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Los puentes de secci贸n en caj贸n de hormig贸n postesado

Figura 1.- Esquema de un puente de hormig贸n postesado de secci贸n en caj贸n para carreteras

Una viga de secci贸n en caj贸n unicelular consta de una losa superior, dos almas y una losa inferior (Figura 1). La losa superior materializa la plataforma del puente, act煤a como cabeza de compresi贸n frente a momentos flectores positivos y sirve de alojamiento del pretensado necesario para resistir los momentos negativos. Las almas sostienen la losa superior, transmiten las cargas de cortante a los apoyos del puente y pueden alojar los cables de pretensado cuando estos se desplazan a lo largo del puente. Por 煤ltimo, la losa inferior une las secciones inferiores de las almas, aloja el pretensado para resistir los momentos positivos, sirve de cabeza de compresi贸n ante momentos negativos y cierra el circuito de torsi贸n de la estructura.

Seg煤n Schlaich y Scheef (1982), la secci贸n en caj贸n es la tipolog铆a de superestructura m谩s ampliamente utilizada en el proyecto y construcci贸n de puentes. El Puente de Sclayn, sobre el r铆o Maas, fue el primer puente continuo pretensado de secci贸n en caj贸n. El puente, con dos tramos de 62,7 m, fue construido por Magnel en 1948. La secci贸n en caj贸n no solo se puede encontrar en los puentes viga, sino en otras tipolog铆as tipo arco, p贸rtico, atirantados y colgantes. El n煤mero de puentes continuos con esta secci贸n ha aumentado recientemente (Ates, 2011) debido a su resistencia tanto a momentos flectores positivos como negativos, as铆 como a la torsi贸n. Adem谩s, otra caracter铆stica importante es el peso propio reducido frente a otras tipolog铆as. En cuanto a los m茅todos de construcci贸n, los puentes de secci贸n en caj贸n se pueden construir 鈥渋n situ鈥 o bien prefabricarse en dovelas que posterormente se izan y pretensan (Sennah y Kennedy, 2002). En la Figura 2 se muestra un puente en caj贸n situado sobre el nuevo cauce del r铆o Turia, cuyo autor es Javier Manterola y que fue uno de los primeros puentes que tuve la oportunidad de construir durante mi etapa profesional en Dragados y Construcciones, S.A.

Figura 2.- Imagen a茅rea de la Estructura E-10, sobre el nuevo cauce del Turia, de Javier Manterola (1991). Uno de los primeros puentes que tuve la oportunidad de construir en mi etapa profesional en Dragados y Construcciones, S.A.

La investigaci贸n en el 谩mbito de los puentes en caj贸n ha tratado de mejorar su dise帽o (Yepes, 2017). Al principio, los trabajos se centraron en mejorar el comportamiento estructural (Chang y Gang, 1990; Ishac y Smith, 1985; Luo et al., 2002; Mentrasti, 1991; Razaqpur y Li, 1991; Shushkewich, 1988). Estos trabajos se centraron en el an谩lisis del cortante y la distorsi贸n de la secci贸n. Posteriormente, Ates (2011) estudi贸 el comportamiento de un puente viga continuo durante la etapa de construcci贸n, incluyendo efectos dependientes del tiempo. Moon et al. (2005) tambi茅n se centraron en la etapa de construcci贸n, estudiando las grietas que aparecieron en la losa inferior de un puente prefabricado, que ocurrieron por una deformaci贸n excesiva durante el tesado provisional de las dovelas.

Otros autores investigaron el efecto de las condiciones de durabilidad en la resistencia. Liu et al. (2009) propusieron detectar los da帽os desarrollando t茅cnicas de monitorizaci贸n y evaluando el estado del puente. Guo et al. (2010) evaluaron la fiabilidad para estudiar la fluencia, la retracci贸n y la corrosi贸n a lo largo del tiempo de un puente mixto de vigas en caj贸n expuesto a un ambiente de cloruros. Lee et al. (2012) propusieron un sistema de gesti贸n del ciclo de vida de puentes en caj贸n que integrase el dise帽o y la construcci贸n. Fernandes et al. (2012) utilizaron m茅todos magn茅ticos para detectar la corrosi贸n en los cables de pretensado de puentes prefabricados. Saad-Eldeen et al. (2013) estudiaron el momento flector 煤ltimo en vigas afectadas por corrosi贸n. Los resultados se utilizaron para proponer un m贸dulo tangente equivalente que tiene en cuenta la reducci贸n total del 谩rea de la secci贸n transversal debido a este tipo de degradaci贸n.

