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| 1854- Puente de Saltash- (I.Brunel) - Cajón presurizado |
Por otra, mientras llegaba el paso definitivo hacia las
técnicas actuales, ya muy a finales del XIX o en los albores del siglo XX (con
la disponibilidad de tablestacas de acero, los pilotes de tubos de acero,
hormigón prefabricado u hormigón in situ, cajones de hormigón, etc.), el gran
avance en cimentaciones en el siglo XIX se dio con los cajones presurizados.
Por ello, a continuación sigue un recorrido por varios de los aspectos más significativos de ese salto.
Por ello, a continuación sigue un recorrido por varios de los aspectos más significativos de ese salto.
1.- Equipos auxiliares y su mecanización
Los movidos a vapor como los de hinca de pilotes, de
extracción de agua, o de dragado, son un ejemplo de la mecanización progresiva
introducida en el siglo XIX en la construcción de la cimentación de puentes.
1.1 Pilotaje
Las máquinas de vapor databan ya de finales del XVIII y se
usaron para mover los cabrestantes de izado de los mazos de hinca de pilotes,
siendo una de las primeras aplicaciones la que hizo John Rennie en las ataguías
del Bell Dock en Londres con un equipo de 8 HP en 1801/1082.
En la Fig.1 se muestra un ejemplo de mazo de 800 ks manejado
con dos cabrestantes movidos con un locomóvil de vapor de 5 HP; todo ello sobre
una plataforma desplazable sobre raíles [1]
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| Fig.1 Martinete movido por locomóvil a vapor [1] |
En el puente de Kehl de 1859 (ver apdo ), los pilotes de 25
m para soporte de las plataformas de trabajo y guiado de los cajones precisaban
unos equipos de hinca potentes; se empleó un martinete sobre dos barcazas
dispuestas en catamarán, cuyo cabrestante, en este caso, se movía por medio de un
motor de vapor, con caldera separada. (Fig.2). El mazo pesaba 1.100 kg, con una
altura de caída de 6 m, y un rendimiento de 3 a 4 impactos por minuto.
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| Fig.2 Martinete sobre pontona con locomóvil (puente e Kehl) [1] |
Sistemas similares, izado con cabrestante y locomóvil como fuente de potencia, se
emplearon en el pilotaje de otros puentes, como el de Nantes y el
Pont-au-Change en Paris.
Sin embargo, la verdadera revolución, la aplicación eficiente
de la fuerza del vapor, la que configuró la técnica empleada actualmente, aparece
a mediados del XIX, con la innovación introducida por James Nasmyth, derivada de
otra gran invención suya, el martillo-pilón usado en las fundiciones.
Concebida la máquina hacia 1840, se aplicó por primera vez
en julio de 1845 en los pilotes del muelle de Devonport. Disponía
de una maza de 4000 kg que se desplazaba en el interior de una carcasa fija,
que abrazaba el pilote, al que golpeaba 8 golpes por minuto, se desplazaba
sobre raíles y estaba autopropulsada también a vapor. Obtuvo su patente en
1847, [2], [3] (Fig.3)
Este tipo de equipo sustituyó con eficacia tanto a las
operadas manualmente, que precisaban un mínimo de 6 operarios para mover unas
mazas de no más de 500 kg, para hincar pilotes no superiores a 8 m, con un
rendimiento de un par de pilotes al día, como las de cabrestante movido a vapor.
El cambio supuso pasar a golpear con mazas de unas 3- 4
t, con 6-8 golpes por minuto, pudiendo
llegar a 9-12 m de profundidad de hinca.
El equipo de James Nasmyth se empleó inmediatamente en otros
puentes, como en el pilotaje del High Level Bridge, de Robert Stephenson, en
Newcastle (1847) y el del Border Bridge de Berwick-upon-Tweed (1847), dónde también
se usaron equipos a vapor para mover las bombas de achique de las ataguías. Inmediatamente
pasó a emplearse en Francia, en el puente ferroviario de Tarascon.
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| Fig.3 Patente y diseño
original de Nasmyth [2][3] |
Su expansión fue muy rápida y otros manufactureros
desarrollaron múltiples variantes, como la de Morrison, de doble mazo, pudiendo
hincar dos pilotes simultáneamente, Fig.4, o como el equipo de Lacour, Fig.5, en el que
la carcasa es móvil y solidaria al mazo
de golpeo, aumentando la masa que impacta.
Estos nuevos equipos con mazo a vapor, de simple o doble
efecto, permitían hincado de pilotes más
largos, en terrenos más duros y con unos rendimientos mucho mayores que con los
equipos anteriores. También fueron los equipos que se usaron para hincar los
sistemas de pilotaje que aparecerían a finales del siglo XIX y comienzos de XX
sustituyendo a los pilotes de madera usados desde los primeros tiempos: los de
hormigón o los metálicos.
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| Fig.4 Morrison SPD (Mechanics Magazine -N1771 1857) |
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| Fig.5 Mazo a vapor para hinca de pilotes, de M. G. Lacour, de La Rochelle (Las Merveilles de la science)[4] |
Por otra parte, también aparecerán los pilotes metálicos
como alternativa a los de madera, inicialmente como perfiles tipo rail y luego
tubulares y, más tarde, los pilotes hincados por rotación, con una hélice en su
punta
1.2 Equipos para agotamiento de agua.
La disponibilidad de motores de vapor, estáticos o
locomóviles, permitió sustituir los medios de achique movidos bien con una
ingente mano de obra, bien tracción equina, o bien, no siempre aplicable, con
fuerza hidráulica (detallados en el artículo anterior), y aumentar sustancialmente la capacidad de
agotamiento del agua de los recintos de cimentación.
Con esa nueva fuerza motriz se movían tanto bombas
aspirantes (sustituyendo la fuerza muscular), como las más eficientes bombas
rotativas o centrífugas.
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| Fig.6 [1] |
Las más simples eran las derivadas de las bombas aspirante-impelentes
de émbolo, las típicas de bomberos, como las Letestu de doble cilindro, en las
que un balancín desplazaba alternativamente arriba y abajo el émbolo de cada
cilindro; el motor actuaba sobre el balancín mediante un sistema de bielas,
produciendo la aspiración e impulsión del agua. Así se aplicaron en el puente
de Kehl (Fig.7)
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| Fig.7 Sistema de bombas Letescu empleado en los cajones de Kehl [1] |
La disponibilidad de motores más potentes, posibilitó el
desarrollo y aplicación de las bombas rotativas, mas eficientes y con mayor
capacidad. (Fig.8)
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| Fig.8 Bomba rotativa movida con motor a vapor estático o locomóvil [1] |
2.- Los cajones de aire comprimido
Las cimentaciones con cajones habían tenido un cierto renacimiento a partir de finales del
siglo XVIII, sin embargo, fue un siglo después cuando llegó una revolución en
la técnica, derivada de la disponibilidad del aire comprimido y de su empleo
pionero por Triger, bloqueando filtraciones de agua en actividades mineras.
Ello produjo un giro espectacular en las posibilidades de cimentación de
puentes en grandes cauces, con altas profundidades, posibilitando la
construcción de muchos de los grandiosos puentes de la segunda mitad del siglo
XIX.
Hacia 1830 aparecen los primeros compresores multietapa de
aire, movidos por máquinas de vapor.
