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Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - algoritmo, estructuras, hormigón, logística, modelo matemático, optimización, ordenadores, Polimedia, transporte    

En algunos posts anteriores hemos comentado lo que es un modelo matemático de optimización, qué son las metaheurísticas, o cómo poder optimizar las estructuras de hormigón. A continuación os presentamos un Polimedia donde se explica brevemente cómo podemos optimizar siguiendo la técnica de optimización heurística mediante aceptación por umbrales. Podréis comprobar cómo se trata de un caso similar a la famosa técnica de la cristalización simulada. Espero que os sea útil. (En el caso de que no funcione el vídeo, el enlace es el siguiente: https://www.youtube.com/watch?v=ha5fiRsVPZM)

Podéis consultar, a modo de ejemplo, algunos artículos científicos que hemos escrito a ese respecto en las siguientes publicaciones:

  • CARBONELL, A.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V. (2011). Heuristic optimization of reinforced concrete road vault underpasses. Advances in Engineering Software, 42(4): 151-159. ISSN: 0965-9978.  (link)
  • MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2010). Heuristic Optimization of RC Bridge Piers with Rectangular Hollow Sections. Computers & Structures, 88: 375-386. ISSN: 0045-7949.  (link)
  • YEPES, V.; MEDINA, J.R. (2006). Economic Heuristic Optimization for Heterogeneous Fleet VRPHESTW. Journal of Transportation Engineering, ASCE, 132(4): 303-311. (link)

 

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16 noviembre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - algoritmo, estructuras, modelo matemático, optimización    

Logo OptimizacionA continuación os dejo un capítulo de un libro de Simulated Annealing, escrito en abierto para su libre difusión, donde explicamos varias aplicaciones del algoritmo de Cristalización Simulada aplicada a estructuras de hormigón armado. En particular: muros ménsula, pórticos de carreteras, marcos de carreteras y pórticos de edificación. Su referencia es:

GONZÁLEZ-VIDOSA-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; CARRERA, M.; PEREA, C.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I. (2008) Optimization of Reinforced Concrete Structures by Simulated Annealing. TAN, C.M. (ed): Simulated Annealing. I-Tech Education and Publishing, Vienna, pp. 307-320. (link)

10 noviembre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, procedimientos de construcción, Puentes    

Puente construido por empuje

El procedimiento consiste en fabricar o montar el tablero detrás del estribo y después empujarlo deslizándolo sobre las pilas hasta alcanzar su posición definitiva al llegar al otro estribo. Este tablero, también puede componerse mediante dovelas prefabricadas u hormigonadas “in situ”. El método del empuje ha permitido resolver satisfactoriamente la construcción de puentes sobre obstáculos importantes situados por debajo del tablero. Este procedimiento es particularmente ventajoso en los puentes muy largos, pues permiten aplicar la construcción industrializada -es rentable a partir de los 600 metros de longitud-.

Este sistema constructivo fue desarrollado en la segunda mitad del siglo XIX para ubicar en su situación definitiva grandes viaductos metálicos de celosía. De hecho, la ligereza de los tableros metálicos y mixtos es una ventaja sobre los de hormigón, mucho más pesados; sin embargo es habitual la construcción de estos puentes con hormigón pretensado. Los puentes de ferrocarril, en particular, son estructuras idóneas para construirlas mediante empuja, pues han de soportar, además de su peso propio, unas cargas de servicio elevadas que obligan a dimensionar secciones con una gran capacidad resistente. Al construir el puente, donde sólo actúa el peso propio, el exceso de capacidad puede aprovecharse sin sobredimensionar la estructura.

Pescante de lanzamiento en Papiol (Barcelona). http://www.cemetasa.com/

El primer viaducto de hormigón empujado fue el Puente de Ager en Austria en 1959, donde se usaban dovelas cortas prefabricadas; sin embargo, muchos autores citan el puente sobre el río Caroní (Venezuela), terminado en 1964, de Leonhardt y Baur como iniciadores de esta técnica con el hormigón. Posteriormente se consolidó el método de dovelas largas hormigonadas “in situ” en una instalación industrializada que se monta detrás del estribo, aunque sigue siendo habitual el empleo de dovelas de entre 10 y 25 metros de longitud, tanto fabricadas “in situ” como prefabricadas.

El campo de luces óptimo para los tableros empujados se encuentra entre los 30 y 60 metros, aunque de forma excepcional dicho intervalo se amplia desde los 20 a los 90 metros.

