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Experiencias
Proyecto Garrison Crossing
Los dos primeros puentes de acero inoxidable tipo dúplex en Norteamérica
Juan Sobrino Almunia
Fundador y presidente de PEDELTA.
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos.
En 2015, en representación de la ciudad de Toronto, CreateTO aceptó las propuestas para el proyecto de diseño y construcción de Garrison Crossing sobre dos de los corredores ferroviarios más concurridos de Canadá, para conectar los barrios al norte del ferrocarril y el lugar histórico de Fort York. Pedelta diseñó dos puentes para peatones y ciclistas utilizando acero inoxidable dúplex para toda la estructura; una innovación técnica sin precedentes en Norteamérica, que resulta en una infraestructura duradera, de mínimo mantenimiento, con una estética de primera calidad para la ciudad.
Introducción y contexto
En 1793, el gobernador general de la provincia Alto Canadá, J. Simcoe, fundó el asentamiento York, la actual Toronto, y su guarnición militar –Garrison Common–, que pretendía ser una base naval para controlar el lago Ontario de una posible invasión de los Estados Unidos de América. Garrison Common es ahora un espacio abierto arbolado al oeste del fuerte York –Fort York–, que está amurallado, históricamente significativo como uno de los campos de batalla transcendentales en la guerra de 1812 entre británicos y estadounidenses. Fort York es actualmente patrimonio histórico nacional.
Toronto, al igual que muchas otras grandes urbes, ha desarrollado en los últimos años numerosas actuaciones para fomentar modos de transporte más sostenibles, como la movilidad peatonal y de ciclistas. Entre estas iniciativas, se encontraba la construcción de dos puentes peatonales para cruzar uno de los corredores ferroviarios de mayor tráfico en Canadá, al norte del enclave histórico de Fort York y la guarnición.
En otoño de 2014, la ciudad de Toronto, a través de la empresa pública CreateTO, organizó un concurso de diseño y construcción de los puentes peatonales de Fort York. El proyecto incluye una vía para peatones y ciclistas, de aproximadamente 400 m, para los accesos y la conexión entre los dos puentes. Como es habitual en Norteamérica para este tipo de concursos, hubo una primera fase de preclasificación, en la que se seleccionaron tres equipos, valorando sus referencias y calificaciones técnicas. En una segunda fase, los equipos prepararon soluciones durante un periodo de aproximadamente 6 meses. En noviembre de 2015, se adjudicó el concurso de diseño y construcción de los puentes peatonales de Fort York a la empresa de construcción Dufferin Construction, con Pedelta como diseñador principal. La construcción comenzó en agosto de 2016 y el proyecto se abrió al público el 1 de octubre de 2019.
El tan esperado Garrison Crossing es una pieza importante del plan de movilidad peatonal de Toronto, que conecta una serie de barrios del centro de la ciudad al norte del corredor ferroviario, con Fort York y el lago Ontario, uniendo parques y espacios verdes. El proyecto no es simplemente una nueva adición a la infraestructura de Toronto, sino un espacio social que promueve la interacción humana sostenible con el entorno, además de destacar el patrimonio cultural de la ciudad.
Diseño conceptual
El diseño conceptual se desarrolló en la fase de licitación por un equipo interdisciplinar de ingenieros de puentes, paisajistas, arquitectos, arqueólogos, ingenieros civiles, geotécnicos, medioambientales, eléctricos y de iluminación, junto al equipo de construcción. El pliego del concurso de diseño y construcción definía las zonas donde se debían ubicar los puentes, dando una cierta flexibilidad a la posición final, longitud y orientación. En una primera fase, se identificaron los requerimientos del proyecto, en consonancia con la visión de la ciudad y de acuerdo con sus especificaciones. Las consideraciones técnicas incluían requisitos funcionales, topografía, geotecnia, limitaciones de espacio, alineaciones y espacios libres sobre la vía férrea, impacto en los muros y servicios adyacentes, normativas de diseño, límites de vibración, acciones de viento, nieve y formación de hielo sobre la estructura, métodos de retirada de la nieve, requisitos de durabilidad, aspectos de sostenibilidad y retos de constructibilidad. Los accesos a los puentes se adaptaron, entre otros, a los servicios afectados, la presencia de suelos contaminados en el acceso norte, las limitaciones de capacidad de la red de drenaje existente y la restricción de vibraciones que pudieran afectar a edificaciones adyacentes durante la construcción de las cimentaciones profundas.