Más tarde, en 1841, el ingeniero francés Charles-Jean Triger
empezó a utilizar por primera vez el aire comprimido en minas de carbón del
valle del Loira, en Chalonne, para explotar un filón que pasaba unos 25-30 m
debajo de los terrenos aluviales permeables del lecho del río, consiguiendo mantener
el agua fuera, de modo que los trabajadores podían cavar en un espacio de
trabajo seco.
Lo hacía con un tubo metálico vertical de tres secciones que
atravesaba las capas permeables saturadas, con la sección cerrada en la parte
superior. Inyectando aire comprimido por
medio de una bomba de vapor se conseguía expulsar el agua hacia la base abierta
del tubo, de modo para que los trabajadores que estaban allí pudieran trabajar
en seco y cavar el suelo. (Fig.9).
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Fig.9 Procedimiento de Jacques Triger en el pozo de Chalonne
- [1][5][6]
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Encima de esa sección inferior presurizada y sellada por el
terreno (B), había otra sección, (A), provista de esclusas arriba y abajo (M y
N), con dos válvulas y un grifo. Por una de las válvulas, la caja recibía el
aire comprimido, y por la otra válvula lo transmitía al tubo. La válvula
permitía restablecer el equilibrio de presión, entre la caja y las secciones
adyacentes. El agua se evacuaba por un tubo desde el fondo al exterior
impulsado por la presión el aire, sin necesidad de bombas (S). Los descensos
del tubo se provocaban bajando la presión de la cámara.
Triger empleó su método en otro pozo minero en Douchy, en
1845, con buen resultado
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| Fig.10 La primera solución en Chalonnes y su variante en el pozo de Douchy [5] |
Triger en un escrito a la Academia de Ciencias en 1845,
donde relata el éxito de su método en pozos minero, ya indica su idoneidad para
cimentaciones de puentes a realizar bajo el nivel freático, en terrenos
permeables que permitan la expulsión del agua a través suyo al aplicar una
presión de aire superior a la hidrostática o a través de un tubo al exterior.
No obstante, pasa un tiempo hasta que se produce la primera aplicación de su
método, que dio lugar a una extensa saga de puentes con cimentaciones tubulares.
En 1851 son William Cubitt y John Wright quienes aplican por
primera vez la solución de Triger en cimentaciones de pilas de puentes en el
agua, en el puente sobre el Rio Medway en Rochester (UK).
Usaron el sistema de Triger, aunque con dos esclusas en cada
uno de los 14 tubos de fundición de 2.135 m de diámetro que iban a formar la
pila; los tubos se conformaban con módulos de 2.745 m de alto, con uniones
bulonadas por el interior. En los primeros tubos el agua se expulsaba a través
del lecho lo que presentaba una serie de inconvenientes; cuando el terreno era
poco permeable el aire se renovaba lentamente, mientras que cuando era muy
permeable, escapaban por él fuertes volúmenes de aire, bajando la presión y
provocando la brusca entrada de agua, dificultades a los obreros y oscilaciones
en el tubo. Las mejoras del procedimiento llevaron a disponer, por una parte, un
tubo para la salida del agua al exterior que arrancaba en una poza creando un
cierre hidráulico y dotado de una válvula que permitía regular una cierta
salida de aire para renovar la atmósfera de la cámara de excavación; por otra, se
dotó de un sistema de grandes contrapesos para contrarrestar de un modo
controlado el empuje ascensional del tubo debido a la presión en la cámara
inferior; la carga de los contrapesos se podía modificar variando su inmersión
para regular el descenso del tubo en excavación; no obstante, este sistema no
consiguió corregir las brusquedades de descenso del cajón al bajar la presión.
Se excavó a través del lecho del río hasta apoyar el cajón
en una capa de roca. Posteriormente los tubos se rellenaron de hormigón y
mampostería hasta la base de la pila.
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| Fig.11- El pionero cajón tubular usado en Rochester [5] |
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| Fig.12 Puente victoriano de Rochester cimentado con tubos presurizados |
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| Fig.13 |
Este puente húngaro fue proyectado por el
francés Cezanne con arcos metálicos de hasta 110 m de luz, en cuya ejecución
intervino Nougier, el ingeniero de Eiffel, que también lo hizo en el de Oporto
y Garabit.
Los arcos se apoyaron en pilas cilíndricas
gemelas, prolongación de sendas cimentaciones tubulares de Ø3 m, ejecutadas con
presurización, hasta unos 20 m de profundidad y rellenas de hormigón. Para
contrarrestar el empuje ascensional se añadían contrapesos de fundición en
cabeza, en paquetes de 5 t. Los descensos del cajón, de 1 a 2m, se producían de modo brusco, al reducir de
golpe la presión de aire, lo que dificultaba el guiado del tubo, cuyas
correcciones se hacían desplazando los contrapesos al reanudar la excavación.
Por otra parte, la entrada violenta del agua por sifonamiento al bajar la
presión, arrastraba material del lecho dentro del tubo, que había que volver a
excavar.
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| Fig.14 Cimentación de Szegedin [1] |
3.3.- Puente de Burdeos 1860
El sistema de cimentaciones tubulares
presurizadas, especialmente cuando se prolongaba con pilas cilíndricas de
fundición para soporte de vigas metálicas,
como era típico en puentes de ferrocarril, tuvo una rápida expansión.
Así se aplicó en el puente de Burdeos sobre
el Garona en 1860, cuyo lecho de arenas sobre capas de arcillas y gravas
llevaba a cimentar a 15 m bajo el nivel de bajamar.
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| Fig.15- El puente, actualmente pasarela Eiffel (Structurae) |
Se dispuso un andamiaje de doble plataforma
soportado sobre pilotes a lo largo del puente en construcción. En las
plataformas se situaban los equipos movidos a vapor para aire comprimido,
cabrestantes y presión hidráulica
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| Fig.16 Andamiajes |
Un joven Gustavo Eiffel responsable de la
construcción, empleó tubos gemelos de Ø3.60 m y 4 cm de espesor, sobre cuyas
cabezas dispuso dos vigas a modo de yugo que se conectaba a través de gatos de
regulación hidráulicos a una estructura contrapesada situados en el andamio de
la pila. (Fig.17 y 18)
Mediante estos gatos, partiendo de una
posición con su vástago totalmente extendido, se aplicaba una tracción sobre el
yugo, que producía un empuje descendente sobre tubo provocando su descenso de
un modo controlado, permitiendo una gradual descompresión de la cámara
interior, evitando sifonamientos y arrastre de material del lecho al interior,
como era habitual cuando el descenso se
provocaba con una brusca caída de presión.
No todo fue sencillo, hubo un grave incidente
cuando, al dar presión a un tubo que estaba casi lleno de agua, con poco
volumen de aire, se provocó una instantánea subida de presión interior, cuyo
empuje rompió las cuatro barras de sujeción del yugo a los gatos, dando lugar a una violenta ascensión de 4 m
del tubo.