Tambi茅n existen algunas recomendaciones para el predimensionamiento de los puentes en caj贸n (Schlaich y Scheff, 1982; Fomento, 2000; SETRA, 2003). Sin embargo, consta relativamente muy poca investigaci贸n que haya abordado su dise帽o eficiente. Schlaich y Scheff (1982) indican que en el caso de puentes de secci贸n en caj贸n 鈥la soluci贸n 贸ptima, siempre y exclusivamente una evaluaci贸n subjetiva, solo puede ser encontrada a trav茅s de la comparaci贸n de muchas soluciones alternativas鈥. La eficiencia, entendida como la m谩xima seguridad posible con un m铆nimo de inversi贸n, constituye un objetivo com煤n en el dise帽o estructural. Este tipo de problema presenta tal cantidad de variables, cada uno de las cuales puede adoptar una amplia gama de valores discretos, que hace que el espacio de soluciones sea tan inmenso que es muy dif铆cil abordar la optimizaci贸n sin emplear la inteligencia artificial. Adem谩s de esto, la preocupaci贸n por el medio ambiente, la importancia de la durabilidad y el desarrollo de nuevos materiales pueden modificar el dise帽o del puente. Los m茅todos de optimizaci贸n ofrecen una alternativa eficaz a los dise帽os basados en la experiencia (Garc铆a-Segura et al., 2014a; 2014b; 2015; 2017a; 2017b; Garc铆a-Segura y Yepes, 2016; Yepes et al., 2017). As铆, estas t茅cnicas se han utilizado para abordar la optimizaci贸n de sistemas estructurales reales. Por 煤ltimo, destacar la aplicaci贸n de las t茅cnicas de decisi贸n multicriterio a la hora de proyectar este tipo de puentes (Penad茅s-Pl脿 et al., 2016).

Referencias:

