Introducción
El Puente colgante de Akashi-Kaikyo (AKB), en Japón, también conocido como Pearl Bridge(Puente de Perla), con una longitud total de 3.910m está formado por tres vanos, el central de 1990 metros. Inaugurado el 5 de abril de 1998, se convirtió en el puente más largo del mundo en su tipo, superando al Puente Humber en el Reino Unido que tiene un tramo central de 1.410 metros. El puente fue diseñado por el ingeniero Satoshi Kashima y construido por Matsuo Bridge Co., responsable de la construcción de algunos de los mayores puentes conocidos hasta la fecha, incluyendo el Puente Akashi-Kaikyo. El terremoto de Kobe, el 17 de enero 1995 tuvo su epicentro justo entre las dos torres del Puente del Estrecho de Akashi. La longitud inicial prevista era 1990 metros para el vano principal, pero el sismo movió las torres separándolas casi un metro, cuando aún no se había comenzado la construcción de la cubierta. El cambio de longitud fue absorbido dentro del diseño final que se vio ligeramente alterado en algunos metros. Las torres del puente disponen de amortiguadores de masa con el fin de disminuir las vibraciones en la estructura durante los terremotos y tifones.
El plan original para el AKB, que también contenía líneas de ferrocarril, estuvo a punto de ser cancelado por el gobierno, pero en 1985 se tomó la decisión de limitar su uso solamente como carretera. En abril del año siguiente, se llevó a cabo la ceremonia inicial y después de diversas investigaciones y procedimientos, la construcción comenzó en mayo de 1988, y tuvo una duración de diez años.
El puente tiene tres récords: es el puente colgante más largo (3.911 m), más alto (282,80m – 297,30m) y más caro jamás construido (500 billiones de yens) .
Situación
El puente conecta Kobe, en la isla de Honshu, con Iwaya en la isla de Awaji, Japón, cruzando el transitado Estrecho Akashi, el cual registra un intenso tráfico marítimo, más de 1.400 buques diarios, con un importante puerto de abastecimiento y despacho de mercancías. En el momento del diseño los ingenieros tuvieron que pensar en un puente que no bloqueara el tráfico marítimo. También tuvieron en cuenta el clima. Japón experimenta algunas de las peores condiciones atmosféricas en el planeta. Vientos huracanados atraviesan el Estrecho, las lluvias son intensas y los huracanes, tsunamis o terremotos azotan la isla casi anualmente.
Condiciones Físicas
El Estrecho de Akashi, que conecta la bahía de Osaka y Harimanada, tiene unos 4 kilómetros de ancho. El segmento atravesado por el puente tiene una profundidad máxima de 110 metros y una velocidad de corriente máxima de 4,5 metros por segundo. El estrecho ha sido un área de pesca productiva desde la antigüedad, y es una importante vía fluvial, utilizada por más de 1.400 embarcaciones al día. Para garantizar la seguridad del tráfico marítimo, se ha establecido por ley, una vía fluvial internacional de 1.500 metros de ancho para mayor seguridad del tráfico marítimo.
Geológicamente el suelo del estrecho está compuesto por sedimentos diluviales y granito. Del lado de Akashi los estratos están formados por un 40% de grava de entre 10-20cm de diámetro y del lado de Kobe se encuentra un estrato no consolidado compuesto de cieno barroso duro y arena o arenisca.
Descripción
El puente colgante Akashi-Kaikyo tiene una longitud de 3.911 m y tres vanos. El tramo central, entre las torres principales es 1.991 m y los otros dos 960 m cada uno. La altura de las torres principales es de 282.8m sobre el nivel del agua, 297,30m hasta el final de los anclajes, la estructura se sumerge 60m debajo el nivel de las aguas. Originalmente el vano central fue diseñado para medir 1.990m, pero el gran terremoto de Hanshin, el 17 de enero de 1995, trasladó las torres 1m, hasta ese momento lo único que se había levantado. La nueva distancia fue incorporada al diseño.
En su parte central el puente ofrece una altura de 97m desde el nivel del agua a la parte inferior del tablero y una luz de 65.75m para el paso de embarcaciones.
Diseño
En el diseño del AKB, se tuvo una consideración especial sobre el efecto que la estructura tendría en el entorno. La apariencia de las torres fue diseñada para cumplir con los temas estéticos, ‘fiabilidad’, ‘futuro’, y ‘agradable equilibrio entre la luz y la sombra’, en vista de las características estructurales de la torre y las características estéticas de los alrededores. Los anclajes fueron diseñados para hacer que las enormes estructuras de hormigón parecieran pequeñas y equilibradas. Sus características de diseño incluyen formas especiales y los revestimientos de la pared exterior.