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| Fig.17 Vista y sección longitudinal[1] |
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| Fig.18. Vista y sección transversal [1] |
La línea de TGV dejó el puente obsoleto y se
construyó un nuevo al lado, pero se preservó el antiguo de su demolición al
declararlo monumento
3.4. Puente ferroviario de Argenteuil. 1862
Las cuatro pilas del puente de ferrocarril
sobre el Sena en Argenteuil se
cimentaron mediante una pareja de tubos presurizados de 3.6 m de diámetro en
cada una de ellas; en la parte exenta de la pila los tubos de 3.2 m de diámetro
están arriostrados entre sí
Fueron ejecutadas por el mismo contratista,
Castor, que había hecho las cimentaciones con cajones presurizados en Kehl (Ver
apdo.4). Dispuso un andamiaje sobre 26 pilotes con dos plataformas, la inferior
para acopio de materiales de la mampostería y dispositivos de guiado de
descenso de los cajones y la superior con una grúa sobre raíles para colocar
los anillos de recrecido de los tubos y maniobras de las esclusas. (Fig.19)
 |
| Fig.19 Andamios sobre pilotes, cajones presurizados y disposición de pilas [8] |
 |
| Fig.20 Esclusas y base cónica de la cara de trabajo [8] |
La cámara de trabajo está formada por un
primer anillo cilíndrico de 5 cm de espesor, cuyo borde inferior es un bisel
cortante sobre el que se dispone una caja de fundición cuya cara interior es un
tronco de cono, de 2 m de altura. Sobre éste se inicia una chimenea cilíndrica
de 1.1 m de diámetro que se cierra con las esclusas superiores y sirve de pozo
de evacuación de material excavado y acceso del personal. (Fig.20)
vEl espacio entre el cono y el tubo exterior
se rellenó parcialmente con mampostería y hormigón antes de hundir el tubo.
Luego, según progresaba la excavación, se acabó de rellenar ese espacio con
hormigón al igual que el espacio anular entre el tubo exterior y el de servicio.
Este sistema permite colocar el hormigón y mampostería en seco y sin
presurización, que sólo se aplica en la cámara de excavación y chimenea central.
La profundidad de las excavaciones de las
pilas bajo el nivel del agua del Sena, atravesando arenas, arcillas y gravas,
varió entre 16 y 20 m.
Este puente tiene, por un lado una triste
historia de destrucciones bélicas y reconstrucciones, y por otro, por su
cercanía a Paris, fue modelo de obras pictóricas de grandes artistas, como
Monet (Fig.22). Al poco de terminarse fue destruido en 1870 con motivo de la
guerra franco prusiana. (Fig.21) Se reconstruyó sobre las mismas cimentaciones
y pilas y volvió a ser volado en la
IIGM, reconstruyéndose nuevamente sobre las mismas cimentaciones.
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| Fig.21 El primer puente de Argenteuil volado en 1870 |
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| Monet 1874, Art Museum, Philadelphie |
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| Monet 1873 Collection particulière |
Fig.22- El puente de Argenteuil según Monet
3.5 – Primer puente del Estuario del Tay. 1878.
Este puente de
ferrocarril, que cruzaba el estuario del Tay, en Escocia, de 3.264 m de
longitud, lo que era récord mundial, proyectado en 1869 por Thomas Bouch, ya se
trató en el artículo anterior (apdo. 3.2.2.2).
Tras el desastre de
diciembre de 1979, se procedió a su demolición y se construyó un nuevo puente
al lado, unos 20 m aguas arriba; sólo quedan restos de las cimentaciones de las
viejas pilas (Fig.23).
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| Fig.23 El puente actual y, aguas abajo, los restos de las pilas del primero. |
Se proyectaron pilas
cilíndricas gemelas de mampostería y ladrillo apoyadas en cimentaciones de
varias tipologías
Las primeras 14
pilas se cimentan de acuerdo con las previsiones iniciales, las 3 primeras con
zapatas de hormigón apoyadas en roca tras excavar la arcilla de recubrimiento
aprovechando bajamares, las siguientes de la 4ª hasta la 14ª mediante cajones
tubulares de dos tubos gemelos de hierro forjado de 2.9 m de diámetro, presurizados
según el procedimiento de Triger (Ver apdo. 4) para excavar en seco las capas
arcillosas hasta apoyar en roca. Los dos tubos cilíndricos salían de una base
de apoyo de más sección, con un techo o diafragma desde donde arrancaba la
pared del contorno de ladrillo. (Fig.24)
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| Fig.24 Los cajones tubulares presurizados de las primeras pilas con asiento en roca [8] |
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| Fig.25 Pontona catamarán para montaje, descenso u posicionado de los cajones [9] |
Se iban hundiendo en
el lecho del río conforme se iba excavando en su interior, formando una pared
de ladrillo en su contorno, que actuaba de contrapeso, para finalmente rellenar
el resto con hormigón.
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| Fig.26 Ejecución de pilas con cajones gemelos [9] |
Sin embargo a partir
de la pila 14ª, se descubrió que la capa de arenisca roja cada vez estaba más
profunda y que el terreno tenía mucha menos capacidad de soporte de la supuesta
(Fig.27).
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| Fig.27 Perfil geológico real |
Ello obligó a
cambios de diseño y hubo que pasar, de cimentar cada pila con cajones tubulares
gemelos presurizados, a hacerlo con un solo cajón abierto, enorme, con más
sección de apoyo y usar varios sistemas, que se han descrito en el artículo
anterior de esta serie, ya citado.
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| Fig.28 Inicio del puente con las 14 primeras pilas en mampostería de ladrillo. El edificio es la fundición a pie de obra con acopio de tubos de las pilas |
Tras el desastre de
1879 no se aprovecharon las cimentaciones del primer puente porque se habían detectado
socavaciones, debidas a que algunos de los viejos cajones no se habían hundido
suficientemente en el lecho; periódicamente se vertían grandes cantidades de escombro
a su alrededor, para rellenar y limitar las socavaciones. Por ello se decidió la
construcción de un puente completamente nuevo sobre diferentes cimientos a unos
20 m aguas arriba del antiguo, del que se encargó el ingeniero inglés William
Henry Barlow, muy asociado a proyectos ferroviarios.
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| Fig.39.- Los dos puentes y las viejas pilas aún sin demoler |
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| Fig.30 El desastre de 1879 [10] |
Puede considerarse que el gran salto a cimentaciones
profundas en grandes ríos con calados y corrientes importantes se produjo en
1859, cuando se sustituyen los tubos
circulares gemelos presurizados por
cajones únicos de grandes dimensiones, también presurizados, y se aplican en la
cimentación del puentes del ferrocarril en Saltash y, sobre todo, sobre el Rhin
en Kehl.
Si bien el puente de Eads sobre el Mississippi en San Luis
constituyó todo un hito en cuanto a cimentaciones en capas profundas en aguas
de gran calado, sentando un precedente aprovechado muy bien luego por los
ingenieros que le siguieron, como W.Roebling en el de Brooklyn o Baker en el
Forth, el antecedente real de este gran puente fue el citado de Kelh, de cuyas
innovaciones había recogido enseñanzas el ingeniero americano 8 años antes.
4.1.- Brunel y el puente de Saltash. 1854
A raíz del éxito en Rochester, la técnica de cimentaciones
tubulares presurizadas se extendió con rapidez en las cimentaciones de puentes;
sim embargo se empezó a pensar en realizar la cimentación de una vez, con un
gran cajón único.
El pionero en este concepto fue Isambard Kingdom Brunel, que
aplicó una variante del método en su famoso puente sobre el Río Tamar en
Saltash (1854), el Royal Albert Bridge, con sus vanos centrales combinación de
un puente en arco con uno colgante, solución que ya había apuntado en 1851 en
el puente de Chepstow, también con cimentaciones tubulares.
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| Fig.31 El río Tamar y el puente de Brunnel |
Sin embargo, en el puente de Saltash es muy destacable otra
gran aportación innovadora de Brunel, la
cimentación de la pila central. En ella, por primera vez, se empleaba un único
cajón circular presurizado de grandes dimensiones, con un diámetro de más de
cuatro veces el de las precedentes cimentaciones tubulares y con una muy particular concepción del
diseño del cajón y del empleo de la presurización y de la ejecución y, todo
ello, en unas condiciones difíciles, con una profundidad superior a los 25 m en
pleamar. Se describe a continuación basada en las notas del propio Brunel [11].