  • Ates, S. (2011). Numerical modelling of continuous concrete box girder bridges considering construction stages. Applied Mathematical Modelling, 35(8), 3809鈥3820.
  • Chang, S.T.; Gang, J. Z. (1990). Analysis of cantilever decks of thin-walled box girder bridges. Journal of Structural Engineering, 116(9), 2410鈥2418.
  • Fernandes, B.; Titus, M.; Nims, D.K.; Ghorbanpoor, A.; Devabhaktuni, V. (2012). Field test of magnetic methods for corrosion detection in prestressing strands in adjacent box-beam bridges. Journal of Bridge Engineering, 17(6), 984鈥988.
  • Fomento M. (2000). New overpasses: general concepts. Madrid, Spain: Ministerio de Fomento.
  • Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Alcal谩, J. (2014a). Sustainable design using multiobjective optimization of high-strength concrete I-beams. In The 2014 International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials HPSM/OPTI (Vol. 137, pp. 347鈥358). Ostend, Belgium.
  • Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Mart铆, J.V.; Alcal谩, J. (2014b). Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm. Latin American Journal of Solids and Structures, 11(7), 1190鈥1205.
  • Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Alcal谩, J.; P茅rez-L贸pez, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92, 112鈥122.
  • Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V. (2016). Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety. Engineering Structures, 125, 325鈥336.
  • Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Frangopol, D.M. (2017a). Multi-objective design of post-tensioned concrete road bridges using artificial neural networks. Structural and Multidisciplinary Optimization, 56(1):139-150.,
  • Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Frangopol, D.M.; Yang, D. Y. (2017b). Lifetime reliability-based optimization of post-tensioned box-girder bridges. Engineering Structures, 145, 381-391.
  • Guo, T.; Sause, R.; Frangopol, D.M.; Li, A. (2010). Time-Dependent Reliability of PSC Box-Girder Bridge Considering Creep, Shrinkage, and Corrosion. Journal of Bridge Engineering, 16(1), 29-43.
  • Ishac, I.I.; Smith, T.R.G. (1985). Approximations for Moments in Box Girders. Journal of Structural Engineering, 111(11), 2333鈥2342.
  • Liu, C.; DeWolf, J.T.; Kim, J.H. (2009). Development of a baseline for structural health monitoring for a curved post-tensioned concrete box鈥揼irder bridge. Engineering Structures, 31(12), 3107鈥3115.
  • Luo, Q.Z.; Li, Q.S.; Tang, J. (2002). Shear lag in box girder bridges. Journal of Bridge Engineering, 7(5), 308.
  • Mentrasti, L. (1991). Torsion of box girders with deformable cross sections. Journal of Engineering Mechanics, 117(10), 2179鈥2200.
  • Moon, D.Y.; Sim, J.; Oh, H. (2005). Practical crack control during the construction of precast segmental box girder bridges. Computers & Structures, 83(31-32), 2584鈥2593.
  • Penad茅s-Pl脿, V.; Garc铆a-Segura, T.; Mart铆, J.V.; Yepes, V. (2016). A review of multi-criteria decision making methods applied to the sustainable bridge design. Sustainability, 8(12), 1295.
  • Razaqpur, A.G.; Li, H. (1991). Thin鈥恮alled multicell box鈥恎irder finite element. Journal of Structural Engineering, 117(10), 2953-2971.
  • Saad-Eldeen, S.; Garbatov, Y.; Guedes Soares, C. (2013). Effect of corrosion severity on the ultimate strength of a steel box girder. Engineering Structures, 49, 560鈥571.
  • Schlaich, J.; Scheff, H. (1982). Concrete Box-girder Bridges. International Association for Bridge and Structural Engineering. Z眉rich, Switzerland.
  • Sennah, K.M.; Kennedy, J.B. (2002). Literature review in analysis of box-girder bridges. Journal of Bridge Engineering, 7(2), 134鈥143.
  • SETRA (2003). Ponts en b茅ton pr茅contraint construits par encorbellements successifs: guide de conc茅ption. M.E.T.L.T.M.
  • Shushkewich, K.W. (1988). Approximate analysis of concrete box girder bridges. Journal of Structural Engineering, 114(7), 1644鈥1657.
  • Yepes, V. (2017).聽Trabajo de investigaci贸n. Concurso de Acceso al Cuerpo de Catedr谩ticos de Universidad.聽Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 110 pp.
  • Yepes, V.; Mart铆, J.V.; Garc铆a-Segura, T.; Gonz谩lez-Vidosa, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4), 738-749.

 

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9 febrero, 2018
 
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Antecedentes y motivaci贸n del proyecto de investigaci贸n DIMALIFE (2018-2020)

Hoy 2 de enero de 2018 empezamos oficialmente el proyecto de investigaci贸n DIMALIFE (BIA2017-85098-R): “Dise帽o y mantenimiento 贸ptimo robusto y basado en fiabilidad de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos”. Se trata de un proyecto trianual (2018-2020) financiado por el Ministerio de Econom铆a, Industria y Competitividad, as铆 como por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). La entidad solicitante es la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia y el Centro el ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnolog铆a del Hormig贸n). Los investigadores principales son V铆ctor Yepes聽(IP1) y Eugenio Pellicer聽(IP2). Al proyecto tambi茅n se le ha asignado un Contrato Predoctoral, que sacaremos a concurso pr贸ximamente. Con las restricciones presupuestarias tan fuertes en materia de I+D+i y con la alta competencia existente por conseguir proyectos de investigaci贸n, lo cierto es que estamos muy satisfechos por haber conseguido financiaci贸n. Adem谩s, estamos abiertos a cualquier tipo de colaboraci贸n tanto desde el mundo empresarial o universitario para reforzar este reto. Por tanto, lo primero que vamos a hacer es explicar los antecedentes y la motivaci贸n del proyecto.

