Un puente histórico
El histórico puente de la isla de Pamban es un viaducto ferroviario de vía única sin electrificar de aproximadamente 2 km de longitud, que conecta la isla con el territorio continental de Tamil Nadu, en el sureste de India. El puente ha estado en servicio más de 100 años, hasta 2022, cerrado al tráfico por el deterioro debido a la corrosión. Hay una fuerte demanda social para la restitución del servicio ferroviario, que usan los peregrinos que acuden a los templos de la isla.
Las obras de ejecución del puente histórico se desarrollaron entre los años 1911 y 1914. Tiene 145 vanos de 12,2 m de luz formados por vigas metálicas y un tramo móvil de tipología “Scherzer Rolling Bascule” con una luz de 66,5 m formado por dos hojas formas por dobles celosías metálicas. Este sistema, que podemos definir como “roto-basculante”, resuelve el movimiento generando la rodadura sobre el cordón inferior de cada una de las celosías dobles, con forma circular. La operación es manual, con manivela.
Puente móvil existente en la Isla de Pamban de tipología “Scherzer Rolling Bascule”
Este puente centenario es un icono nacional, fue celebrado como un hito histórico en su inauguración, y es referido como el primer puente marítimo construido en India. Recibe el sobrenombre de “The Queen of Indian bridges” y se ha convertido un atractivo turístico del sur del país.
En previsión del fin de su vida útil se decidió la construcción de un nuevo puente móvil, de desplazamiento vertical, automatizado y motorizado, preparado para una futura doble vía y la electrificación de la línea. La Joint Venture TYPSA-STUP-MC2 ganó el concurso para el proyecto y la asistencia técnica a la dirección de la obra del nuevo puente, promovido por RVNL, empresa pública India. La redacción del proyecto comenzó en enero de 2018 finalizando en la primavera de 2019, con las empresas del Grupo TYPSA encargadas del diseño del puente móvil, tanto las componentes estructurales como electromecánicas. Las obras se llevaron a cabo entre noviembre de 2019 y el otoño de 2024, por la empresa constructora india RBL, sufriendo retrasos debido a las restricciones de la pandemia de COVID.
Con la obra finalizada se han realizado múltiples pruebas e inspecciones tanto del paso de composiciones ferroviarias con velocidades de hasta 90 km/h, superior a la velocidad prevista de explotación, como de la operación del puente móvil. La inauguración oficial del puente por parte del primer ministro indio se ha previsto para principios de marzo de 2025. La prensa local y las publicaciones en redes sociales están haciendo un estrecho seguimiento del nuevo puente, al que se refieren como “a marvel of modern engineering”.
Descripción de la estructura del puente
Después de un estudio de soluciones previo, se planteó una solución de tablero metálico de desplazamiento vertical siguiendo la tipología ampliamente extendida con la denominación inglesa “Tower drive vertical lift”, buscando un sistema sencillo de construcción y mantenimiento. Está formado esencialmente por un conjunto de poleas, cables y contrapesos que permiten la elevación y descenso del tablero mediante motores eléctricos de baja potencia, que se sitúan en lo alto de las torres, alejados del ambiente más corrosivo.
El tablero móvil del puente está constituido por un único vano de 75,7 m de luz y 11,3 m de ancho, compuesto por dos celosías metálicas laterales de tipo Warren de canto variable con un máximo de 9,9 m en el centro del vano. El peso total de la estructura metálica del tablero móvil es de 4240 kN, resultando un valor total de carga permanente de 5440 kN incluidos las cargas muertas de los carriles, traviesas, fijaciones y pasarelas de mantenimiento.
Nuevo puente móvil Pamban Bridge, en posición cerrada junto con el antiguo puente al que sustituye
La estructura de cada una de las torres de las que cuelga el vano móvil está constituida por dos fustes verticales que transmiten las cargas verticales del conjunto hasta cimentación, dos puntales inclinados dorsales que colaboran con los fustes para recibir las acciones horizontales, fundamentalmente las acciones del viento y el sismo, y un dintel superior que genera un sistema pórtico en la dirección transversal conjuntamente con los fustes verticales, pero que también tiene la función esencial de albergar la mayor parte de los sistemas de desplazamiento del puente y la cabina de control.