Muchas empresas españolas han realizado puentes empujados (Ferrovial, Dragados, FCC, etc.), y seguro que me dejo a alguien por nombrar. Como ejemplo de construcción de puentes empujados, os dejo un vídeo sobre la construcción de uno de los puentes más largos empujados del mundo. Lo construyó ACCIONA para el Ministerio de Transporte de Quebec (Canadá). La autopista consta de 42 kilómetros de longitud y dos carriles por sentido. La obra incluye la ejecución de dos puentes -uno de 1.860 metros sobre el río St.Lawrence y otro de 2.550 metros sobre el canal Beauharnois- el segundo puente empujado más largo del mundo; donde se ha conseguido superar la dificultad de la traza en cambio de altura y dirección horizontal. Os dejo un enlace a las características técnicas. Ha obtenido dos de los premios más relevantes del sector concesional el Gold Award concedido por The Canadian Council for Public-Private Partnerships y el North America Deal of the Year, por PFI.

Dejo aquí el cómo se realizó el lanzamiento en el viaducto de Millau.

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2 noviembre, 2017
 
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Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, hormigón, prefabricación, Puentes    

D. Carlos Fernández Casado junto al puente de Castejón, sobre el Ebro

D. Carlos Fernández Casado junto al puente de Castejón, sobre el Ebro. http://www.cfcsl.com/

Las dovelas prefabricadas utilizadas en la construcción de puentes por voladizos sucesivos se colocan mediante un aparato de elevación y se unen entre sí mediante un adhesivo de alta resistencia a base de resinas epoxi. Para encolar las dovelas, se mantiene la dovela suspendida sobre el tablero y próxima a la dovela anterior y se coloca la resina. La junta de la dovela se trata en acopio con chorro de arena o agua para eliminar desconchones, polvo, aceites y similares. La junta debe estar seca, aplicándose si fuera necesario calor. Se extiende la resina, como si fuera una pintura o un enlucido, en la cara posterior de la dovela suspendida, con un consumo entre 3 y 4 kg/m2, que corresponde a una capa de unos 2 mm de espesor. Este procedimiento de construcción de grandes luces mediante el sucesivo encolado de dovelas requiere la intervención de personal altamente especializado.

En las fotografías se muestra el Puente de Castejón (1972), de la oficina de proyectos Carlos Fernandez Casado S.L, construido por dovelas prefabricadas de 10 toneladas  montadas con blondin; desde una pila se avanzó en voladizo único a partir de un vano lateral construido sobre cimbra, y desde la otra se avanzó en voladizos compensados de 50 metros de longitud. Las dovelas se pegaron  con resina epoxi en vez de mortero, solución que se utilizó en todos los puentes siguientes. Cada voladizo estaba formado por dos cajones que se montaban con dovelas unicelulares unidas in situ con la losa superior.

Puente de Castejón, construido con dovelas prefabricadas encoladas. http://www.cfcsl.com/

Puente de Castejón, construido con dovelas prefabricadas encoladas. http://www.cfcsl.com/

Las resinas presentan las siguientes características:

  1. Se forman por dos componentes, la resina (base) y en endurecedor (reactor).
  2. Existen resinas de acción rápida, media y lenta, correspondientes a la temperatura ambiente en la aplicación: 5-15ºC, 15-25ºC y 25-40ºC, respectivamente.
  3. El tipo de resina determina el tiempo de aplicación, es decir, el transcurrido entre la terminación de la mezcla y el instante en que no se puede aplicar, variando de unos 18 minutos a 35ºC, a un máximo de 40 minutos a 5ºC.
  4. Se dispone entre 45 y 60 minutos, dependiendo de la temperatura, para comprimir las dovelas entre sí y expulsar la resina.
  5. Aunque la resina presenta una resistencia a tensión tangencial superior a 4 MPa y de 75 MPa a compresión, esta resistencia no se considera en el cálculo, relegando la función de la resina a su actuación como lubricante durante el acoplamiento de las dovelas y como impermeabilizante de la junta.

 

 

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27 octubre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, procedimientos de construcción, Puentes    

Puente Ingeniero Carlos Fernández Casado, en embalse de Barrios de Luna (León)

Puente Ingeniero Carlos Fernández Casado, en embalse de Barrios de Luna (León). Fotografía de V. Yepes.

La construcción del tablero de un puente atirantado puede realizarse mediante voladizos parciales que pueden construirse en obra o bien pueden ser prefabricados. El procedimiento constructivo es similar al de la construcción de tableros de puentes tipo viga, con la diferencia de que aquí se van montando los tirantes para fijar las estructuras parciales, que se van montando con grúas o similar.