Color
La pintura gris verdoso utilizada para la AKB es diferente del color utilizado en los otros puentes del sistma Honshu-Shikoku que une las islas. Este color fue seleccionado porque es un color moderno que armoniza bien con un paisaje urbano y es vivo, pero suave, embelleciendo los colores del mar y el cielo del Estrecho. Para reducir el requerimiento de mantenimiento, se utilizó una capa final de pintura de fluoropolímero altamente resistente para mantener el brillo y prevenir la corrosión.
Estructura
El puente fue construido bajo severas condiciones, tales como las fuertísimas corrientes del estrecho y la profundidad de las mareas, recurriendo a las últimas tecnologías desarrolladas para la construcción de puentes. Japón experimenta una de las peores condiciones climáticas del planeta. Diluvios, terremotos, fuertes mareas y sunamis.
Los ingenieros japoneses, conocedores de las terribles condiciones climáticas, colocaron el tablero del puente sobre una armadura de soporte formada por una compleja red de apoyos triangulares por debajo de la calzada. La red abierta de triángulos otorga rigidez al puente y a la vez permiten que el viento pase a través de la estructura.
El peso total de la super-estructura se distribuye de la siguiente manera: torre 46.200tn, cables 57.700tn, vigas 89.200tn.
Cimientos
Se construyeron dos muelles principales como extensión para la colocación de los cimientos de las torres, con forma redonda y plana, el mayor con un diámetro de 80m y el otro 78m. En su construcción se utilizó el método de cajón descendente, por su posición a gran profundad y por las corrientes marinas. Cada anclaje requiere, un promedio de 350.000 toneladas de hormigón.
Asimismo, los cimientos grandes y profundos de los anclajes se construyeron sobre tierras recuperadas con diversas y nuevas tecnologías. Todas las fundaciones estaban bien diseñadas para hacer frente a los fuertes terremotos, con un método de diseño sísmico de nueva investigación, conjuntamente con un nuevo tipo de hormigón resultado de una mezcla de diferentes cementos resistentes al agua y la erosión. Prueba de su capacidad es el haber resistido el fuerte terremoto del 17 de enero 1995 sin casi incidencias, solo el desplazamiento de 1m de las torres, que ante la fuerza del movimiento se puede considerar mínima.
Amortiguadores
En las dos torres principales se colocaron 20 amortiguadores de masa, TMDs, que pivotan en la dirección opuesta a la del viento, cuando éste sopla sobre uno de los lados del puente, los amortiguadores se mecen en la dirección opuesta, equilibrando eficazmente el puente y anulando la influencia del viento. En el diseño del puente también se aplicó un sistema de vigas de refuerzo de dos bisagras que permita a la estructura resistir vientos de 290 km/hora, terremotos con una magnitud de hasta 8,5 en la escala de Richter y fuertes corrientes marinas. El puente también contiene péndulos que están diseñados para funcionar a la frecuencia de resonancia del puente para amortiguar fuerzas
Torres
Las dos principales torres de sostén se elevan 282,8 m sobre el nivel del mar, 297.30m hasta el extremo del anclaje del cable, el puente se puede expandir por el calor de hasta 2 m en el transcurso de un día. Los cables de acero, con un diámetro de 112cm encierran 36.830 líneas de alambre. El puente está sostenido básicamente por los dos cables del tramo central, considerados los más resistentes construidos en el mundo.
La torre principal está hecha de acero, y el eje tiene sección transversal cruciforme que es insensible a la oscilación inducida por el viento. Sin embargo, amortiguadores de masa sintonizados se instala dentro de los ejes para suprimir la oscilación que se anticipa durante la erección de la torre, así como incluso en la etapa de completado el puente. Un eje de la torre se divide en 30 niveles y casi de todos los niveles se componen de 3 bloques. Cada bloque fue realizado en fábricas y transportado al sitio, y luego izado mediante una torre grúa de escalada que tenía una capacidad de elevación de 160 toneladas. Pernos articulantes de alta tensión fueron utilizados para la conexión de campo.
A los cimientos de las torres principales se transmite el peso de las 120.000 tn que pesa el puente, desde las torres principales de la planta de apoyo. La planta de apoyo, a 60 metros bajo el agua, fue excavada por una dragadora de cuchara. Para superar las difíciles condiciones del estrecho, incluyendo las fuertes corrientes de aguas profundas, así como olas que causaban vibración en la dragadora durante la excavación, se utilizaron dispositivos de alta tecnología, como el Sistema de Vehículo Operado Remotamente.