El proyecto del puente estuvo condicionado por múltiples consideraciones más allá de las técnicas, entre ellas, un presupuesto y un calendario estrictos, un diseño de alta calidad formal, requisitos de la ciudad de Toronto, de la administración ferroviaria y de la asociación que gestiona el patrimonio histórico de Fort York. El reto principal del diseño era dotar a los puentes de un carácter simbólico, adecuado al especial entorno histórico, dentro de un presupuesto muy ajustado limitado a 19,7 millones de dólares canadienses.
Uno de los principales retos fue diseñar y construir el puente sobre los corredores ferroviarios existentes, colocando la subestructura fuera del derecho de paso del corredor ferroviario y manteniendo una altura libre vertical de 7,44 m por encima de la cota del carril. Los puentes debían tener una anchura libre de 5 m, para permitir un uso compartido para peatones y ciclistas, garantizando accesibilidad universal. Los puentes cruzan sobre dos corredores ferroviarios activos, por lo que se tuvo en cuenta la seguridad y protección tanto de las operaciones ferroviarias como de los peatones y ciclistas que utilizan el puente, mediante el diseño de barreras constituidas por una malla de acero inoxidable de 1,8 m de altura a cada lado del puente.
Vista 3D virtual del puente
El acceso sur del proyecto se ubica en la zona de Garrison Common. Para reducir el impacto patrimonial en el paisaje del patrimonio histórico de Fort York, el puente y la rampa de aproximación dentro de Garrison Common debían tener una huella mínima y una altura de terraplén inferior a 2 m de altura sobre el terreno existente. El resto de la rampa debía ser una estructura. El acceso norte se ubica en una extensión de un parque urbano atravesado por una calle. Entre los dos puentes, hay un espacio público de planta triangular –Ordnance Triangle–, que se está transformando en un parque entre los dos corredores ferroviarios al este del proyecto y nueva edificación residencial en el lado oeste.
Los puentes debían diseñarse para una vida útil de 75 años, de acuerdo con el Código Canadiense de Diseño de Puentes. Como la normativa canadiense de puentes no aborda el proyecto de estructuras de acero inoxidable, se acordó con el cliente el empleo del Eurocódigo 3, parte 1-4, para estructuras de acero inoxidable. La durabilidad era una cuestión importante en este proyecto, ya que los puentes están permanentemente expuestos a un entorno corrosivo por las sales de deshielo en invierno. Este fue uno de los motivos para proponer estructuras de acero inoxidable, ya que su mantenimiento se limita a un lavado a presión con agua para limpiar la estructura de la acumulación de sal de deshielo al finalizar el invierno. El tipo de acero inoxidable dúplex 2205 propuesto garantiza una gran resistencia a la corrosión. Además, el acero inoxidable es especialmente beneficioso para las estructuras con importantes limitaciones de mantenimiento, como los puentes sobre el ferrocarril, ya que elimina la necesidad de importantes costes asociados (protección de los trabajadores, señalización, etc.) y los costes indirectos causados a los usuarios durante los procedimientos de reparación.
El equipo de diseño estudió varias ubicaciones de los puentes para identificar la posición más adecuada de los dos cruces de ferrocarril y caminos de conexión. El proceso de diseño continuó evaluando una serie de tipos de puentes y materiales, sin perder de vista los aspectos formales y estéticos. Los modelos tridimensionales, incluyendo el entorno, fueron herramientas decisivas para visualizar las alternativas. Para cada concepto, el equipo realizó bocetos, dibujos y cálculos estructurales aproximados para estimar las cantidades preliminares y confirmar que el concepto podría desarrollarse posteriormente como un diseño detallado dentro del presupuesto.
La propuesta de diseño final incluye una innovación técnica sin precedentes en Norteamérica: el uso de acero inoxidable dúplex para toda la estructura. El uso pionero de esta tecnología de vanguardia proporciona una estética de primera calidad en un entorno único, además de construir un patrimonio de larga vida para la ciudad. La estructura tiene un ciclo de vida más largo, es más resistente a la corrosión y requiere menos mantenimiento, lo que reduce su coste global.
Vista del puente norte. © Industryous Photography.
Recreación de la obra terminada. © Industryous Photography.
