Un Proyecto Único y Desafiante POR JUSTIN WALKER, DEPARTAMENTO DE TRANSPORTE DE MISSISSIPPI; PATRICK ROTH, HNTB; Y GREG RICHARDS, KTA-TATOR, INC.
El puente Natchez-Vidalia Westbound Bridge es una estructura de celosía de 4.205 pies de longitud que se construyó en 1940 y transporta la carretera U.S. 84 en dirección oeste sobre el río Misisipi desde Natchez, Misisipi, hasta Vidalia, Luisiana. El tramo en dirección oeste es uno de los dos puentes gemelos que cruzan el río.
El puente en dirección oeste fue recientemente repintado como parte de uno de los mayores contratos de rehabilitación de puentes que el Departamento de Transporte de Mississippi ha adjudicado nunca. El proyecto incluía la eliminación y sustitución de todos los revestimientos existentes, así como la sustitución de seis pasadores y eslabones en las secciones de las cerchas pasantes. Fue el primer intento de realizar todos estos trabajos en un solo proyecto.
En este artículo se analiza la coordinación del proyecto y el proceso de asociación iniciado por el contratista entre todas las partes para realizar un cierre completo de un año para su finalización. La coordinación del calendario era imperativa, ya que ciertas zonas del puente estaban cerradas a todas las actividades de construcción, incluidos los vehículos durante el proceso de sustitución de los pasadores, cuando el puente estaba bloqueado sin que se permitiera el movimiento en esas zonas. La preparación de la superficie y la pintura giraron en torno a las actividades de sustitución de los pasadores, y la coordinación semanal fue crucial. El proyecto también implicó una comunicación constante entre el contratista y los inspectores de control de calidad para cumplir el calendario.
ANTECEDENTES
A mediados de la década de 1990, tras descubrir que faltaban placas de recubrimiento de los pasadores, el MDOT y su empresa consultora de ingeniería inspeccionaron los pasadores y determinaron que varios se habían desplazado. El ingeniero consultor elaboró los planos y el MDOT encargó rápidamente un proyecto para volver a colocar los pasadores en sus emplazamientos originales. Sin embargo, el proyecto se canceló tras numerosos intentos fallidos de licitación, y el MDOT optó por supervisar las clavijas. En 2012, se determinó que los pasadores seguían moviéndose, lo que requería una reparación o sustitución significativa.
Dado el tamaño y la complejidad del puente y de los pasadores, el MDOT solicitó a la Administración Federal de Carreteras que sondeara a otros DOT estatales para determinar si se había realizado alguna vez una sustitución de pasadores de esta magnitud, y no se encontró ningún proyecto de este tipo. El ingeniero consultor también se puso en contacto con varias agencias ferroviarias y pudo obtener orientación.
Dado que no se había llevado a cabo un proyecto de sustitución de pasadores de esta envergadura en un puente vehicular, en 2014 se elaboró y adjudicó un proyecto preliminar para sustituir solo dos de los pasadores, y ese proyecto resultó ser muy satisfactorio. Durante el proceso, se evaluó el sistema de pintura y se determinó que estaba en mal estado.
Dado que el puente es una importante ruta este-oeste tanto para el tráfico general como para el comercio, el MDOT y el Departamento de Transporte y Desarrollo de Luisiana (LADOTD) decidieron que debían sustituirse los pasadores restantes y el sistema de pintura. En 2017, se licitó y adjudicó un proyecto que cerraría el puente durante un año para agilizar la sustitución de la pintura y los pasadores.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Las consideraciones de diseño previas al proyecto comenzaron. con el examen de la sustitución satisfactoria de los dos pasadores y enlaces en 2014, con las dificultades añadidas de programar las operaciones de pintura y sustitución para que no interfirieran entre sí. Cuando las juntas del puente están «bloqueadas» para la operación de sustitución de los pasadores, el puente se encuentra en una posición vulnerable porque las juntas no pueden expandirse y contraerse como fueron diseñadas. Dado que el contratista debía limitar el tiempo entre el momento en que las sujeciones temporales sostenían el puente y la instalación de los nuevos eslabones, se estableció un plazo de 96 horas para completar cada sustitución de pasadores. La temperatura, el viento y los niveles de pleamar también se tuvieron en cuenta a la hora de decidir cuándo «bloquear» las juntas para su sustitución. El contratista no estaba autorizado a utilizar sujeciones temporales cuando la fluctuación de temperatura prevista para 10 días era superior a 40 grados, cuando se preveía que la velocidad del viento superaría las 30 mph o cuando se estaba produciendo o se preveía una crecida inusual.