La sostenibilidad econ贸mica y el desarrollo social de la mayor铆a de los pa铆ses dependen directamente del comportamiento fiable y duradero de sus infraestructuras (Frangopol, 2011). Las infraestructuras del transporte presentan una especial relevancia, especialmente sus infraestructuras viarias y puentes, cuya construcci贸n y mantenimiento influyen fuertemente en la actividad econ贸mica, el crecimiento y el empleo. Sin embargo, tal y como indica Mar铆 (2007), estas actividades impactan significativamente en el medio ambiente, presentan efectos irreversibles y pueden comprometer el presente y el futuro de la sociedad. El gran reto, por tanto, ser谩 disponer de infraestructuras capaces de maximizar su beneficio social sin comprometer su sostenibilidad (Aguado et al., 2012). La sostenibilidad, de hecho, constituye un enfoque que ha dado un giro radical a la forma de afrontar nuestra existencia. El calentamiento global, las tensiones sociales derivadas de la presi贸n demogr谩fica y del reparto desequilibrado de la riqueza son, entre otros, los grandes retos que debe afrontar esta generaci贸n. (m谩s…)

Construcci贸n del viaducto de O Eixo

El viaducto de O Eixo se encuentra situado en el amplio valle, que forma el Rego de Ar铆ns, entre las localidades de O Eixo de Arriba y O Eixo de Abajo, de las que recibe su nombre. Forma parte del corredor norte-noreste del tren de alta velocidad Lal铆n-Santiago (A Coru帽a). Tiene una longitud total de 1.224,4 m repartidos en 25 vanos con luces de 42,5 + 25 x 50 + 39,10 m. Presenta un canto variable de 4,0 a 2,75 m y un ancho de tablero de 14,0 m. Las pilas, que var铆an entre 9 y 84 m de altura, son de secci贸n octogonal de 5,5 m de anchura y variable en altura. Ocupando los vanos 12 y 13 se proyecta un arco ligeramente ojival donde se materializa el punto fijo.

En cuanto al proceso constructivo, cabe destacar que las pilas se ejecutaron mediante encofrado trepante, mientras que el tablero se construy贸 mediante cimbra autolanzable y ejecuci贸n vano a vano. El hormigonado se ejecut贸 en dos fases. En la primera se hormigona toda la secci贸n compuesta por la tabla inferior y las almas. En la segunda fase se hormigona la losa superior. Posteriormente se introduce el postensado de la misma y se le da continuidad con los siguientes vanos mediante el cruce de tendones en los frentes de fase, evitando de esta manera disponer conectadores.

El arco se ejecut贸 en dos mitades ejecutadas por separado, ubicando cada uno de los semiarcos en vertical junto a las pilas 11 y 13. Una vez hormigonados los dos semiarcos realiz贸 el giro de ambos por medio de unas rotulas met谩licas ubicadas junto a las zapatas. Una vez colocados los dos semiarcos en su posici贸n definitiva se hormigona la zona de empotramiento con la zapata uniendo las armaduras de espera de la pila con las de la zapata, utilizando manguitos. Dicha r贸tula quedar谩 embebida posteriormente al hormigonarse la zona de empotramiento, pila-encepado.

Los semiarcos quedan fijos entre s铆 mediante el hormigonado de una zona de uni贸n de ambos y con armadura pasiva. El arco una vez monol铆tico lleva en su parte superior un tet贸n de hormig贸n armado que quedar谩 solidarizado con un hueco dejado en el tablero mediante un pretensado vertical y otro horizontal que se tesar谩 en la fase correspondiente, es decir, una vez realizado el tesado de la fase 12.

Una descripci贸n completa la pod茅is ver en el siguiente enlace: http://e-ache.com/modules/ache/ficheros/Realizaciones/Obra109.pdf

Tambi茅n os aconsejo el siguiente link de Xos茅 Manuel Carreira: http://notonlybridges.blogspot.com.es/2008/01/bridge-for-our-high-speed-train.html

 

Para aclarar estos aspectos constructivos, os dejo un v铆deo donde se describen las peculiaridades, especialmente la construcci贸n del arco. Espero que os guste.

