla perimetral de pilotes de 1,5m de diámetro y, en el borde trasero, una alineación de pilotes del mismo diámetro más separados en el caso del estribo de la margen de Zorrotzaurre, y una pantalla pilotes de casi tangentes de 1,0m de diámetro (para evitar interrupciones del tráfico durante la ejecución de las obras), en el caso del estribo de la margen de Deusto.

Se ha buscado un sistema de alumbrado que se integre en la medida de lo posible en la estructura para provocar una mínima interferencia visual y dificultar que se vea afectado por actos vandálicos. Todas las luminarias propuestas son tipo LED. La iluminación funcional de la calzada se realiza desde los mástiles y la de las zonas peatonales desde las barandillas y desde los bancos situados al pie de los mástiles, por medio de luminarias lineales. Se han planteado también iluminaciones ornamentales de los mástiles con proyectores y de la cara inferior del tablero, por reflexión en la lámina de agua del canal, con luminarias lineales.

El comportamiento estructural del puente responde a la suma de dos esquemas claramente diferenciados. En el caso del esquema principal, la viga Fink invertida funciona como una sucesión de atirantamientos en la que los mástiles, salvo en los extremos, no están sustentados en un punto fijo. Cuanto más deformable resulta el punto de apoyo del mástil, menos eficaz es su atirantamiento. Por esta razón, los mástiles van perdiendo eficacia según se aproximan a centro luz (de ahí el descenso de su altura), y el correcto tesado de los tirantes resulta un aspecto fundamental para alcanzar la eficiencia del esquema. Para compensar la pérdida de eficacia del esquema anterior según se avanza de apoyos a centro luz, se le ha sumado la viga en vientre de pez invertido descrita anteriormente.

Para el dimensionamiento y la verificación de los distintos elementos de la estructura se ha empleado, como modelo de cálculo principal, un modelo de elementos finitos (EF) tipo barra (figs. 21 y 22) en el que los cables se han modelizado como tales, con sus cargas de tesado correspondientes, y la losa de tablero con un emparrillado bicapa. Para tener en cuenta los efectos de segundo orden se ha realizado un análisis no lineal, habiendo introducido en el modelo las imperfecciones geométricas equivalentes afines a la deformada de pandeo. Con este modelo se han realizado la mayor parte de comprobaciones seccionales en ELU y en ELS.

Figuras 21-26.

Modelos de cálculo (de izquierda a derecha y de arriba abajo). Figuras 21 y 22. Modelo general. Figura 23. Modelo de detalle de EF tipo lámina de uno de los nudos de la estructura. Figuras 24 y 25. Celosías modelizadas mediante EF tipo lámina integradas en el modelo general. Figura 26. Uno de los modelos de EF tipo lámina para el diseño y análisis de las orejetas de anclaje de los tirantes.

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Los distintos tipos de nudos de la estructura metálica del tablero, incluyendo los de las celosías transversales, se han analizado, tanto en primer como segundo orden, por medio de modelos de EF tipo lámina incorporados al modelo general (reemplazando a los elementos tipo barra correspondientes, figs. 23 a 25). También se han analizado por medio de EF tipo lámina las orejetas de vinculación tirante-estructura (fig. 26).

La adecuada comprobación de la respuesta dinámica de la estructura es un aspecto importante en un puente esbelto y de tipología singular como el que nos ocupa, que prevé tener un tráfico peatonal intenso y cuenta con voladizos laterales transitables esbeltos. Por este motivo se ha realizado un estudio de vibraciones avanzado, con el que se han analizado tanto las vibraciones inducidas por el tráfico peatonal (incluso considerando la calzada ocupada por peatones) como las inducidas por el paso de vehículos pesados a distintas velocidades sobre la plataforma. Se ha comprobado que, en ambos casos, las aceleraciones producidas se encuentran dentro de los rangos de confort para los usuarios admisibles (según lo recogido en IAP-11, EUR23984EN, etc.).

La construcción de los estribos comenzó con una excavación a cielo abierto (fig. 27), tras la que se ejecutaron los pilotes de cimentación de 1,50m de diámetro (26 en el estribo1 y 23 en el estribo2), con una longitud de aproximadamente 20m. Durante estos trabajos fue necesario un bombeo continuo por encontrarse bajo el nivel freático. Posteriormente se ejecutó la estructura de hormigón armado de los estribos, incluyendo la disposición de las orejetas de anclaje de las bielas de retenida.

Figura 27.

Vista interior del estribo 2.