En la ubicación de la pila central del puente el Río Tamar
tenía un calado de unos 21 m en pleamar (la carrera diaria de marea en las
vivas equinocciales llega allí a los 6 m) y Brunel estimó que para cimentarla en la diorita, roca que estaba bajo los
rellenos del lecho del rio a unos 24 m bajo el nivel de pleamar, se llegaría a
una profundidad de unos 27 m.
Para verificar la factibilidad de su idea de emplear un tubo
presurizado de gran diámetro, hizo uno de prueba más reducido, de 1.80 de
diámetro, y unos 26 m de largo, que suspendió en medio de una pareja de barcos
con grúa, hundiéndolo en el lodo hasta llegar a apoyar en la roca. Levantando y
hundiendo ese tubo a distintas posiciones de ese tubo se fueron haciendo
numerosas perforaciones dentro del mismo, para determinar con precisión la
situación de la roca y la posición definitiva y más adecuada de la pila
central. Tras ello, ya enero de 1849, se bombeó el agua fuera del tubo de
prueba, se extrajo el lodo hasta llegar a la roca y se inició un tramo de
mampostería, para demostrar la viabilidad de construir una pila en tal
situación. Se interrumpieron los
trabajos durante más de tres años, por política de reducción de gastos pero sin embargo, ya había obtenido información
que le demostraba que se podía construir una pila de mampostería en el medio
del río, sobre una buena base de roca que estaba cubierta por un espesor de
aproximadamente unos 5 m de lodo
Determinó que emplearía el sistema de cimentación neumática,
modificado respecto a los precedentes en otros puentes y con un cajón de chapa
circular, con dos partes cilíndricas: una inferior de 10.67 m de diámetro hasta
6 m de altura y otra superior, más ancha, de 11.29 m de diámetro y 17 m de
altura, que permitiría ejecutar la mampostería vista en seco en su interior y
que sería desmantelada tras ello, para lo cual estaba dividida en dos partes
semicilíndrica y unida con una junta al cilindro de la base. En el cilindro inferior
dispuso a unos 6 m por encima de ella una cúpula que formaba el techo de la
cámara de excavación. Desde el centro de esa cúpula salía un tubo de 3 m de
diámetro, hasta la parte superior, fuera del agua. (Fig.32)
Tras completar esa fase del anillo de mampostería, se
esperaba que el fondo pudiera ser lo suficientemente hermético como para actuar
como una barrera y permitir que sacar el
lodo de la parte central debajo de la cúpula. No obstante hubo que mantener un
bombeo fuerte y continuo para permitir la excavación del lodo y el asiento en la
roca y construir la mampostería en el espacio central sin tener que recurrir a
presurizarlo. El agua se condujo a dos pozos, que formados por tubos de hierro
fundido se integraron en la mampostería, desde donde se bombeó el agua.
Como una cámara presurizada de ese tamaño, bajo 24 m de
presión de agua sería complicada de manejo y produciría una fuerza ascensional
excesiva, se redujo la zona presurizada al espacio anular creado en el interior
de esa bóveda, de 1.2 m de ancho y los 6m de altura, compartimentado en 11
recintos por divisiones verticales radiales. Se conectaba mediante un tubo de
1.80 m que subía adosado a un lateral del tubo central de 3m hasta las esclusas
y válvulas situadas en el nivel superior. Se podría bombear aire al espacio
anular únicamente, expulsar el agua de él y continuar el trabajo, sin tener que
usar presión de aire debajo de todo el domo, evitando así un gran empuje
ascensional.
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| Fig. 32.Sección del cajón y presurización del anillo exterior |
En la parte del tubo de 3 m que no estaba ocupada por el
cilindro presurizado de 1.8m, se fijó un potente conjunto de bombas para
mantener el nivel de agua en el espacio central y disminuir la presión bajo la
cual trabajaban los hombres, aprovechando así que el gran cilindro exterior ya actúa
como un recinto de contención del agua.
Como se había comprobado previamente con las perforaciones que
la superficie de la roca descendía hacia un lado aproximadamente 1.80 m en la
anchura de la pila, la parte inferior del tubo se hizo oblicua, para adaptarse
a la superficie de la roca.
El enorme tubo de 10.67/11.29 m de diámetro se construyó
en la orilla del río en una rampa, por la que se desplazó al cauce en marea
baja y con la subida de la marea quedó flotando.(Fig.15). Se había lastrado de
modo que mantuviese la posición con el orificio de comunicación de la cámara
anular al cilindro central se mantuviese fuera del agua, para lo cual había que
impedir cualquier rotación del cajón. Guiado entre cuatro pontones, finalmente
se enderezó y hundió en la posición correcta en junio de 1854.
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| Botadura del cajón tubular- |
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| Fig. 34 –Botadura, fondeo del cajón y ejecución de pila 1855 [12] |
Como consecuencia de algunas irregularidades de la
superficie de la roca, el cilindro al principio se desvió considerablemente de
la posición vertical; y fue necesario presurizar el anillo para acceder a la
roca y excavarla y adecuar el nivel del apoyo. La altura del anillo y de la
cúpula era tal que ya descansando el cajón sobre la roca del fondo, el fango y
barro sobre ella podía caber dentro del anillo y de la cúpula interior. La
extracción del lodo del espacio anular se vio facilitada por la división en
compartimentos.
En febrero de 1855, el cilindro ya había descendido hasta su
profundidad máxima y se apoyaba sobre la
roca en todo su contorno. Su punto más bajo estaba a 26.5 m por debajo de la
altura del agua.
Hubo una surgencia de agua por una fisura de la roca en uno
de los compartimientos, que causó muchos problemas hasta conseguir obturarla. Una
vez excavado el asiento en la roca del anillo se comenzó a montar la sillería
de granito y mortero llenando todo el espacio anular hasta una altura de unos 2
m (Fig.35-a)
Se quitaron las placas internas del anillo de modo que la
sillería de granito con cemento del centro quedó completamente unida al anillo
de mampostería exterior construido
previamente. (Fig.35-b). Cuando se llegó hasta el nivel del domo, tanto éste como
el cilindro interno de 3 m pies se cortaron y se retiraron (Fig. 35-c) para
continuar con la mampostería hacia la superficie. Los pozos de las bombas se
llenaron con de hormigón y ello detuvo la afluencia de agua
 |
| Fig. 35 Fases de ejecución de la cimentación |
Cuando hacia fines de 1856, se completó la mampostería hasta
la coronación de la pila, 3.5 m por encima del nivel del agua, la parte
superior del gran cilindro se desmontó y se llevó a tierra, habiéndose hecho en
dos mitades con ese objeto.
Esta era la primera vez en que se usaban presiones altas, sobrepasando las 3 atm;
debido a ello fue aquí, donde aparecieron los primeros enfermos afectados por
la descompresión y donde se produjo el primer fallecimiento por esta causa, que
entonces era desconocida.
Otro aspecto destacable de este puente es el relativo a la
ejecución de los singulares y característicos tramos centrales; éstos se
fabricaron en tierra, en la orilla,
desde donde se transportaron sobre pontonas hasta su ubicación entre las
pilas, para ser izados en una espectacular operación a su posición en el vano.