Se instalaron galgas extensométricas en múltiples elementos de la cercha y en las barras de postensado para garantizar que las sujeciones temporales transferían correctamente la carga del pasador y el eslabón, así como para evaluar cualquier pérdida imprevista en las sujeciones. También se instrumentaron las placas de empalme para evaluar las tensiones una vez retirados los pasadores. Dado que las sujeciones temporales cambiarían las condiciones límite del puente a fijas (añadiendo carga adicional en la cercha y obligando a los pilares a flexionarse), se inspeccionaron los pilares antes y después de bloquear cada unión.
La inspección inicial de los pilares reveló numerosas grietas, como era de esperar para un muelle ligeramente reforzado con 75 años de antigüedad. No se observó crecimiento de grietas en la inspección posterior.
Las consideraciones de diseño previas al proyecto para las operaciones de pintado incluían el desarrollo de un calendario previsto de eventos centrado en las operaciones de sustitución de los bulones. El MDOT tuvo que considerar cómo preparar la superficie y qué sistema de revestimiento utilizar una vez retirado el pasador en el interior del revestimiento.
Se hizo referencia a la norma del MDOT, Disposición Especial 907-845-2, «Recubrimiento del acero estructural existente». A lo largo del proceso de asociación, se realizaron revisiones del proyecto que se comentarán más adelante.
REQUISITOS DE PRESENTACIÓN Y CONSIDERACIONES PARA LA ADJUDICACIÓN
El MDOT publicó una solicitud de cualificación para preseleccionar a los equipos cualificados. Los contratistas de pintura y estructuras debían presentar sus declaraciones de cualificación para realizar el trabajo. Se calificaron las siguientes categorías para cada equipo:
- Experiencia y cualificación del personal clave;
- El enfoque de equipo para la gestión de un contrato; y
- Los resultados anteriores en proyectos similares.
Se exigió al contratista que sometiera a la aprobación del Director de Estructuras del MDOT la sustitución de pasadores y eslabones, detallando los procedimientos y describiendo los medios y métodos para las operaciones de sustitución de pasadores y eslabones, teniendo en cuenta las operaciones de pintura. La documentación presentada incluía el uso de sujeciones temporales, la colocación de equipos de pintura, la sustitución de pasadores y las inspecciones posteriores. en el puente, el calendario, la secuencia de construcción y otros aspectos.
La documentación de pintura incluía un plan de control de calidad según los requisitos SSPC-QP 1 y un plan de trabajo específico para la obra. Se exigieron planes medioambientales, sanitarios y de seguridad para controlar la contaminación, la gestión de residuos y la eliminación de desechos. Los planes de contención eran los más críticos, ya que tenían que adaptarse a los periodos de cierre durante el proceso de retirada y sustitución de los pasadores. Todas las partes revisaron el plan para asegurarse de que no causaría daños a la estructura durante el proceso. Se analizaron detenidamente otros factores, como la ventilación, la carga del viento y la verificación de que el confinamiento se había construido conforme a los requisitos de los planos.
SISTEMA DE ACCESO Y CONTENCIÓN
No se permitió que las operaciones de revestimiento, equipamiento y contención interfirieran o ralentizaran las operaciones de colocación de pasadores y eslabones. Se estableció una «zona de no carga» para cada lugar de sustitución de eslabones correspondiente. En la «zona sin carga» sólo se permitió el uso de equipos de sustitución de eslabones aprobados. Las operaciones de pintura y los equipos no estaban permitidos en la «zona de no carga» desde el momento en que se enganchaban las barras de postensado hasta que se instalaban los nuevos pasadores y eslabones; la longitud de la «zona de no carga» era de hasta el 40% de la longitud de la cercha. También se exigió al contratista que preparara un plan de contingencia para hacer frente a fenómenos meteorológicos naturales como tormentas tropicales y crecidas inusuales del río, incluida la retirada y reinstalación del sistema de contención.