Por otra parte, en los fustes se disponen los carriles y canales de guiado del tablero móvil y del contrapeso respectivamente, los cuales quedan integrados en la sección transversal. Asimismo, en el interior de los fustes se ubican las escaleras y el ascensor de acceso a las salas de maquinaria y a la cabina de control.
Desde el punto de vista de la durabilidad de la estructura, el puente está ubicado en uno de los entornos con mayor corrosión por ambiente marino del mundo. Se ha escogido un sistema de protección de la máxima eficacia demostrada en aplicaciones off-shore, basada en el metalizado mediante proyección térmica basado en zinc (TSZ), capa intermedia sellante epoxídica y una capa final de acabado de polisiloxano. Además, se ha tenido especial cuidado en el diseño de superficies lisas y continuas, evitando zonas de acumulación de agua, o detalles que dificulten la aplicación y el mantenimiento del sistema de protección, para el que se ha previsto una durabilidad con mantenimiento ordinario de hasta 50 años antes de su teórica necesidad de renovación. Además, se ha elevado 5 m la altura del tablero respecto a su antecesor, para evitar la zona de salpicaduras y el ambiente más corrosivo. La vida de servicio prevista para el puente es de 100 años.
Los contrapesos ubicados en cada una de las torres tienen la función de equilibrar teóricamente el peso del tablero móvil, de manera que la potencia de los motores sea la mínima correspondiente a las fuerzas de inercia y a los rozamientos de los mecanismos. Sin embargo, en la práctica resulta necesario establecer contrapesos más ligeros que el peso teórico del tablero, de manera que, bajo la acción de las cargas permanentes en posición de puente cerrado, se obtenga una leve reacción en los apoyos del tablero, del orden de 65 kN por apoyo. Teniendo en cuenta lo anterior, los contrapesos previstos tienen un peso total teórico de 2590 kN cada uno.
El sistema de elevación planteado consta seis cables de 46 mm de diámetro, de acero galvanizado de grado 1960 N/mm2, situados en las cuatro esquinas del tablero. Son cables con composición adecuada para que su comportamiento sea adecuado frente a la abrasión y la fatiga debida a la flexión. Se conectan a las barras de alta resistencia en el contrapeso, que se usan para su tesado. En el lado del tablero se conectan a través de husillos tensores, que permiten el ajuste tensional inicial de los cables durante el proceso de puesta en carga. Los bulones están instrumentalizados para el control permanente de las fuerzas de los cables.
Conexión cables al tablero a través de husillos
El diámetro de las poleas se fija en 3 m, para que se limiten fenómenos como la excesiva abrasión el cable y la fatiga por flexión. Se realizan con acero 20MnCr5 mediante fundición y forja en una única pieza y el posterior mecanizado de la garganta.
Sistemas electromecánicos y automatismos
Cada uno de los conjuntos de sistemas electromecánicos, situados en cada torre, incluye: un motor principal y uno de respaldo, cajas de cambio para ajustar la velocidad de rotación de las poleas, frenos hidráulicos y sistemas de lubricación automáticos.
Cada motor es de 250 kW, y se conecta a la caja de cambios mediante un sistema de embrague, que permite acoplar alternativamente el motor o el de respaldo en caso de avería o mantenimiento. Para reducir la velocidad de rotación del motor, 750 rpm, a la deseada en las poleas, 0,5 rpm, se utiliza un sistema de cajas de cambio compuesta por una primaria, de 9,33 de factor de potencia, y de dos cajas secundarias, de 20,93 de factor de potencia. El eje de salida de éstas conecta un piñón principal con el engranaje principal, de 3250 mm de diámetro, con una relación de diámetros de 7,5. En total, el factor de potencia global resultante es de 1465. Así, la maniobra completa de elevación de 17 m se realiza en menos de 5 minutos, incluyendo las rampas de aceleración y deceleración, con velocidad máxima de 4,8 m/min.
Vista esquemática de los mecanismos
Vista de la caja de cambios secundaria, engranaje principal y poleas. En primer plano, el motor. Al fondo, los cuadros eléctricos con los variadores de frecuencia
Se disponen variadores de frecuencia para garantizar arranques suaves, y la aceleración y desaceleración adecuada. El sistema incluye dos sistemas de frenado: un freno motor, instalado en la caja de cambios primaria, que permite controlar la operación; y sendos frenos de emergencia, instalados en las cajas secundarias, permiten detener el movimiento del puente en menos de 10 segundos en cualquier situación anómala. El frenado de emergencia es del tipo de acción negativa, lo que quiere decir que frenarán el puente en caso de fallo del suministro energético: en reposo, los frenos están activados.