(Fig.36)
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| Fig.36. |
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| Isambard Kingdom Brunel |
4.2 El puente de Kehl sobre el Rin. 1859-1861
De este puente sólo subsiste hoy en servicio una de las
pilas del puente original, ya que las otras
y la superestructura, fueron destruidas sucesivamente en la guerra
franco-prusiana de 1870 y en la IIGM, teniendo las correspondientes
reconstrucciones y posteriores ampliaciones. La pila superviviente muestra lo
acertado de la solución aplicada hace ya más de 150 años, siendo el modelo para
grandes realizaciones posteriores.
 |
| Fig.37 El puente de 1861 reconstruido, en postal de 1920 |
 |
| Fig.38 Ilustración que muestra como los prusianos hacen saltar el puente en 1870 (structurae.net) |
Fue el resultado de un convenio internacional en 1857 entre
el Estado francés y el Gran Ducado de Badel, por el que éste construiría la
supestructura sobre pilas y estribos que
haría la francesa Compagnie des chemins de fer de l'Est, (CCFE) concesionaria del ferrocarril hasta Estrasburgo.
En las bases de ese convenio se planteaba el puente con una
parte fija central con tres tramos con triple celosía de hierro de 56 m y con
sus dos laterales de alma llena que serían tramos giratorios dejando un canal
navegable de 26 m a cada lado. Las dos pilas centrales se formarían con 3 tubos
de fundición de Φ3m, mientras que serían de mampostería las pilas extremas
de apoyo del tramo giratorio y cada
pila- estribo donde estaría el eje de giro del tramo móvil y sus mecanismos. Se
fijaba que la cimentación en los tubos excavados con uso de aire comprimido,
como el precedente de Rochester, llegaría al menos a 15 m por debajo de los
estiajes, mientras que en los estribos esa profundidad sería de 12 m. Asimismo,
se indicaba que las mamposterías deberían arrancar a 2 m por debajo del nivel
de estiaje.
La principal dificultad del puente eran las cimentaciones en
un río con crecidas torrenciales que, además, producían importantes
socavaciones en el lecho que podían llegar a unos 17 m por debajo del nivel de
estiaje, por lo que dichas cimentaciones tenían que descender más abajo de ese
nivel. Por otra parte, en el lecho del río había que pasar una gruesa capa de
materiales granulares encima de arenas arcillosas hasta encontrar, a 20 m por
debajo del nivel de aguas bajas, una
capa compacta en la que se podía cimentar.
Las cimentaciones tubulares presurizadas previstas en las
pilas centrales presentarían serias dificultades en este terreno, como un
defectuoso control del hincado, con descensos bruscos o irregulares al reducir
la presión para desmoronar el terreno por entrada de agua, o bien, elevaciones
al aumentar la presión para drenar el agua.
Por ello, Ëmile Vuigner et Fleur Saint-Denis, los ingenieros
de la CCFE responsables del proyecto definitivo, modificaron profundamente la
cimentación planteando hacer las de las pilas del río mediante cuatro cajones
rectangulares presurizados conformando una gran sección global rectangular, de
20 x 7 m, y con todas las pilas en mampostería [13]
 |
| Fig.39 Planos originales de la Cia Chemins de fer de l'Est |
 |
| Fig.40 Tramo lateral giratorio y su canal [13] |
 |
| Fig. 41 Instalaciones, andamios y puente auxiliar[13] |
Cada cajón de 4x5m, estaba dotado con tres tubos de servicio,
dos de ellos con esclusas; situados adosados conformaban una sección de 20 de
ancho .
Uno de los tubos, el central, era el más profundo, no estaba
presurizado y alojaba la noria de canjilones para el dragado y extracción del
material de la excavación que recogía en el pozo más profundo donde se iba
arrojando por los obreros. Este pozo estaba inundado, haciendo un cierre
hidráulico con el agua que lo llenaba hasta equilibrar la presión de aíre en la
cámara; el elevador de canjilones estaba movido por un equipo a vapor. (Fig.42 y 43)
 |
| Fig.42 planta y secion transcversal de uno de los cajones, [1] |
Presentaban la innovación, que creó escuela, de que el
contrapeso o sobrecarga para su hundimiento sería la propia mampostería que se
iría montando en la pila. Por ello, por encima de la cámara de excavación y
correspondiendo con el nivel final previsto de arranque de la pila, tenían un
piso o base reforzada, capaz de sostener todo el peso de la mampostería
necesaria para conseguir su hundimiento hasta la cota de excavación final.
Fueron llevados flotando a la posición de las pilas, donde un
andamiaje de pilotes hincados servía de protección y guiado para su descenso; se
fueron sumergiendo cargándolos con la mampostería de la pila.
El aire comprimido insuflado desplaza el agua de la cámara
inferior, en la que los trabajadores bajan y excavan el fondo y bajo los bordes
del cajón. Según el cajón se va hundiendo en el lecho del río, se va montando
más mampostería para ayudar al descenso incrementando la sobrecarga. Cuando se
alcanza la roca firme, el cajón situado por debajo de la mampostería y la
cámara de trabajo se macizan con hormigón así como las chimeneas y se continúa
el montaje de la mampostería hasta sobresalir del nivel del agua y terminar la
pila. (Fig.44)
 |
| Fig.43. Equipos de retirada de material, de [14] |
 |
| Fig.44 Fases de acabado, mampostería y hormigón, de [1] |
 |
| Fig.45 Detalle de pila terminada [1] |
El rendimiento medio obtenido en el hincado
del cajón fue de 0.33 m/dia de 16 horas de trabajo.
El método de cimentación del puente de Kehl
constituyó un modelo cuyos procedimientos fueros muy seguidos en cimentaciones
posteriores en aguas profundas
4.3 Otras aplicaciones de cajones rectangulares
El sistema de Kehl se empleó poco después en
varios puentes franceses como los de Voulte sobre el Ródano (1860), Lorient sobre
el Scorff, el de Nantes en el Loira o el de Vichy sobre el Allier (1870).
En el de Voulte el cajón fue único, de 12 m
de largo y 5 de anchura, cimentado a 10 m de profundidad con doble chimenea.
En Lorient para llegar a 21 m bajo los
niveles de pleamar tras atravesar 14 m de suelos blandos se empleó un cajón
rectangular terminado en con semicírculos, de 12.1x3.5 m con doble chimeneas
esclusadas. La subpresión y flotación variable debida a las mareas hacia
necesaria una sobrecarga de mampostería para la marea alta, que resultaba
demasiado elevada en bajamar, obligando a un refuerzo adicional del techo de la cámara, de 3.04 m de altura.
 |
| Fig.46 Andamiaje y cajón el puente de Lorient [1] |
Más tarde en el Río Allier en Vichy (Francia),
cuyas violentas crecidas periódicas
habían afectado sucesivamente al único puente de peaje existente. Por ello, al
plantearse un nuevo puente con arcos metálicos, se incidió en unas
cimentaciones fiables para las pilas de mampostería. Se empleó un cajón de
sección rectangular terminada en dos semicírculos de 10.40 de longitud y 3.96 m
de anchura, provisto de dos chimeneas de 0.84m de diámetro con esclusas para
retirada de material y acceso de personal. El puente se terminó en 1870.
 |
| Fig. 47 El puente casi terminado en septiembre de 1869 |
4.4 El puente sobre el Missisippi en S. Louis de James B. Eads en 1867
En 1867 se produjo un
espectacular salto en la ejecución de puentes sobre los grandes ríos, grandes
por caudales y calados, con el puente sobre el Mississippi en San Luis. Espectacular
obra debida al genio e ingenio, del autodidacta James Buchanan Eads, que marcó
un precedente seguido después por muchas grandes realizaciones de otros
ingenieros. Curiosamente, Eads no tenía formación académica en ingeniería sino
adquirida por sí mismo en la biblioteca de su mentar, ni tenía idea de
ingeniería de puentes, pero supo
rodearse de un excelente cuadro de ingenieros alemanes de los que aprendió y
dirigió con acierto, como Chales Pfeifer y Henri Flad. Lo que sí tenía era un
gran conocimiento del río y de su enorme capacidad erosiva, adquirido con sus
trabajos de rescates de los cargamentos de barcos naufragados en él, con
equipos de su invención, a lo que había dedicado gran parte de su vida y hecho
una gran fortuna. Conocimiento que le llevó a la acertada convicción de que las
pilas y estribos debían apoyarse en la roca, bajo las arenas del lecho.