En este tipo de procedimiento constructivo es necesario considerar que la estructura parcial formada por el voladizo en el frente de avance provoca en numerosas ocasiones esfuerzos sobre el tablero mayores de los que va a tener cuando el puente esté en servicio. Es por ello que estos voladizos se reducen en su dimensión lo máximo posible, aumentando con ello el número de tirantes necesarios.

Atirantado momentos 1

Ley de flectores antes de tesar la dovela. Dibujo: V. Yepes.

La diferencia de esfuerzos entre la estructura parcial y la definitiva son, entre otros, los siguientes:

  1. La estructura final tiene presenta un tablero continuo, que muestra un comportamiento estructural diferente al caso de tener los extremos en voladizo durante la construcción.
  2. El tablero definitivo se encuentra en un estado de compresión axil importante, superior al tablero en proceso de construcción, a excepción del centro del vano principal y de los extremos de los vanos de compensación, el tablero presenta un estado.
  3. El voladizo en construcción debe soportar al siguiente elemento hasta que se monta, además del peso de los medios auxiliares si el montaje se realiza desde la parte ya construida.
  4. El momento flector del voladizo se prolonga más allá de la ménsula libre, con un máximo que se sitúa varios tirantes atrás, dependiendo del peso del tablero, de los medios auxiliares y de las rigideces del dintel y tirantes.

 

Para solucionar este efecto contraproducente del voladizo se pueden aplicar varios procedimientos constructivos:

  1. Se puede reforzar el voladizo mediante un pretensado adicional para reducir los momentos máximos del voladizo. Este exceso de carga debe retirarse en cuanto pase el efecto del voladizo para evitar sobreesfuerzos en la estructura. Este proceso de tesado y destesado puede complicar la construcción, por lo que a veces se sobredimensionan los materiales en el dintel o se sobretesan los tirantes, tal y como se hizo en el puente de Barrios de Luna.
  2. Se puede reducir peso en el voladizo si se construye una parte del tablero. Una vez se atiranta, y tras un desfase en el ciclo de avance, se completa su construcción. Este método se ha utilizado mucho, por ejemplo en el puente de Oberkassel, en Düsseldorf, que presenta tirantes muy separados. Aquí se avanzó sólo con la célula central del cajón, procedimiento que también se utilizó en el puente Flehe, cerca de la misma ciudad. En el puente de Annancis (Canadá) se avanzaba con vigas metálicas laterales y transversales, hormigonándose después la losa.
  3. Otra posibilidad es cimbrar el voladizo hasta que se atirante. Se puede atirantar provisionalmente el carro de avance hasta el hormigonado, tal y como se hizo en el puente sobre el río Waal (Holanda). Otra posibilidad menos costosa y fácil es la cimbra convencional que obliga a inmovilizar el extremo de la zona construida, lo que obliga a soportar una gran parte del peso de la dovela anterior. Esta solución se ha empleado en el puente de Sama.
  4. Cuando la distancia entre tirantes es grande, se pueden colocar tirantes provisionales desde la torre definitiva o mediante torres auxiliares. Las torres provisionales se apoyan en el mismo lugar de los anclajes definitivos anteriormente montados para evitar flexiones adicionales. El atirantamiento se traslada sucesivamente según avanza la construcción. Este procedimiento se usó en el puente Kniebrucke en Düsseldorf.
  5. Otra posibilidad que se aleja del procedimiento de construcción por voladizos sucesivos consiste en disponer apoyos provisionales bajo el tablero, o bien un único apoyo en el extremo del voladizo que se eliminará al colocar los tirantes. Así se construyó el puente de Bratislava sobre el Danubio.

Puente de Oberkassel sobre el Rhin, en Düsseldorf. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Oberkassel_Bruecke.jpg

 

Puente Flehe sobre el Rhin, cerca de Düsseldorf. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fleher_Br%C3%BCcke-2.jpg

 

Puente Kniebrucke en Düsseldorf sobre el Rhin. Fuente: https://de.wikipedia.org/wiki/Rheinkniebr%C3%BCcke#/media/File:Duesseldorf_1915.JPG

 

Puente de Bratislava, sobre el Danubio. Fuente: https://en.wikipedia.org/wiki/Cable-stayed_bridge#/media/File:Novy_Most_d.JPG

Referencias:

FERNÁNDEZ-TROYANO, L. (1999). Tierra sobre el agua. Visión histórica universal de los puentes. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Colección de Ciencias, Humanidades e Ingeniería nº 55, Madrid.