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Dado que el contrapeso no era necesario hasta la puesta en carga de la estructura del puente y que interfería con las conducciones, el relleno de hormigón en masa se realizó posteriormente, cuando ya se había avanzado en la ejecución de la estructura metálica (fig. 28).

Figura 28.

Hormigonado de contrapeso.

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Los apoyos provisionales (figs. 29 y 30) estaban formados por un apeo metálico sobre encepado de 4 pilotes hincados de hormigón armado. Estos apoyos se diseñaron para soportar una reacción máxima de 2.000kN, con una doble función: servir como apoyo de la estructura metálica durante su montaje en obra y alojar el gato utilizado durante la puesta en carga y desapeo final de la estructura completa.

Figuras 29 y 30.

Apoyo provisional, previamente a colocar la estructura y con el gato de apeo.

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La estructura metálica se fabricó en taller en piezas (fig. 31). Se fabricaron los cajones longitudinales en tramos de aproximadamente 11m de longitud, cada una de las celosías y riostras transversales, los 16 mástiles y las costillas en voladizo de aceras con el montante de barandilla correspondiente. Todas las piezas se colocaron en su posición mediante grúas de gran tonelaje (fig. 32).

Figuras 31 y 32.

Fabricación en taller e instalación de piezas metálicas en obra.

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Siendo un puente urbano y estando parte de la estructura metálica a la vista y muy cercana a los usuarios del puente, se puso especial cuidado en el acabado de las uniones de estas zonas, siendo todas ellas soldaduras esmeriladas. Se estudió especialmente la ejecución de los mástiles, optando por soldar en taller sus cuatro aristas y mecanizarlas posteriormente en la pieza completa, obteniendo así el acuerdo circular definido en proyecto. Dada la complejidad de este procedimiento y su influencia en el acabado final, se decidió hacer un ensayo a escala real con un resultado completamente satisfactorio (figs. 33 y 34). Posteriormente se comprobó en obra que el resultado final en todos los mástiles era el buscado (fig. 35).

Figuras 33 y 34.

Ensayo de soldadura y mecanizado posterior de la unión en arista del mástil.

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Figuras 35 y 36.

Figura 35 (izquierda). Vista de mástiles acopiados en obra. Figura 36 (derecha). Bielas de retenida.

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Las bielas de retenida (fig. 36) se montaron una vez dispuestos los tramos extremos de los cajones metálicos. Estas bielas transmiten la carga de retenida al contrapeso mediante una orejeta inferior anclada al estribo con 14 barras pretensadas Ø50.

Las costillas metálicas de los voladizos de aceras y su prolongación vertical en el montante de la barandilla, de sección triangular, se fabricaron en taller mediante chapa plegada formando la arista vista (figs. 37-39). Así se permitía eliminar esa soldadura, evitando posibles deformaciones durante su ejecución y obteniéndose un excelente resultado estético en el montante de la barandilla.

Figuras 37-39.

Vistas de una costilla con montante vertical y detalle de chapa plegada.

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El puente consta de 64 tirantes de cable cerrado con terminal pasivo superior y activo inferior, de diámetros comprendidos entre 50 y 90mm. Se transportaron desde las instalaciones de Pfeifer, en Alemania, a obra embalados de forma diferente en función de la longitud de estos (figs. 40 y 41). Los terminales activos (figs. 42 y 43) se completaron en obra.

Figuras 40-43.

Tirantes de cable cerrado acopiados en obra y elementos de terminales activos de los tirantes.

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La instalación de los tirantes se realizó una vez que se había completado la estructura metálica de tablero y mástiles, izándolos mediante dos grúas. En esta operación era importante el desenrollado de los tirantes de mayor longitud, para evitar que estos pudieran «deshilarse», lo que hubiera provocado importantes retrasos.

La losa de hormigón de la zona de plataforma de calzada entre planos de tirantes se ejecutó sobre un encofrado dispuesto entre celosías y riostras transversales, para evitar que el peso del hormigón fresco actuase sobre las celosías previamente al endurecimiento de la propia losa, que actúa como cordón superior de estas (fig. 50).

Figura 50.

Hormigonado de la losa.

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Este procedimiento es posible ya que el puente se construye en seco, pudiéndose cimbrar el encofrado mediante puntales directamente sobre el terreno.

Los acabados incluyen la capa final de pintura de la estructura metálica, el firme de la calzada, la estructura de madera laminada y pavimento en aceras, barandillas, pantallas anti-viento e iluminación (figs. 51-53).

Figuras 51-53.

Vistas del puente terminado (Fotos: Carlos Garmendia).

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