Optimización heurística de pilas rectangulares huecas de hormigón armado

Figura. Geometría de la pila objeto de estudio

RESUMEN: 

El trabajo se centra en optimizar los costes de pilas rectangulares huecas de viaductos pretensados mediante métodos heurísticos y metaheurísticos, demostrando su efectividad. La evaluación de cada una de las soluciones se lleva a cabo mediante un módulo de comprobación según la instrucción EHE y Eurocódigo 2. El cálculo de esfuerzos se realiza aplicando las cargas de la IAP-98 y la comprobación frente a inestabilidad se hace por el método de Arenas y Villegas. Los métodos heurísticos utilizados son la búsqueda de aceptación por umbrales y las colonias de hormigas. Todos los métodos de búsqueda han sido aplicados a una pila tipo de 23.97 m de altura. Se concluye que la colonia de hormigas es la metaheurística más eficiente de las 4 comparadas.

PALABRAS CLAVE:

Optimización heurística, puentes, pilas rectangulares huecas, hormigón armado.

REFERENCIA: 

MARTÍNEZ, F.; PEREA, C.; YEPES, V.; HOSPITALER, A.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2007). Optimización heurística de pilas rectangulares huecas de hormigón armado. Hormigón y Acero, 244: 67-80. ISBN: 0439-5689. (link)

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Construcción prefabricada de pilas de puente

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Pilas prefabricadas. Fuente: Grupo Pacadar, www.pacadar.es

La prefabricación en la construcción de pilas de puente constituye una alternativa a la construcción mediante sistemas tradicionales de encofrado, los encofrados trepantes o los deslizantes. Las ventajas de la prefabricación se relacionan con la industrialización del proceso constructivo, mejoras de acabados, reducción de plazos, etc. Este tipo de construcción prefabricada ha evolucionado fuertemente, pudiéndose adecuar hoy día a la construcción de un buen número de tipologías de pilas al contar con sistemas auxiliares de transporte y montaje cada vez de mayor potencia, desde las correspondientes a pequeños pasos superiores a las de grandes puentes con pilas de incluso más de 40 m de altura. Los medios auxiliares de transporte y montaje permiten manejar pesos de 100 a 200 t, aunque es posible superar ampliamente estos valores.

Las tipologías habituales de pilas prefabricadas son las siguientes:

  • Fustes independientes con o sin capitel de apoyo
  • Pilas pórtico formadas por fustes verticales y cabecero superior de unión
  • Pilas construidas por dovelas horizontales
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Montaje de dinteles prefabricados. Fuente: Grupo Pacadar, www.pacadar.es

Quizá uno de los inconvenientes de la prefabricación, en este momento superados, es la unión entre elementos o entre elementos y partes “in situ”, especialmente en aquellas estructuras hiperestáticas. Las secciones de pilas pequeñas, de 60 x 60 cm2, suelen empotrarse en cálices dejados en las zapatas de cimentación, rellenándose el hueco libre con hormigón. Sin embargo, para mayores secciones, suele dejarse en la zapata vainas corrugadas de 100 mm de diámetro, con longitud suficiente para el anclaje de las armaduras del fuste. Posteriormente se rellenan estas vainas con un mortero sin retracción.

El montaje de estos elementos prefabricados se empieza con unos apoyos blandos de madera que sirven para calzar las piezas y evitar las concentraciones de tensiones en la superficie de la junta. Estas juntas posteriormente se rellenan y ajustan con un mortero líquido sin retracción que garantice la transmisión de tensiones.

En pilas altas, las pilas son de sección hueca para optimizar el uso del material, reducir el peso y facilitar el transporte y montaje. Suelen ser habituales las pilas octogonales o a secciones I enlazadas dos a dos para formar una sección en cajón.

También son prefabricados los dinteles colocados sobre las pilas individuales o formando pórtico con varias pilas. Pueden ser también macizos o aligerados con sección en pi.

Veamos varios vídeos al respecto.

A continuación podemos ver el montaje de un dintel prefabricado.

 

También podemos ver el montaje de un viaducto en Sot Gran, en Eix Transversal C-25. En el vídeo se ve una secuencia de fotos del montaje por parte de Alvisa de la estructura prefabricada de hormigón del Viaducto Sot Gran para el tramo Espinelves – Santa Coloma de Farners, correspondiente al desdoblamiento del Eje Transversal de la carretera C-25 (Girona – Lleida). Se trata de tres vanos de 28, 39 y 32 m de longitud, con monoviga hiperestática y pilas palmera prefabricadas de 21 m de alto y peso 170 t.

Estudio paramétrico de pilas altas para viaductos en las líneas de alta velocidad

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El diseño de las pilas de puentes tiene una especial importancia desde el punto de vista económico si pensamos que, dependiendo de la altura de las pilas y de las condiciones del terreno de cimentación, este coste puede llegar a ser el 50% del total del coste de un viaducto. En este post he querido resaltar algunos resultados de un trabajo realizado por nuestro grupo de investigación que presenta un estudio paramétrico de pilas altas (más de 50 m de altura) de hormigón armado de sección hueca rectangular para puentes. Estas pilas se utilizan normalmente en la construcción de viaductos ferroviarios de hormigón pretensado. Para realizar la optimización de las pilas se empleó un algoritmo de optimización basado en el comportamiento de las hormigas (Ant Colony Optimization). Se han estudiado veintiún casos diferentes para siete alturas de columna de 40 , 50 , 60 , 70 , 80 , 90 y 100 m, y tres tipos de viaductos para líneas de alta velocidad con 10 tramos continuos, cuyas longitudes vano principal fueron 40 , 50 y 60 m. Las pilas estudiadas son las columnas intermedias colocadas en el medio de los viaductos. El número total de variables de diseño de optimización varía de 139 para pilas con altura de la columna de 40 m a 307 para pilas con altura de 100 m. Los resultados que se presentan en el trabajo son de gran valor para el diseño preliminar de este tipo de estructuras, con reglas de predimensionamiento práctico de interés.

Viaducto de O Eixo, ejemplo de empleo de pilas altas, http://www.pondio.com

Resultados interesantes:

  • Las cuantías medias necesarias de acero y hormigón, tanto en alzado como en cimentación, para las pilas estudiadas varían entre 887 kg/m y 12 m3/m para alturas de 40 m a 2720 kg/m y 26 m3/3 en alguras de 100 m.
  • Los costes medios encontrados varían desde un mínimo de 3221 €/m para las pilas menos cargadas, a un máximo de 6206 €/m en el caso de las más cargadas.
  • A continuación os paso un par de gráficas que pueden ser de interés respecto al hormigón. El resto de información se puede ver en el artículo.

Pilas 1

Pilas 2

Referencia:

MARTÍNEZ-MARTÍN, F.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2013). A parametric study of optimum tall piers for railway bridge viaducts. Structural Engineering and Mechanics, 45(6): 723-740. (link)