La concesión del puente fue
inicialmente dada a inversores de Chicago, la ciudad rival, y con un plazo
excesivamente largo, lo que hizo que en S.Louis se cuestionara si realmente lo
que querían era bloquear la construcción del puente, lo que llevó a diversas
acciones para acotar los plazos y creación de otra sociedad promotora y que
Eads se pusiese al frente de la misma. Finalmente se fusionaron y Eads dirigió
el diseño y construcción del puente, presentando en 1867 los diseños del mismo,
con tres grandes arcos de acero, del orden de 150 m de luz y dos pilas de
mampostería situadas en el cauce.
Aun siendo novedoso e
impactante el diseño los arcos, en los
que es palpable la mano de su equipo germánico en los cálculos, diseño y en las
especificaciones mecánicas para el acero (lo que resultaba un tanto novedoso
para las fundiciones), la gran dificultad del puente estaba en las
cimentaciones de las pilas y estribo del otro lado de la ciudad.
Bajo un calado de agua
variable entre 4 y 16 m había un lecho de arenas y otros materiales
erosionables, debajo del cual estaba una capa de roca con una acusada pendiente
hacia la orilla del lado Este, en cuyo estribo se situaba a 41.5 m bajo el
nivel de aguas altas (Fig.49).
 |
| Fig.49 Perfil del Puente y terreno, Pl III de [17] |
Entre las dificultades a
vencer, la de la cimentación era la más compleja: el calado era importante; las
corrientes del río lo mismo; el terreno firme de apoyo se encontraba muy por
debajo del lecho del río, lo que suponía tener que situar el apoyo de las pilas
en el entorno de los 40 m bajo el nivel del agua.
Ello suponía un enorme reto, había
que ir mucho más allá de lo que se había profundizado hasta entonces. Reto que
afrontó el propio Eads, en base a: su experiencia con desarrollos de campanas
de buceo e ingenios para rescatar restos de naufragios en el río; su gran
conocimiento del río y del comportamiento de sus fondos.
Se había iniciado la
ejecución del Estribo del lado de S.Louis, que no ofreció mucha dificultad pues
la roca estaba relativamente superficial y mediante un cajón de fondo abierto
hincado se contenía el agua y los lodos mientras se colocaba la mampostería.
Las pilas y el otro estribo
requerían otro procedimiento mucho más complejo. Inicialmente Eads pensaba
volver a usar ataguías en forma de cajón prefabricado abierto en el fondo, que
suspendería de un andamiaje sobre pilotes y haría descender hasta el lecho; mediante
excavadoras de cuchara y rosarios de canjilones movidos a vapor extraería la
arena hasta llegar al fondo rocoso, todo ello sin agotar el agua. Una vez
descubierta la roca, planeaba situar dentro de la ataguía una plataforma
flotante sobre la que iría colocando la mampostería para ir sumergiéndola
guiada convenientemente hasta apoyar en el lecho rocoso preparado. Incluso
pensaba en reutilizar el cajón en otras pilas.
Pero, una vez ejecutada la
cimentación del estribo, tuvo que viajar a balnearios europeos en 1867-1868 para
reponerse de sus dolencias, derivadas de sus años de inmersiones; ello le
sirvió para analizar con acreditados ingenieros franceses e ingleses su plan de
cimentaciones en el río y conocer los nuevos métodos con cajones de aire
comprimido y observar su ejecución en el
puente de Vichy.
Ello le hizo concebir la ejecución
de las cimentaciones en el río y el otro estribo con un gran cajón presurizado,
que iría descendiendo guiado entre pilotes conforme se retiraba la arena de la
cámara presurizada mediante bombeo y se sobrecargaba con la mampostería de la
pila, con las pautas de Kehl.
El diseño general del cajón y
sus elementos para la ejecución de la pila se muestra en las Fig.50 y 52.
 |
| Fig.50 Cajón de la pila Este [18] |
Su planta era hexagonal
alargada como la base de la pila, con dos triángulos en el frente y dorso de la
corriente, cuyas dimensiones eran de 24.6 x 18 m. La cámara de excavación
tendría 2.7 m de altura libre y en ella estaban las 7 esclusas de aire
correspondientes a los 6 pozos de servicio y la chimenea central. Se disponían
una serie de tubos para la evacuación de la mezcla de arena y agua bombeada
desde la excavación en la cámara, mediante unas bombas de agua, invención de
Eads, de succión-aspiración de la arena fluidificada con agua.
 |
| Fig.51 Bomba de succión-impulsión de arena-agua[17a] |
El del estribo del lado Este,
el que había que cimentar a mayor profundidad se muestra en las Fig.51 y 54. Estaba
dotado de una chimenea central con la escalera de acceso y dos pozos de
servicio.
 |
| Fig.52 Cajón para el estribo Este |
 |
| Fig.53 Inicio de ejecución en cajón del Estribo Este [18] |
 |
| Fig 54. Cajón de pila, sección con el detalle del sistema de evacuacion de arena con bomba de agua , pl XIII de [18] |
Para situar el cajón, se dispuso
un conjunto de dos barcazas con grúas Derrick, dispuestas en forma de
catamarán, en medio del cual se iba a ir montando el cajón de madera forrado de
chapa, dentro del cual se iría colocando, en seco, la mampostería de la pila.
En su perímetro se hincaron pilotes que harían de guía en el montaje e
inmersión. Esas pontonas alojaban las calderas de vapor, motores y bombas (Fig.55).
Equipo para fondeo del cajón
de la pila Este,1869. Pl IX de [18]
 |
| Planta del cajón y equipos auxiliares |
 |
| Fondeo de cajón de la pila Oeste |
 |
| Fondeo de cajón de la pila Oeste |
Fig.55 Equipos de fondeo de los cajones [16]
Los gráficos de la Fig.56
esquematizan la fase inicial de posicionamiento de la base del cajón con ayuda
de un marco sobre pilotes dispuesto entre las pontonas del catamarán y los sucesivos
recrecidos del paramento del cajón para mantener su interior estanco y de la mampostería
del contorno de la pila, necesaria para ir provocando el hundimiento del cajón
y la excavación hasta roca.
 |
| Montaje de base del cajón y cámara de excavación. |
 |
| Recrecido de mampostería y descenso de cajón |
 |
| Inicio de la excavación en las arenas del lecho |
 |
| Progreso de la excavación y recrecido de la pila |
 |
| Hormigonado de cámara y chomeneas |
Fig.56 Fases constructivas de
la pila, de [17]
Se comenzó montando la base
del cajón y la estructura de madera que
formaría la cámara de excavación presurizada. Ésta era muy robusta y reforzada,
pues tendría que soportar la mampostería que se dispondría en el contorno de la
pila sobre los bordes de ataque de chapa, y tenía una altura de 2.7m.