El equipo de diseño y construcción propuso un diseño de arco único en uno de los lados del tablero, consistente en un arco de tablero inferior tipo bow-string de acero inoxidable, con péndolas cruzadas. El arco está inclinado 18 grados y tiene una sección triangular para conseguir una estructura esbelta, transparente y elegante. Los arcos de cada puente se inclinan en direcciones opuestas para crear una experiencia visual más dinámica para los usuarios. Las estructuras están configuradas de forma diferente, pero mantienen una continuidad expresiva. El sistema estructural seleccionado para ambos puentes es similar, con una ligera diferencia en la geometría. Estos puentes incluyen diversos elementos formales que hemos empleado en otros proyectos en España, como las secciones triangulares conformadas por chapas de acero, que generan bellos contrastes de luz y líneas muy definidas. El concepto de estructura de acero inoxidable con arco único inclinado de sección triangular lo empleamos con éxito en el puente de St. Fruitós de Bages, en la provincia de Barcelona.
Vista de la rampa de acceso en el lado sur. © Industryous Photography.
Vista del mirador sur. © Industryous Photography.
El puente norte tiene un solo vano con una longitud total de 52 m. El arco tiene una altura máxima sobre el tablero de 9 m, lo que da lugar a una relación dinámica y relativamente plana entre la flecha del arco y su luz, que se seleccionó intencionadamente por motivos estéticos. El tablero está formado por un cajón metálico de sección trapecial de 0,8 m de canto y 3 m de ancho, con costillas metálicas en el lado opuesto al arco. La estructura metálica del tablero se conecta a una losa de hormigón armado reforzado con barras de acero inoxidable. El arco está conectado a la viga metálica del tablero en ambos extremos y mediante dos familias de péndolas inclinadas que se cruzan una vez. Este sistema es una estructura muy eficiente, que permite tener secciones transversales de dimensiones relativamente esbeltas que hacen que el puente sea más transparente y ligero en su conjunto.
El puente sur que une el Ordnance Triangle con el Fuerte York, a diferencia del puente norte, tiene una diferencia de altura de 5 m, imponiendo un concepto de puente diferente. Tras evaluar varias alternativas de arco, la solución que mejor se ajustaba al emplazamiento era un arco de un solo tramo, conectado a una pila en forma de V en su extremo sur. Este inusual sistema estructural es muy eficaz, ya que transforma el empuje del arco en un conjunto de fuerzas axiales en la pila en V y proporciona una mayor apertura visual bajo el puente.
Los puentes se diseñaron para añadir un elemento visual distintivo a la ciudad de Toronto, con una clara identidad pero sin dominar el perfil urbano ni la belleza natural de los parques circundantes. Los puentes y los caminos presentan formas curvas dentro del paisaje, que son audaces en un sentido visual, mientras que mantienen una presencia física mínima y elegante, con el objetivo de embellecer el entorno histórico. El diseño se centró en la eficiencia estructural y en la agradable proporción de la geometría, complementando al mismo tiempo las raíces históricas, considerando el futuro crecimiento y prosperidad de la ciudad.
Uno de los puntos clave considerados en la fase de diseño preliminar, al evaluar el uso de la opción de acero inoxidable desde una perspectiva de inversión, fue el coste del ciclo de vida. El mayor coste inicial del acero inoxidable se ve compensado por el mayor ciclo de vida de la estructura, debido a la mayor resistencia a la corrosión y la reducción del mantenimiento resultante, lo que a su vez reduce el coste global.
Esto representa una ventaja neta para la ciudad, además de mejorar la seguridad y la durabilidad a largo plazo. Este fue un reto significativo, al tratarse de un proyecto de proyecto y construcción donde los tres ofertantes tenían que presentar propuestas dentro del presupuesto asignado a la obra.
La rampa de acceso sur es una viga continua de hormigón armado de 4 vanos de sección trapecial de 5 m de ancho y luces máximas de 12 m. Las pilas son integrales de sección trapecial variable, con dos de sus lados cubiertos por una chapa de acero tipo corten. El hormigón de la rampa, al igual que del tablero de los puentes, es de color siena. Los tableros y todas aquellas armaduras expuestas a las sales de deshielo son de acero inoxidable por exigencias del proyecto.
