En Construcción.

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Montaje con Cables y Torres de Apoyo: Técnicas para Estructuras Metálicas con Grandes Luces y Alturas

El montaje con cables y torres de apoyo es un método especializado que se utiliza en la construcción de estructuras metálicas que presentan grandes luces (distancias entre apoyos) o alturas considerables, donde el uso de grúas convencionales o sistemas de andamiaje resulta inviable, ineficiente o antieconómico. Esta técnica implica el uso de cables de acero de alta resistencia, anclados a torres de apoyo temporales o permanentes, para suspender, elevar, desplazar y posicionar los elementos estructurales o subconjuntos prefabricados.

El montaje con cables y torres de apoyo se basa en principios de ingeniería de cables y estructuras tensadas. Los cables actúan como elementos de soporte flexibles que transmiten las cargas a las torres de apoyo, que a su vez las transmiten al suelo. La configuración de los cables, la altura y ubicación de las torres, y los puntos de anclaje se diseñan cuidadosamente para cada proyecto específico, teniendo en cuenta las cargas, la geometría de la estructura, las condiciones del sitio y la secuencia de montaje.

Este método de montaje se utiliza comúnmente en los siguientes tipos de proyectos:

• Construcción de puentes atirantados y colgantes: Los cables son elementos estructurales fundamentales en este tipo de puentes. El montaje con cables y torres de apoyo permite la construcción del tablero del puente por dovelas (segmentos) sucesivas, que se van izando y conectando a los cables principales.
• Construcción de cubiertas de grandes luces: En estadios, coliseos, centros de convenciones y otras estructuras que requieren grandes espacios libres sin columnas intermedias, se pueden utilizar cables y torres de apoyo para suspender la cubierta metálica.
• Construcción de torres de telecomunicaciones y torres de transmisión eléctrica: Los cables y las torres de apoyo se utilizan para izar y ensamblar los tramos de la torre.
• Montaje de elementos estructurales pesados a gran altura: En edificios de gran altura o en plantas industriales, se pueden utilizar cables y torres de apoyo para izar vigas, columnas o módulos prefabricados a alturas donde el uso de grúas convencionales no es posible.
• Proyectos especiales: Cualquier proyecto que involucre el montaje de elementos estructurales en posiciones elevadas o de difícil acceso, donde el uso de cables y torres de apoyo sea la solución más viable.

En Colombia, el montaje con cables y torres de apoyo se ha utilizado principalmente en la construcción de puentes atirantados y colgantes, y en algunos proyectos de infraestructura y de construcción de torres. Aunque no es una técnica tan común como el montaje con grúas, su aplicación es crucial en proyectos que presentan desafíos específicos de altura, luz o acceso. El montaje con cables y torres de apoyo debe cumplir con los requisitos de seguridad establecidos en la legislación colombiana y con las normas técnicas aplicables.

Componentes Principales de un Sistema de Montaje con Cables y Torres de Apoyo

• Cables de acero de alta resistencia: Son los elementos principales del sistema. Se utilizan cables de acero de alta resistencia, generalmente formados por torones (conjuntos de alambres trenzados). Los cables pueden ser cables principales (que soportan la carga principal), cables de izaje (que se utilizan para elevar los elementos), cables de retención (que se utilizan para estabilizar la estructura durante el montaje) o cables auxiliares (para otras funciones).
• Torres de apoyo: Son estructuras temporales o permanentes que se utilizan para anclar los cables y proporcionar la altura necesaria para el montaje. Las torres de apoyo pueden ser de acero (torres de celosía, torres tubulares) o de concreto. Su diseño y construcción deben ser realizados por ingenieros especializados, considerando las cargas transmitidas por los cables y las condiciones del suelo.
• Anclajes: Son los elementos que fijan los cables a las torres de apoyo, a la estructura a montar y al suelo (en el caso de cables de retención). Los anclajes deben ser diseñados y construidos para resistir las altas tensiones generadas en los cables.
• Equipos de izaje y tensado: Se utilizan equipos especiales para izar y tensar los cables, como gatos hidráulicos, winches, poleas y sistemas de control.
• Sistemas de monitoreo: Se utilizan sistemas de monitoreo para medir la tensión en los cables, la deformación de las torres, la posición de los elementos y otros parámetros importantes durante el montaje.
• Accesorios: Incluyen elementos como mordazas para cables, conectores, grilletes, eslingas, etc.