La mampostería de la pila se
disponía en el paramento exterior dejando un importante hueco interior, por el
que discurrían los seis pozos de servicio y la chimenea central con una
escalera de caracol iluminada con velas, todos ellos con esclusas de aire en su
base.
Una vez completada la
excavación se rellenó con hormigón la cámara de excavación, los pozos y chimenea de servicio y el hueco interior de la
mampostería, formando una pila monolítica
 |
| Fig.57. Las pilas en construcción en 1879 [16] |
Otra singularidad de este
puente fue que, debido a tener que mantener el gálibo de navegación en la
importante vía fluvial del Mississippi, los arcos se construyeron por mitades
en voladizo con una gran superestructura auxiliar provisional, que se eliminó
una vez completadas y unidas las dos partes para trabajar como arco; (Fig.58). Estos
enormes voladizos parecen un precedente de los del fiordo de Forth, hechos una
veintena de años más tarde.
 |
| Fig. 58 Ejecución de los cantilever en 1873, con las pilas ya completadas [Missouri Historical Society Collections[16] |
 |
| Fig.59 Simpática viñeta de Dan Zettwoch con las capacidades de James Eads. |
Hoy, casi siglo y medio
después, las cimentaciones siguen sosteniendo el puente como el primer día. Fue
un enorme logro técnico, aunque no en lo económico: el coste fue el doble de la
previsión inicial; son los riesgos de las innovaciones.
Sigue siendo una de las
cimentaciones más grandes y profundas ejecutadas con este método, aunque a
costa de graves problemas de salud de los trabajadores, debidos a
descompresiones rápidas. En esta obra con presiones de trabajo de 3 y 4
atmósferas hubo muchas fatalidades, 14 fallecidos en la primera pila, hasta que
el médico Alphonse Jaminet estableció unos protocolos de descompresión más adecuados,
a partir de lo cual ya solo hubo un muerto más en las restantes.
 |
| Fig.60 Otras vistas de la construcción de los arcos [18] |
 |
| Fig.61 James B. Eads |
Fue
concebido en 1867 por el ya muy reputado ingeniero en puentes colgantes John A.
Roebling, que falleció en 1869 antes de iniciarse su construcción en 1870; fue
su hijo Washington Roebling, ingeniero de 32 años, quién continuó el proyecto.
W.Roebling había visto y estudiado las experiencias europeas de cimentaciones
con aire comprimido y decidido emplear el método; también había visitado las
cimentaciones de Eads en St.Louis, aunque no tenía que llegar a sus
profundidades, ya que la roca se encontraba más superficial, a 12 m (lado
Brooklyn) y 24m (lado NY) bajo el lecho del río.
 |
| Fig.62 El proyecto de John Roebling |
Optó
por prefabricar en la orilla dos enormes estructuras de madera para la base del
mismo, de 168 por 102 pies (lado Brooklyn) y 180 por 120 pies (Lado NY).
 |
| Fig.63 El cajón de Brooklyn y sus medidas. Precisó el empleo de 3100 m3 de madera [19] |
 |
| Fig.64 Construcción del cajón [Harper’s weekly] |
La
cámara de excavación tenía 2.8 m de altura libre, estaba compartimentada mediante
unos tabiques-viga de ese canto, que actuaban de refuerzo del techo; éste debía
ser capaz de soportar el peso de la mampostería de granito de la torre, con la
que se iría sobrecargando, siempre por encima del agua, para ir haciendo
hundirse al cajón, hasta llegar con la excavación a roca, tras lo cual se
procedería a macizar las cámaras y huecos de la mampostería con hormigón.
La
estructura reforzada del techo estaba formada por 15 capas de vigas de madera
contrapeadas de 30 cm de grueso, que totalizarían 4.6 m de espesor (Fig.69).
Los espacios entre vigas se rellenaron con mortero, para proteger su
durabilidad e incrementar el peso del cajón para su hundimiento.
Durante
la botadura los tabiques conformaban recintos estancos separados (se cegaron
las aberturas de paso de uno a otro), en los que el aire atrapado aseguraba la
flotabilidad de los recintos frontales. (Fig.65 y 66).
 |
| Fig.65 Botadura del cajón lado Brooklyn (20) |
 |
| Fig.66 Esquema de botadura del cajón prefabricado [21] |
Una
vez dragado el lecho se llevaron flotando hasta su emplazamiento mediante seis
remolcadores.
En su
emplazamiento se dispuso una palizada exterior de pilotes hincados para su
guiado en el descenso. Una vez en posición se presurizó la cámara para expulsar
el agua y se completó el recrecido de la base de madera, para tras ello
comenzar la colocación de la mampostería, para ir provocando el descenso del
cajón, conforme progresaba la excavación en seco en la cámara. (Fig.67).
 |
| Fig.67 Inicio de mampostería y hundimiento de cajón [19]. |
Pero,
hasta llegar a ese punto, el cajón flotaba al subir la marea, por lo que la
excavación sólo podía llevarse a cabo en la media marea baja. Por otra parte,
al incrementar capas de madera y piedra, se elevaba el centro de gravedad dando
lugar a alguna inestabilidad y cabeceos del cajón, lo que daba lugar a algún
escape de aire en el borde, elevando violentas y espectaculares columnas a
agua, acompañadas de un gran ruido y que cubrían de peces la superficie del
cajón. Se precisaron hasta tres capas de mampostería para que el cajón no
reflotase con la marea.
Había
seis compresores de aire movidos a vapor con calderas independientes, de 20 HP
cada uno.
Los
productos excavados se acarreaban hasta uno de los dos pozos de recogida,
llenos de agua, en los que se remueven y desmenuzan, para que los recoja una
cuchara bivalva, que los lleva al exterior por un conducto abierto por ambos
extremos. Es el mismo principio ya usado en Kehl: este conducto, no está
presurizado, sino que sumergido en el pozo de recogida y lleno de agua, con lo
cual se crea un cierre hidráulico, en el que la presión de aire se equilibra
con la altura de agua hasta el nivel superior, manteniéndose la presión en la
cámara e impidiendo la entrada de agua.
 |
Fig.68
Inicio del proceso de excavación, con el cajón guiado dentro de una
palizada perimetral en U, que hace de plataforma de servicio [19]
|
 |
| Fig.70 Pozo de recogida del material excavado [20] |
 |
| Fig.71. Acarreando material al pozo de agua. |
El
primer cajón, botado el 19 de marzo de 1870, se llevó a su emplazamiento
el 3 de mayo y la primera retirada de material excavado con la bivalva se
produjo el 5 de julio.
Un
problema importante en la excavación fue la presencia de bolos de roca, que
obligaron a una lenta rotura y desmenuzado de los mismos, e incluso a aplicar
explosivos; en especial en la zanja de borde para permitir el descenso del
cajón y que no se rompiesen o aplastasen en ellos los bordes metálicos de
corte, con la variación de carga debida a las mareas. Para reducir la carga por
apoyos puntuales se subdividió la cámara en seis compartimentos mediante 5
fuertes vigas de celosía de madera, que proporcionaban unos tabiques de apoyo
intermedios; ello aumentaba la longitud del apoyo del cajón desde un perímetro
inicial de los bordes exteriores de 540 pies hasta un total de 1050 pies.