El suministro eléctrico se garantiza con una línea eléctrica de 11 kV que llega al edificio eléctrico proyectado proximo al puente, desde tierra firme. Allí se alojan un transformador de 800 kVA y un conjunto de dos generadores diesel, de 625 kVA cada uno, que son capaces de operar el puente en caso de fallo del suministro.
El diseño del puente incluye, además de los sistemas mecánicos y eléctricos de accionamiento indicados, un sistema SCADA de control automático del puente. El sistema incluye un extenso conjunto de señales de monitorización tanto de los sistemas electromecánicos, como de la posición del puente mediante medidores láser, tensiones en los cables y en la estructura metálica, anemómetros, etc. Además integra el control y señalización de los tráficos ferroviario y marítimo, con objeto de garantizar la máxima seguridad de los usuarios.
Elementos singulares del puente móvil
Los puentes móviles tienen requisitos que requieren una serie de elementos estructurales singulares, no habituales en otros puentes, que permiten su correcto funcionamiento, algunos de los cuales se describen a continuación.
Apoyos del tablero
Se diseñan apoyos esféricos, de gran complejidad, puesto que deben resistir la máxima reacción vertical (9300 kN), acomodar los movimientos longitudinales del tablero (125 mm), permitir el giro del tablero y, especialmente, permitir su levantamiento, asegurando la correcta alineación de todos los componentes en la maniobra de cierre.
La parte superior del apoyo, responsable del giro del tablero, se ancla al tablero, acompañándolo en su movimiento. La parte inferior, anclada al pedestal de hormigón, es la responsable del desplazamiento horizontal; dispone de muelles para facilitar el recentramiento de la componente deslizante que queda liberada cuando el puente se iza. El contacto entre las dos partes presenta una forma troncocónica, de forma que la inferior tienda a centrarse durante la maniobra de cierre.
Esquema funcionamiento apoyos
Apoyo en posición cerrada y durante el levantamiento
Centradores del tablero
Puesto que los apoyos esféricos del tablero no pueden impedir el desplazamiento del tablero, es necesario disponer de unos elementos que actúen tanto de puntos fijos para las fuerzas horizontales (viento, sismo, frenado y aceleración del tráfico ferroviario, entre otras) como de centradores para garantizar la correcta posición del puente y la ajustada alineación de los carriles en los extremos, con tolerancia milimétrica.
Para ello, se instalan unos tetones de acero inoxidable en cada uno de los encepados; uno de ellos bloquea el movimiento transversal exclusivamente, mientras el otro bloquea las dos direcciones ortogonales. En el tablero se disponen unos topes estructurales sobre los que se anclan rodillos de alta resistencia que facilitan, mediante rodamientos, una suave maniobra de cierre.
Centrador durante elevación
Enclavamientos
Por el efecto del contrapeso, la reacción en los apoyos es muy reducida; es necesario disponer de un sistema que evite el levantamiento del tablero frente a la acción del viento y la acción sísmica. Para ello, se instalan enclavamientos verticales en cada apoyo, resuelto con pasadores de acero inoxidable que se insertan en el cordón inferior del tablero, accionados por un cilindro hidráulico de doble acción.
Esquema resistente enclavamiento
Enclavamiento del tablero
Previendo operaciones de mantenimiento en los contrapesos o en la eventual sustitución de cables, se dispone en los contrapesos un sistema de enclavamiento similar.
Guías del tablero
Durante la operación de elevación y descenso, es necesario disponer de sistemas de guiado transversal y longitudinal del tablero, que deben soportar las cargas de viento o un eventual sismo durante la operación, y compensar tanto las irregularidades de las superficies como los movimientos térmicos del tablero. Para ello, se diseñan unas guías ancladas al tablero compuestas por un boggie articulado y un sistema de muelles precomprimidos que aseguran un contacto permanente de las guías con las esquinas de las torres.
Guía transversal tablero
De la misma forma, se diseñan dispositivos de guiado del contrapeso, basados en el mismo principio de boggies con muelles precomprimidos.