El contratista disponía de un plazo de 24 horas desde la retirada del eslabón antiguo hasta la instalación de los nuevos pasadores y eslabones para instalar el sistema de contención y limpiar con chorro abrasivo y pintar la zona interior de la cercha, que quedaría inaccesible una vez instalados los nuevos eslabones.
La especificación exigía SSPC-SP 10/NACE nº 2, «Limpieza con chorro de metal casi blanco», y la aplicación de una sola capa de zinc inorgánico en estas zonas. Los planes originales preveían un sistema completo de tres capas; sin embargo, una vez tomada la decisión de reinstalar el pasador después de un periodo de 24 horas (por seguridad), se decidió utilizar una sola capa de IOZ.
MANTENIMIENTO DEL TRÁFICO
U.S. 84 es una importante ruta este-oeste para el tráfico general y local y el comercio, con una longitud de desvío de casi 200 millas cuando está cerrada. Durante el proyecto de 2014, el tráfico se desvió de cabeza en el puente adyacente mientras el contratista sustituía los pasadores, y este plan de tráfico demostró su eficacia.
El mismo enfoque se utilizó en 2017 mediante el establecimiento de cruces en cada extremo del puente y poniendo el tráfico de cabeza a cabeza en el puente adyacente. Sin embargo, la duración del cierre fue de solo un año.
El tráfico de gran tamaño debía programar una escolta policial para utilizar ambos carriles del puente en dirección este o desviarse. Esto resultó ser un éxito, ya que el tráfico local navegó fácilmente por el cierre. LADOTD, MDOT, la ciudad de Vidalia y la ciudad de Natchez trabajaron juntos para informar al público viajero y a los transportistas comerciales del cierre. El orden del día de todas las reuniones de colaboración incluía asuntos relacionados con el MDOT. Representantes tanto de la ciudad de Natchez como de la ciudad de Vidalia asistieron a estas reuniones, que resultaron muy útiles para resolver los problemas de fluidez del tráfico.
PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE Y OPERACIONES DE REVESTIMIENTO
Como se ha mencionado anteriormente, la especificación exigía una «limpieza con chorro de metal casi blanco» y un perfil de superficie que cumpliera la recomendación del fabricante del revestimiento de 2-4 mils. Al principio, la profundidad del perfil de la superficie fue un problema, y el contratista cambió el tamaño del grano para ajustarse a la especificación. Debido a los frecuentes fenómenos meteorológicos de la zona, el contratista decidió retirar todos los revestimientos existentes y volver a chorrear para cumplir los requisitos de la SSPC-SP 10 antes de solicitar una inspección de control de calidad.
El inspector de aseguramiento de la calidad realizó inspecciones preliminares durante los almuerzos y descansos y avisó al inspector de control de calidad del contratista de las zonas que no se habían inspeccionado o que no cumplían los requisitos, lo que facilitó el calendario del proyecto y evitó largas inspecciones antes de la aplicación de la imprimación.
Durante la aplicación inicial de la imprimación, el contratista aplicó una fina «capa de retención». Sin embargo, este proceso dio lugar a la omisión de zonas y a la posterior oxidación, por lo que se eliminó. En su lugar, la imprimación se aplicó dentro del rango especificado de 3-5 mils. También preocupaba la excesiva formación de película alrededor de los remaches, por lo que se eliminó la capa de imprimación en franjas. Se realizaron minuciosas inspecciones de control y aseguramiento de la calidad para garantizar una cobertura completa de la imprimación. El equipo lo consideró importante y todos estuvieron de acuerdo en que merecía la pena.
La capa intermedia de epoxi se aplicó a 5-10 mils. El personal de inspección de aseguramiento y control de calidad realizó la inspección de la capa de rayas en el momento de la aplicación para mejorar la productividad. También se corrigieron las zonas omitidas. Tras el secado, las mediciones del espesor de la película seca y la inspección visual volvieron al proceso normal de control de calidad.