Tipos de Sistemas de Montaje con Cables y Torres de Apoyo

Existen diferentes configuraciones y sistemas de montaje con cables y torres de apoyo, que se adaptan a las características específicas de cada proyecto. Algunos de los sistemas más comunes incluyen:

• Sistema de cables con torres de apoyo temporales: Se utilizan torres de apoyo temporales, generalmente de acero, para anclar los cables de izaje y soporte. Este sistema es adecuado para proyectos donde no existen estructuras permanentes que puedan utilizarse como puntos de anclaje.
• Sistema de cables con torres de apoyo permanentes: Se utilizan las torres o pilones permanentes de la estructura (por ejemplo, los pilones de un puente atirantado) como puntos de anclaje para los cables de montaje.
• Sistema de cables con contrapesos: Se utilizan contrapesos (bloques de concreto o acero) para anclar los cables de retención y proporcionar estabilidad a la estructura durante el montaje.
• Sistema de cables con anclajes al suelo: Los cables de retención se anclan directamente al suelo, utilizando anclajes especiales (como anclajes de roca o anclajes de fricción).
• Sistema de cables con gatos trepadores (climbing jacks): Se utilizan gatos hidráulicos especiales que trepan a lo largo de los cables para elevar la carga.

Proceso de Montaje con Cables y Torres de Apoyo (Ejemplo: Montaje de un Puente Atirantado)

El proceso de montaje con cables y torres de apoyo puede variar significativamente según el tipo de estructura y la configuración del sistema. A continuación, se describe un ejemplo simplificado del proceso de montaje de un puente atirantado por dovelas sucesivas:

1. Construcción de los pilones (torres principales): Se construyen los pilones del puente, que son las estructuras permanentes que soportarán los cables principales.
2. Montaje de las torres de apoyo temporales (si se requieren): Se montan las torres de apoyo temporales, que se utilizarán para izar las primeras dovelas del tablero.
3. Instalación de los cables principales: Se instalan los cables principales del puente, que se anclan en los pilones y en los puntos de anclaje en el terreno o en la cimentación.
4. Montaje de las primeras dovelas del tablero: Las primeras dovelas del tablero (generalmente las más cercanas a los pilones) se izan utilizando grúas convencionales o sistemas de elevación desde las torres de apoyo temporales. Estas dovelas se conectan a los cables principales.
5. Montaje sucesivo de las dovelas: Las dovelas sucesivas se izan utilizando sistemas de elevación montados sobre las dovelas ya instaladas (por ejemplo, carros de avance con strand jacks). Cada dovela se conecta a la dovela anterior y a los cables principales. A medida que se avanza en el montaje del tablero, los cables principales se van tensando para soportar el peso de las dovelas.
6. Ajuste de la tensión de los cables: Se ajusta la tensión de los cables principales para lograr la geometría y la distribución de cargas deseadas en el puente.
7. Retiro de las torres de apoyo temporales (si se utilizaron): Una vez que el tablero del puente está completo y los cables principales están tensados, se retiran las torres de apoyo temporales.
8. Finalización del montaje: Se completan los trabajos de montaje, incluyendo la instalación de los elementos de acabado (barandas, pavimento, etc.).

Este es solo un ejemplo simplificado. El proceso de montaje real puede ser mucho más complejo y puede involucrar numerosas etapas y operaciones intermedias.

Planificación del Montaje con Cables y Torres de Apoyo

La planificación del montaje con cables y torres de apoyo es un proceso complejo y crítico que requiere la participación de ingenieros especializados en estructuras de cables, en estructuras temporales y en sistemas de elevación. La planificación debe abarcar los siguientes aspectos:

• Análisis estructural: Se debe realizar un análisis estructural detallado de la estructura a montar, de las torres de apoyo (temporales o permanentes), de los cables y de los anclajes, para asegurar que puedan resistir las cargas durante todas las fases del montaje. Se deben considerar las cargas estáticas (peso propio de la estructura y los equipos), las cargas dinámicas (debidas al movimiento de la carga, a los efectos del viento y a los efectos sísmicos), y las posibles cargas accidentales. El análisis debe incluir la verificación de la estabilidad de la estructura en cada etapa del montaje.
• Diseño de los sistemas de cables y torres de apoyo: Se deben diseñar los sistemas de cables y torres de apoyo, incluyendo la configuración de los cables, la altura y ubicación de las torres, los tipos de anclajes, los equipos de izaje y tensado, y los sistemas de monitoreo.
• Secuencia de montaje: Se debe definir la secuencia detallada en la que se montarán los elementos, considerando la estabilidad de la estructura, la accesibilidad, la disponibilidad de los equipos y la minimización de los riesgos. La secuencia de montaje debe ser compatible con el diseño estructural y debe asegurar que la estructura sea autoestable en cada etapa.
• Plan de izaje y tensado: Se debe elaborar un plan de izaje y tensado detallado para cada operación de elevación y tensado de cables, que especifique los equipos a utilizar, los puntos de anclaje, las cargas máximas, las velocidades de izaje y tensado, las medidas de seguridad y los procedimientos de emergencia.
• Programa de montaje: Se debe elaborar un programa de montaje detallado que establezca las fechas de inicio y finalización de cada actividad, los recursos necesarios y las dependencias entre actividades.
• Plan de seguridad: Se debe elaborar un plan de seguridad específico para el montaje con cables y torres de apoyo, que identifique los riesgos asociados y establezca las medidas de prevención y control necesarias.
• Simulaciones: En muchos casos, se realizan simulaciones por computadora del proceso de montaje para verificar la estabilidad de la estructura, optimizar la configuración de los cables y torres, y detectar posibles problemas.
• Coordinación: Una estrecha coordinación entre diseñadores, fabricantes, montadores, y proveedores de equipos es fundamental.