En la zona de conexión de la rampa y el puente se ha diseñado un mirador orientado hacia el lado este, donde se ubica el fuerte York y que ofrece magníficas vistas al centro financiero de la ciudad y a la torre CN.
En los estribos de los puentes se han minimizado las superficies de hormigón visto. Se decidió proyectar cargaderos apoyados sobre pilotes metálicos, con un muro perimetral de bloques prefabricados de hormigón de colores gris o negro y tierra reforzada con fibras sintéticas que se adaptan de un modo más natural a este entorno de parque urbano.
Complejidades técnicas
Proponer soluciones innovadoras, fuera de las normativas, y siendo la primera realización de este tipo en Norteamérica, añadió una complejidad adicional al proyecto. A diferencia de lo que ocurre en otros sectores, el mundo de la construcción en Norteamérica es extremadamente conservador por las responsabilidades económicas y legales en un entorno donde las litigaciones a las ingenierías son habituales. Esto ha resultado en un modo de hacer ingeniería muy distinto al que estamos acostumbrados en España, donde la innovación suele ser aceptada positivamente si conlleva mejoras al proyecto, mientras que en el mundo de construcción anglosajón, la innovación se suele percibir como un riesgo adicional.
Debido a la falta de códigos canadienses específicos para el diseño de estructuras de acero inoxidable, la estrategia de diseño estructural consistió en cumplir los requisitos de acciones y seguridad del Código de Diseño de Puentes de Carretera de Canadá y las disposiciones del Eurocódigo del acero inoxidable para las cuestiones relacionadas con la capacidad estructural.
El acero inoxidable no es un material difícil de trabajar. Sin embargo, en algunos aspectos, es diferente del acero al carbono y debe tratarse en consecuencia. Nuestro equipo preparó un plan específico de pruebas e inspecciones de materiales y fabricación con acero inoxidable, consistente con las normativas de fabricación de estructuras de acero inoxidable americanas y europeas.
La construcción de los puentes tuvo sus propios retos. Los puentes se concibieron para minimizar las interferencias con el ferrocarril y agilizar el tiempo de construcción. Un elemento clave de esta estrategia fue minimizar el número de iteraciones de la movilización de la construcción. Una vez terminados los accesos a las zonas de montaje, los puentes se montaron y ensamblaron en los accesos para minimizar el ruido y las molestias a las zonas residenciales vecinas y al área de Fort York. El montaje de los dos puentes en su ubicación definitiva se realizó durante una noche de fin de semana en julio y octubre de 2018 para minimizar la interrupción del tráfico ferroviario.
El diseño final tiene en cuenta los tres pilares de la sostenibilidad: medioambiente, economía y sociedad
Beneficios medioambientales
El diseño final tiene en cuenta los tres pilares de la sostenibilidad: medioambiente, economía y sociedad. La ciudad desempeñó un papel importante para lograr un diseño sostenible, promoviendo enfoques de diseño respetuosos con el medioambiente y evitando conceptos irresponsables guiados por una rentabilidad a corto plazo. Si bien la huella de emisiones de CO2 durante la fabricación del acero inoxidable es mayor a la del acero al carbono, el acero inoxidable está reconocido como un material sostenible por su elevada tasa de reciclaje, comparado con otros materiales de construcción, y por su larga vida útil con un bajo coste de mantenimiento. Adicionalmente, la mayor resistencia del acero dúplex resulta en estructuras más ligeras que las de acero convencional. El diseño está en consonancia con otras prácticas de sostenibilidad, como la minimización del consumo de materiales, aunque en ocasiones se pueda requerir más mano de obra, mediante un concepto estructural adecuado y optimizado. Los puentes tendrán una vida útil más larga que la exigida por las normativas de diseño y un fácil mantenimiento, aunque el coste inicial sea ligeramente superior, así como el uso de la iluminación LEED.
Conclusión
Garrison Crossing es un proyecto urbano de carácter innovador que nace de nuestra experiencia acumulada en proyectos de puentes de acero inoxidable en nuestro país. El proyecto está alineado con la visión de diseño global y multidisciplinar al servicio público que nos ha ofrecido la excelente formación como ingenieros de caminos, y de lo que hemos aprendido de los grandes proyectistas españoles de puentes, que nos han enseñado que un buen proyecto es el resultado de la compleja integración de los aspectos técnicos, culturales, estéticos y económicos.