La capa final fue un poliuretano alifático aplicado a 3-6 mils. Las inspecciones finales consistieron en comprobar el DFT, el aspecto visual y la cobertura de todas las zonas, lo que supuso un reto en los lugares de sustitución de los pasadores. El equipo retrasó las inspecciones finales en estas zonas, ya que se observaron algunos daños cada vez. Hubo que restablecer el acceso para las inspecciones finales, lo que resultó difícil. El equipo probó una inspección con dron en las caras exteriores, pero no funcionó bien debido al gran número de defectos visuales observados. Se proporcionó un acceso diferente para verificar el DFT y la inspección visual y para completar las reparaciones finales.
SUSTITUCIÓN DE PASADORES
Como parte de los planos del contrato, el contratista debía presentar una secuencia de construcción detallada que demostrara los medios y métodos para retirar los pasadores y eslabones. Los planos del contrato también sugerían una secuencia de construcción que el contratista adoptó con pequeñas modificaciones.
Para retirar los pasadores y eslabones se desarrolló un bypass provisional que impide que la junta se mueva en todas direcciones. Era importante que la derivación temporal tuviera redundancia interna y trayectorias de carga alternativas para mitigar el riesgo de que uno de los componentes comprometiera el puente al retirar los pasadores y los eslabones. Se utilizó una serie de derivaciones para bloquear la junta, mientras que se esperaba que el muelle se flexionara bajo cargas térmicas.
Sólo se permitía bloquear y sustituir un pasador y un eslabón a la vez. Para las operaciones de sustitución de pasadores y eslabones se siguieron los siguientes pasos.
- Paso 1 – Tensado de la diagonal de derivación: Las barras diagonales de derivación se tensaron para eliminar la carga en el miembro diagonal, el eslabón y el pasador de la cercha existente. Las operaciones de tensado se realizaron en incrementos y se observaron las tensiones de los miembros para garantizar que la derivación funcionaba según lo previsto. Aunque no se liberaría toda la carga hasta que se retiraran los pasadores, se prefirió minimizar la carga en el eslabón existente para evitar que los pasadores se atascaran y prevenir el movimiento repentino resultante de la retirada de los pasadores.
- Paso 2 – Tensar la armadura longitudinal superior: Se tensaron tanto las retenciones longitudinales superiores de la cercha aguas arriba como las de la cercha aguas abajo para evitar que la unión se moviera longitudinalmente. Las retenciones longitudinales superiores se diseñaron para un descenso de temperatura de 60 grados, pero se tensaron para adaptarse a un descenso de temperatura de 40 grados basado en la previsión meteorológica de 10 días.
- Paso 3 – Plantillas de soldadura y placa de empalme taladrada en campo: Una vez bloqueado el puente para que no se moviera, se soldaron las plantillas de la placa de empalme y se utilizaron para taladrar las placas de empalme. La perforación sobre el terreno y la instalación de la placa de empalme supusieron un reto debido a los más de 100 pernos A490 por cara de cartela, pero se completaron con un mínimo de incidentes.
- Paso 4 – Instale las placas del puntal superior: Los dos puntales superiores se conectaron para proporcionar rigidez lateral adicional en caso de que hubiera alguna fuerza lateral inesperada al retirar el enlace.
- Paso 5 – Instalación de los refuerzos longitudinales inferiores: Se instalaron calzos entre los dos miembros del falso cordón y se postensaron juntos para asegurar un apoyo continuo entre los miembros.
- Paso 6 – Retirada de los pasadores: Debido a la dificultad de los intentos anteriores de reajustar los pasadores en 1997, el contratista optó por cortar los pasadores con una sierra de alambre con punta de diamante. Después de cortar los pasadores, se observó un cambio mínimo de fuerza en los eslabones. No se observó ningún movimiento en ninguna de las uniones durante la retirada de los pasadores.