Seguridad en el Montaje con Cables y Torres de Apoyo

El montaje con cables y torres de apoyo es una actividad de alto riesgo, por lo que la seguridad debe ser una prioridad absoluta. Algunas medidas de seguridad importantes incluyen:

• Plan de montaje y plan de izaje: Elaborar y seguir estrictamente un plan de montaje y un plan de izaje detallados, que hayan sido revisados y aprobados por ingenieros especializados.
• Equipos certificados: Utilizar cables, anclajes, equipos de izaje y tensado, y torres de apoyo que estén certificados y en buenas condiciones. Realizar inspecciones periódicas de los equipos.
• Personal calificado: Asegurar que todo el personal involucrado en el montaje (ingenieros, supervisores, operadores, técnicos) esté debidamente calificado y tenga la experiencia necesaria.
• Análisis estructural: Realizar un análisis estructural exhaustivo para verificar la estabilidad de la estructura y de las torres de apoyo durante todas las fases del montaje.
• Monitoreo continuo: Monitorear continuamente la tensión en los cables, la deformación de las torres, la posición de los elementos y otros parámetros importantes durante el montaje. Utilizar sistemas de monitoreo en tiempo real.
• Comunicación: Mantener una comunicación clara y constante entre todos los miembros del equipo.
• Condiciones climáticas: Monitorear las condiciones climáticas y suspender la operación en caso de fuertes vientos, lluvia intensa, tormentas eléctricas u otras condiciones adversas.
• Protección contra caídas: Implementar medidas para prevenir caídas de altura, tanto para el personal que trabaja en las torres como para el personal que trabaja en la estructura.
• Protección contra caída de objetos: Utilizar redes de seguridad, barreras o cubiertas para proteger a los trabajadores y al público de la caída de objetos.
• Plan de contingencia: Tener un plan de contingencia en caso de fallas en el equipo, emergencias o condiciones climáticas extremas.
• Inspecciones: Realizar inspecciones antes, durante y después de cada operación crítica.

Control de Calidad en el Montaje con Cables y Torres de Apoyo

El control de calidad en el montaje con cables y torres de apoyo debe abarcar los siguientes aspectos:

• Inspección de los cables: Verificar que los cables de acero estén en buenas condiciones, que no tengan daños, corrosión o deformaciones, y que cumplan con las especificaciones.
• Inspección de los anclajes: Verificar que los anclajes de los cables estén correctamente instalados y sean seguros.
• Inspección de las torres de apoyo: Verificar que las torres de apoyo estén correctamente construidas, niveladas y aplomadas, y que sean capaces de resistir las cargas.
• Verificación de los equipos de izaje y tensado: Asegurar que los equipos de izaje y tensado estén en buenas condiciones de funcionamiento, que tengan la certificación y el mantenimiento al día, y que cumplan con los requisitos de seguridad.
• Monitoreo de la tensión de los cables: Verificar que la tensión en los cables esté dentro de los límites permitidos durante todas las fases del montaje.
• Control de la geometría de la estructura: Verificar que la estructura se esté montando de acuerdo con la geometría especificada en los planos.
• Documentación: Registrar todas las actividades de control de calidad, incluyendo las inspecciones, las mediciones, las no conformidades detectadas y las acciones correctivas tomadas.

Consideraciones para Colombia y Bogotá

• NSR-10: Cumplir con los requisitos generales de seguridad y calidad establecidos en la NSR-10, Título F, y en las normas técnicas a las que hace referencia.
• Normas técnicas: Aplicar las normas técnicas internacionales reconocidas para el diseño y montaje de estructuras de cables, como las de la PTI (Post-Tensioning Institute) o las de la fib (International Federation for Structural Concrete).
• Disponibilidad de equipos y personal especializado: La disponibilidad de equipos de montaje con cables y torres de apoyo y de personal especializado en su operación y mantenimiento puede ser limitada en Colombia.
• Condiciones sísmicas: Bogotá se encuentra en una zona de amenaza sísmica intermedia y alta. Se debe considerar el riesgo sísmico en el diseño de las torres de apoyo y en el plan de montaje.
• Regulaciones locales: Cumplir con las regulaciones locales de la Alcaldía de Bogotá.

Tabla: Comparación de Sistemas de Montaje con Cables

Tabla: Componentes de un Sistema de Montaje con Cables

Ejemplo de Lista de Verificación para Montaje con Cables y Torres (Simplificada)

Tabla: Consideraciones de seguridad