 

 

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23 octubre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, hormigón, investigación, optimización, Puentes, sostenibilidad    

Acaban de publicarnos un artículo en la revista del JCR (Q2) Sustainability que compara dos puentes postesados óptimos de sección en cajón atendiendo a su ciclo de vida. Creemos que la metodología empleada puede ser de interés para casos de estructuras de hormigón similares a las presentadas. El artículo forma parte del proyecto de investigación BRIDLIFE “Puentes pretensados de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos“.

Os paso a continuación el resumen y el artículo propiamente dicho, pues está publicado en abierto.

 

 

Abstract:

The goal of sustainability involves a consensus among economic, environmental and social factors. Due to climate change, environmental concerns have increased in society. The construction sector is among the most active high environmental impact sectors. This paper proposes new features to consider a more detailed life-cycle assessment (LCA) of reinforced or pre-stressed concrete structures. Besides, this study carries out a comparison between two optimal post-tensioned concrete box-girder road bridges with different maintenance scenarios. ReCiPe method is used to carry out the life-cycle assessment. The midpoint approach shows a complete environmental profile with 18 impact categories. In practice, all the impact categories make their highest contribution in the manufacturing and use and maintenance stages. Afterwards, these two stages are analyzed to identify the process which makes the greatest contribution. In addition, the contribution of CO2fixation is taken into account, reducing the environmental impact in the use and maintenance and end of life stages. The endpoint approach shows more interpretable results, enabling an easier comparison between different stages and solutions. The results show the importance of considering the whole life-cycle, since a better design reduces the global environmental impact despite a higher environmental impact in the manufacturing stage.

Keywords:

sustainabilityenvironmental impactlife-cycle assessmentconstruction LCAbridge LCAReCiPe;sustainable construction

Reference:

PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.;  YEPES, V. (2017). Life-cycle assessment: A comparison between two optimal post-tensioned concrete box-girder road bridges. Sustainability, 9(10):1864. doi:10.3390/su9101864 (link)

Descargar (PDF, 802KB)

18 octubre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, hormigón, Puentes    

Puente Shibanpo (China). Construcción original: 1980, desdoblamiento: 2005. Foto: 山城崽儿. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Shibanpo_Bridge_in_Chongqing.jpg

Uno de los ingenieros que más contribuyó al desarrollo del hormigón armado, y que tuvo una actuación más destacada en el origen y desarrollo del hormigón pretensado fue el francés Freyssinet. Sin embargo, no fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial cuando los puentes viga de hormigón pretensado adquirieron toda su potencia y desarrollo. El hormigón pretensado ha demostrado sus ventajas económicas y técnicas tanto para puentes de luces medias (vigas prefabricadas, por ejemplo), como en grandes luces (puentes empujados y atirantados, entre otros). El récord de luz mundial para un puente cajón de hormigón pretensado es de 330 m en Shibanpo (China), terminado en 2005.

Tal es la importancia de que el proceso constructivo de un puente sea sencillo y económico, que los puentes viga se clasifican en función de dichos procedimientos. En general se pueden construir los puentes “in situ”, con piezas prefabricadas, o de una forma mixta. Además, salvo que el puente sea muy pequeño, los puentes viga se construyen por partes, o bien en subdivisiones longitudinales (vigas independientes que se unen mediante una losa, por ejemplo) o en subdivisiones transversales (dovelas de sección completa, que dan lugar a una gran variedad de métodos constructivos).

Los procedimientos constructivos de los puentes viga de hormigón pretensado pueden clasificarse en: (a) construcción sobre cimbra, (b) construcción por voladizos sucesivos, y (c) construcción por traslación horizontal o vertical.

Os dejo a continuación un pequeño vídeo explicativo al respecto.

 

 

 

 

17 octubre, 2017
 
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Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, ferrocarril, Puentes    

Viaducto de Martín Gil, construcción: 1934-1942

Los puentes arco pueden construirse mediante cimbras, sin embargo si estas cimbras no se reutilizan, puede optarse por dejarlas en el propio arco formando parte de su armadura. De esta forma la cimbra pasa de ser un medio auxiliar a ser parte de la estructura definitiva. Esta idea de usar una armadura rígida portante la empezó a utilizar el ingeniero austriaco Joseph Melan a finales del XIX, con la cual se podían construir bóvedas de hormigón sin necesidad de cimbras. Los encofrados se colgaban de una estructura metálica, portante durante el hormigonado, que quedaba finalmente embebida en el hormigón.