- Paso 7 – Taladrado de las placas de refuerzo: El contratista taladró un agujero de 10 1⁄2 pulgadas a 10 3/4 pulgadas a través de las placas de refuerzo existentes para asegurarse de que los nuevos pasadores soportaran y encajaran correctamente.
- Paso 8 – Instalación de los nuevos pasadores: Una vez medidas las dimensiones de los orificios finales y las líneas centrales, se enviaron las dimensiones al fabricante y los nuevos pasadores y eslabones se redujeron a sus dimensiones finales y se entregaron en el puente. Los nuevos pasadores y eslabones pudieron instalarse con un mínimo de dificultad.
- Paso 9 – Retirada de las sujeciones provisionales: Una vez instalados los nuevos pasadores, se retiraron las sujeciones provisionales y se transfirió la carga a los nuevos pasadores y eslabones.
ASOCIACIÓN PARA EL MEJOR PROYECTO
En un proyecto de esta envergadura, complejidad y coste, es fundamental que todas las partes se comuniquen. El proceso de asociación ayudó a mantener el proyecto dentro de los plazos previstos y a evitar complicaciones que pondrían en peligro el proyecto en su conjunto. Además, al tratarse de un proyecto «único en su género» (a diferencia del anterior de 2014, que no incluía la retirada y sustitución completa de los revestimientos existentes), un error podría provocar el cierre del puente o un derrumbe catastrófico.
A pesar de todos los riesgos e incógnitas del proceso de sustitución de los pasadores, el equipo de dos agencias y cinco empresas atribuye a la preparación y la comunicación las claves de un proyecto bien ejecutado y con éxito. Colectivamente, los miembros del equipo trabajaron para añadir años de vida útil al puente. Aunque la coordinación de actividades entre dos organismos estatales y múltiples contratistas suele ser un reto, este proyecto fue diferente.
El proceso se desarrolló sin contratiempos y el equipo del proyecto aportó muchos comentarios. Muchas de las sugerencias del contratista se tuvieron en cuenta y se aplicaron, sobre todo en cuestiones como el movimiento térmico o la supervisión, así como la secuencia de construcción entre la sustitución de pasadores y eslabones y las operaciones de pintura.
El contratista al que se adjudicó el contrato introdujo un proceso de asociación informal que benefició a todo el proyecto. El proceso se basaba en la confianza y en una actitud abierta y honesta en la que todos los participantes en el proyecto reconocían los objetivos comunes e individuales y trabajaban para alcanzarlos mediante la comunicación y la cooperación.
El proceso de asociación produjo varios resultados que ayudaron a completar un proyecto de calidad a tiempo y dentro del presupuesto. Por ejemplo, se tomaron decisiones sobre el proceso de inspección de calidad y control de calidad de la pintura, lo que dio lugar a inspecciones paralelas que aceleraron las operaciones de revestimiento. Los problemas y desafíos encontrados se discutieron para crear soluciones viables que no afectaran a la calidad del trabajo.
CONCLUSIÓN
El proyecto fue muy bien desde el punto de vista del MDOT. Además de la coordinación y la comunicación, otros factores que resultaron decisivos fueron la finalización con éxito del proyecto «de prueba» anterior, una buena planificación de contingencias y el hecho de contar con ingenieros estructurales in situ para realizar la inspección de las sustituciones de los pasadores, junto con una empresa de inspección de pintura muy experimentada. Una de las principales lecciones aprendidas fue la capacidad de adaptarse a los cambios y condiciones descubiertos sobre el terreno. Aunque todos los puntos de los paneles de bulones y eslabones eran similares, también eran muy diferentes y se comportaban de forma distinta. Las operaciones de sustitución de pasadores y eslabones en cada lugar planteaban un reto diferente que había que superar.
La cantidad de planificación previa, incluidas las reuniones abiertas con todos los licitadores para discutir los requisitos del proyecto, también fue fundamental para el éxito. Las reuniones informativas fueron todo un éxito para resolver los problemas que surgieron durante el proyecto. La revisión crítica de todos los subcontratos, planos de taller y planes de contención en el momento oportuno mantuvo el proyecto dentro del presupuesto y el calendario previstos.