(Fig.72 y 73).
 |
| Fig.72 Sección transversal. Se ven las vigas-tabique de compartimentación de la cámara de excavación[19] |
 |
| Fig.73 Sección longitudinal del cajón NY. Pila en construcción, y las cinco vigas de compartimentación [19] |
 |
Fig.74
Esquema constructivo y sección del cajón [20]
|
 |
| Fig.75 Sección transversal con el pozo de agua y de evacuación de lo excavado con bivalva [19] |
 |
| Fig.76 Detalle del sistema de esclusas para acceder a la cámara de excavación presurizada [20] |
Como
la obra fue muy mediática, se organizaban visitas al cajón, fruto de las cuales
son numerosos dibujos y viñetas publicados en la prensa de entonces, algunos de
las cuales se recogen aquí. (Fig.77)
El trabajo
de excavación manual, además de muy duro, era peligroso, pues si volvían a la
superficie demasiado rápido podían morir o quedar incapacitados por el síndrome
de descompresión que afectó a muchos trabajadores e, incluso, al propio
Washington Roebling, que sufrió una embolia tras una de sus visitas a los
cajones, que le incapacitó físicamente de por vida, lo que motivó que fuese su
esposa, Emily Warren Roebling, la que continuó con la dirección a pie de obra
de los trabajos del puente.
Se
sabían los efectos de la descompresión rápida pero no su causa, la generación
de burbujas del nitrógeno disuelto en sangre al bajar la presión; hasta tiempo
después no se supo y se establecieron tiempos de descompresión adecuados.
Sorprende
un poco que se no aplicasen en este puente las mejoras ya introducidas en el
puente de Eads por el médico Alphonse Jaminet, que redujeron sustancialmente la
mortalidad al prescribir un periodo de descompresión antes de salir a la
superficie. Allí se produjo el primer muerto justo el día de la botadura del
primer cajón de Brooklyn.
 |
| Fig.77 Visitantes y escalera de salida a la esclusa |
Y
así, tras siglo y medio, ahí sigue el puente de Brooklyn, descansando sobre
esas enormes bases de madera que se supone tendrán unas grandes durabilidades
al estar sumergidas y, en principio, fuera del ataque de organismos marinos al
estar empotradas en el terreno del fondo.
 |
| Fig.79 Puente del Estuario del Forth |
Cada
uno de los tres apoyos de este imponente puente está formado por cuatro
pilas circulares. En uno de los apoyos se cimentaron dos de sus pilas en roca
mediante ataguías estancas, mientras que en las otras dos y en las 8 restantes,
con la roca a más profundidad, se emplearon grandes cajones circulares
metálicos preparados para excavación presurizada hasta una profundidad de
27 m.
Los
cajones se prefabricaron para ser botados y recrecidos en su posición con
mampostería. (Fig.80 a 83). Tenían una base cilíndrica de 21m de diámetro
exterior y terminada con un segmento troncónico de 7.3 m de alto y 17 m de
diámetro y 7.3 m de alto que enrasa con el nivel de mareas bajas, sobre el que
se prolongaba un cilindro provisional para proporcionar estanquidad para la
ejecución del tramo de mampostería en carrera de mareas.
 |
| Fig.80. Instalaciones para la fabricación de la estructura y de los cajones |
 |
| Fig.81 Instalaciones auxiliares y de fabricación de los cajones |
 |
Fig.
82 Cajón listo para botadura [22 ]
|
 |
| Fig. 83 Cajón botado. Las personas a bordo permiten apreciar su enormidad |
Una
vez posicionado en su lugar, se iba rellenando de hormigón el anillo exterior
para provocar su inmersión lenta hasta apoyar en el lecho limo fangoso, a
partir de cuyo momento se presurizaba la cámara de fondo para proceder a la
excavación y continuar el hundimiento progresivo del cajón hasta la capa final
de asiento. (Fig.84)
 |
| Fig.83- [22] |
Una
vez acabada la excavación se hormigonó la cámara de excavación y, tras retirar
las chimeneas y demás elementos auxiliares, el cajón hasta ese nivel de bajamar,
sobre el que arrancará la pila de mampostería de granito, también troncocónica
con 16.7 de diámetro inferior hasta sobresalir algo más de 5 m por encima de
las pleamares. (Fig.84)
Los
lodos se excavaban fluidificándolos con lanza de agua para evacuarlos mediante
unas tuberías al exterior sumergidas en ellos y con entrada de aire por encima
del nivel del lodo, de modo que abriendo la llave que dejaba escapar el aire,
éste succionaba el fango semilíquido, actuando como un chupona.
 |
| Fig.84 Pila terminada aún sin retirar la sección provisional superior del cajón |
Uno
de los cajones se remolcó a su posición durante una bajamar inusualmente
extrema, lo que hizo que encallase en el fango quedando en una posición
inclinada, por lo que se inundó al subir la marea, enclavándolo aún más en el
fango. Fue necesario un laborioso trabajo de refuerzo y recrecido, que duró
diez meses, para salvaguardarse de la entrada de agua en pleamar y poder
achicarlo y reflotarlo (Fig.85)
 |
Fig.85
Cajón encallado durante el remolque e inundado al subir la marea al estar
volteado.
|
Artículos anteriores de la serie "La cara oculta de los puentes sobre el agua".
- Parte 1. Ingeniería romana (4/12/2019)
- Parte 2. Del Medievo a la Revolución Industrial [14/02/2019
- Parte 4 - La ruina de algunos puente históricos
Referencias
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Troisiéme partie- Fondations - Paris 1894
[2]
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pile driver-1883
[3]
Us patent 5172 June 26,1847
[4]
Louis Figuier- Las merveilles de la science et description des inventions
scientifiques depuis 1870 - Paris
[5]
Hersent-Fondations au moyen de l’air comprimé [ Le Génie Civil nº 693,
1895]
[6]
Philippe Damon- XIXe siècle, la maladie des caissons][plongee-infos.com]
[7]
Faivre- Viaduc d'Argenteuil –Societé des conducteurs des ponts et Chaussees et
des grare-mines - Portefeuille (Paris 1871-1872)
[8]
Story of the Tay Bridges-Wonders of World Engineering
[9]
Albert Grothe - The Tay Bridge: 1878 Good Words
[10]
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[11]
I.Brunel-The life of Isambard Kingdom Brunel, Civil Engineer
[London: Longmans, Green, and Co. 1870].
[12]
David F.Brown- Bridges. Three thousand years of defying nature. 1998
[13]
Émile Vuigner & Fleur Saint-Denis– Pont sur le Rhin a Kehl - Détails
pratiques sus dispositions générales et de execution de cet ouvrage d’art-
Paris 1861
[14]
A.Castor- Recueil d'appareils à vapeur employés [Paris 1867]
[15]
J.Foy- Etude Génerale sur les fondations-Nouvelles Annales de la Construction
–Dic.1985 & Juillet 1886
[16]
Howard S. Miller- The Eads Bridge -Missouri Historical Society Press-1979
[17]
M.McGunegle – Construction of the Eads Bridge 2004
[18]
James B.Eads- Illinois and St. Louis Bridge -1880- Smithsonian Libraries
[19]
W.A. Roebling -Pneumatic Tower Foundations of the East River Suspension Bridge
-1873 New York
[20]
David McCullough- Great Bridge: The Epic Story of the Building of the Brooklyn
Bridge
[21]
K.Gandhi- The St.Louis, the Brooklyn Bridge and Eads and Roebling.
[22]
Archibald Williams - Enginnering Wonders of the World-–Tomo1 1908
Excelente
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