Este procedimiento lo utilizó en 1939 Eduardo Torroja en el viaducto de ferrocarril Martín Gil. Este puente se empezó a construir suspendiendo una cimbra de madera mediante cables, pero aparecieron muchos inconvenientes durante el hormigonado. Además, el desgraciado accidente ocurrido en el puente de Sandö en Suecia en agosto de ese mismo año, donde la cimbra para un arco de 264 m, que iba a ser el arco de hormigón más grande del mundo, costó la vida a 18 personas. La solución fue ejecutar una autocimbra metálica con sus componentes unidos mediante soldadura. Destaca el hormigonado como un proceso muy concienzudo para no entrar en situaciones de carga no admisibles por la propia cimbra. Se empezó por la parte inferior del cajón, después las almas y por último la parte superior. Este arco, de 202 m constituyó en su tiempo récord mundial de luz, hasta 1943, en que se acabó el puente de Sandö.

Un procedimiento constructivo más complejo se ejecutó en el puente de Echelsbacher, en el cual la autocimbra era total. En vez de construir sólo la autocimbra del arco, se realizó en la totalidad del puente para crear una estructura metálica triangulada que pudiese avanzar por voladizos sucesivos. El vertido de hormigón en el arco se realizó cuidadosamente para evitar situaciones inadmisibles para la cimbra. Se subdividió la sección transversal en fases, completando en cada una de ellas el hormigonado.

Puente de Echelsbacher

Os dejo a continuación un artículo sobre el sistema Melan y la invención paralela de José Eugenio Ribera.

Descargar (PDF, 1.08MB)

 

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11 octubre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, historia, hormigón, ingeniería civil    

Eugène Freyssinet (1879-1962)

Mi amigo Antonio Navarro Manso, profesor de la Universidad de Oviedo, me preguntaba por una cita famosa de Eugène Freyssinet sobre las cualidades que necesita un buen ingeniero. No la conocía, pero al final Antonio encontró la referencia en el libro que sobre este ilustre ingeniero escribió José A. Fernández Ordóñez en 1978. Creo que resulta de gran interés reproducir esta cita:

“... lo importante es la vocación y la fe en el propio esfuerzo, “un amor sin límites hacia una tarea a la que se entrega la vida entera, sin restricciones ni reservas”. Lo demás, en la tarea del ingeniero es muy sencillo, solamente sentido común. Según él, basta con tres cualidades para ser buen ingeniero:

1º.- Ser capaz de resolver una regla de tres.

2º.- Estar convencido que no puede subirse al cielo tirándose de los cabellos.

3º.- Saber que para colocar el sombrero en el perchero, no hay que ponerlo ni encima, ni debajo, ni a los lados

Por tanto, no me queda más que agradecer a Antonio la posibilidad de recoger este pensamiento de Freyssinet y compartirla con todos vosotros.

Os dejo un vídeo sobre Freyssinet (en francés, aunque subtitulado al inglés) que creo que os puede ser de interés. Espero que os guste.

Referencia:

FERNÁNDEZ-ORDÓÑEZ, J.A. (1978). Eugène Freyssinet. 2c Ediciones, Barcelona.

 

6 octubre, 2017
 

Publicada By  Víctor Yepes Piqueras - estructuras, procedimientos de construcción, Puentes    

858802_331527263630484_1482261224_oUna forma interesante de construir un puente con dovelas prefabricadas es mediante un pórtico auxiliar que permite la sujección de estas dovelas en un vano determinado. Las cimbras autoportantes suelen emplearse en puentes con muchos vanos de luces moderadas. Se trata de una viga metálica que se apoya en las pilas del puente y que permite la construcción completa de uno o varios vanos. Posteriormente la cimbra se traslada horizontalmente apoyándose el las pilas del puente hasta el vano siguiente. Este procedimiento permite un ritmo elevado de construcción, similar al de las vigas prefabricadas. La amortización de estos medios exige aproximadamente cuatro usos de los mismos en obras de similares características con longitudes superiores a los 300 metros, aunque existe la posibilidad para el contratista de alquilar estos equipos posteriormente.

Para ver este procedimiento constructivo, os dejo la siguiente animación que creo es de interés:

A continuación podemos ver un vídeo realizado por voxelestudios del proceso constructivo del tablero de los viaductos de Contreras, que con autocimbras se ejecutaron tramos de luces de 66 m.

5 octubre, 2017
 
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