Los cajones se instalan mediante el «método de ajuste «, que supuso la fabricación de los cajones en una fábrica, a continuación remolcarlos al sitio, sumergiéndolos, y, finalmente, llenándolos bajo el agua con hormigón. La forma circular de los cajones no tiene ninguna propiedad direccional, y por lo tanto los hace más estables y más fáciles de manejar en las fuertes corrientes del Estrecho.
La construcción de la viga de rigidización, por el método de bloques planos, comienza en las torres y anclajes principales, donde se utilizó una grúa flotante para instalar 6 bloques de celdas en las torres, y 8 en los anclajes.
Carriles circulación
Los 4km de recorrido de la vía para vehículos que atraviesa el estrecho de Akashi se dividen en 6 carriles. Esta cubierta suspendida y sostenida por los cables se sujeta por su propio peso, resultado de miles de vigas de acero colocadas formando una parrilla triangular. Fueron necesarios 15 meses para colocar las 280 secciones de vigas.
Como refuerzo se agregó, debajo de la cubierta, un estabilizador vertical con una forma parecida a la aleta de un avión que recorre todo el centro del puente y equilibra la presión, tanto por debajo como por encima de la cubierta. Una malla de acero fue colocada en el centro y los laterales de los carriles para permitir el paso del viento.
Materiales
El principal material utilizado en la super estructura del puente es el acero. También se ha utilizado hormigón armado. Para los cimientos, bajo el agua, de las torres se desarrolló un nuevo tipo de mezcla, un “hormigón submarino que no se desintegra” (un «nondisintegration concrete).
Iluminación
El puente Akashi-Kaikyo cuenta con un total de 1.737 artefactos de iluminación: 1084 para los cables principales, 116 para las torres principales, 405 para las vigas y 132 para los anclajes. En los principales cables se han colocado 3 tubos lumínicos de alta capacidad, en color rojo, verde y azul. El modelo RGB y la tecnología informática contribuyen en la realización de una amplia variedad de combinaciones. Un mínimo de 28 patrones son utilizados para determinadas ocasiones como fiestas nacionales, regionales o fiestas conmemorativas.
Cables
La longitud de los cables utilizados en el puente asciende a 300.000 kilómetros, suficiente como para circundar la tierra 7.5 veces. Los cables de acero, con un diámetro de 112cm encierran 36.830 líneas de alambre.
Especificaciones de los cables:
Método de construcción: PS (Prefabricado Strand) – Resistencia máxima a la tracción por cable: aprox. 62.500 toneladas
Resistencia a la tracción máxima por colgador de cuerda: aprox. 560 toneladas – Material: alambre de acero galvanizado de alta resistencia
Resistencia a la tracción por cable: 180 kg / mm2 – Diámetro del cable: 1122 mm (no incluido embalaje)
Composición: 5,23 mm de diámetro * 127 hilos / hebra * 290 hilos / cable * 2 cables – Número total de conductores: 36830
Longitud Strand: 4,071m – 4,074m – Longitud total del cable: 300.000 kilómetros
Peso del cable principal de acero: 50.500 toneladas – Cuerdas de suspensión, sillar etc: 7.200 toneladas
Vigas
En las vigas de refuerzo fueron utilizadas 90.000tn de acero. Debido al gran tamaño del puente, la carga del viento a la que debe enfrentarse es mayor que la de cualquier otro puente existente cuando se finalizó su construcción. El uso de acero de alta resistencia a la tracción para las vigas las hizo muy resistente pero a la vez ligeras, y por lo tanto más económicas.
Los elementos de refuerzo que se habían prefabricado en forma de panel fueron transportados al sitio de construcción, donde fueron erigidos hacia el interior de los anclajes y de las torres mediante grúas flotantes.
Mantenimiento
Con el fin de hacer una gestión adecuada, se han investigado nuevas tecnologías para el correcto mantenimiento y larga vida del puente. Entre ellas el «sistema de inyección de aire en seco». Este sistema protege los principales cables de la corrosión
El sistema consiste en inyectar aire seco en los cables principales para mantener una humedad constante en el interior de los mismos. Esta es una idea revolucionaria porque se evita el costo de mantenimiento periódico.
Las torres y la estructura suspendida se recubrieron con nuevo desarrollo de pintura de resina de flúor, que tiene una gran durabilidad. Este sistema de revestimiento, pintura rica en zinc, puesto directamente sobre la superficie de acero hace un importante trabajo de prevención ante el avance de la corrosión.