Tambi茅n os dejo un v铆deo (en gallego) sobre el viaducto:

28 noviembre, 2017
 
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An谩lisis del ciclo de vida: comparaci贸n entre dos puentes postesados 贸ptimos de secci贸n en caj贸n

Acaban de publicarnos un art铆culo en la revista del JCR (Q2) Sustainability que compara dos puentes postesados 贸ptimos de secci贸n en caj贸n atendiendo a su ciclo de vida. Creemos que la metodolog铆a empleada puede ser de inter茅s para casos de estructuras de hormig贸n similares a las presentadas. El art铆culo forma parte del proyecto de investigaci贸n BRIDLIFE聽“Puentes pretensados de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos“.

Os paso a continuaci贸n el resumen y el art铆culo propiamente dicho, pues est谩 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:

sustainability;聽environmental impact;聽life-cycle assessment;聽construction LCA;聽bridge LCA;聽ReCiPe;sustainable construction

Reference:

PENAD脡S-PL脌, V.; MART脥, J.V.; GARC脥A-SEGURA, T.;聽 YEPES, V. (2017).聽Life-cycle assessment: A comparison between two optimal post-tensioned concrete box-girder road bridges.Sustainability, 9(10):1864. doi:10.3390/su9101864聽(link)

Descargar (PDF, 802KB)

18 octubre, 2017
 
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Pinceladas acerca de la ingenier铆a en la antigua China

Quin Shi Huang, fundador de la D铆nastia Quin.

En posts anteriores ya hemos hecho menci贸n a la ingenier铆a primitiva, la desarrollada en Mesopotamia o en la Grecia Cl谩sica. Menci贸n especial merecen los desarrollos alcanzados en la Antigua China, que en el siglo I ya ten铆a 57 millones de habitantes, superando a Roma, aunque ambos imperios apenas llegaran a conocerse entre ellos. Por tanto, hoy vamos a dar dos pinceladas a las realizaciones de la milenaria China, sabiendo que dejamos much铆sima informaci贸n por el camino. Los cuatro grandes inventos chinos fueron el papel, la br煤jula, la p贸lvora y la imprenta.

Una de las m谩s grandes realizaciones de todos los tiempos fue la Gran Muralla China, con m谩s de 4 km de muro en total. Esta muralla tiene unos 10 m de altura, 8 m de espesor en la base y 5 m en la parte superior, por donde discurre un camino pavimentado. Su construcci贸n requiri贸 un elevado n煤mero de personas. Los bloques de piedra se tra铆an con rodillos a las zonas previamente excavadas para su colocaci贸n. Su construcci贸n se complicaba en zonas con fuertes vientos o en otras de clima des茅rtico. Los materiales empleados fueron los disponibles en cada sitio: piedra caliza, granito o ladrillo cocido. Especialmente eficaz a los impactos de armas de asedio fueron las tapias de arcilla y arena cubiertas con varias paredes de ladrillo. Para hacerse una idea, en el reinado de Qin Shi Huang, que empez贸 a gobernar en el 221 a.C., se construyeron caminos y v铆as. Nada menos que 6.800 km durante sus 20 a帽os de imperio, lo cual es muy llamativo si tenemos en cuenta que los romanos, 300 a帽os despu茅s, tuvieron un total de 5.984 km, casi mil menos.

 

Vista parcial del sistema de irrigaci贸n de Dujiangyan.

Vista parcial del sistema de irrigaci贸n de Dujiangyan.

Tambi茅n China tuvo canales desde hace miles de a帽os. El sistema de irrigaci贸n de Dujiangyan comenz贸 en el siglo III a.C., bas谩ndose su construcci贸n en un canal que tuvo que atravesar una monta帽a, lo cual no fue una tarea f谩cil teniendo en cuenta los procedimientos constructivos de la 茅poca. Para salvar dicho problema, se recurri贸 al calentamiento y enfriamiento repetido de la roca, lo cual fractura la roca y permit铆a su excavaci贸n.聽 Para evitar la acumulaci贸n de limo en el sistema de irrigaci贸n, se construy贸 un dique en el centro del r铆o, cimentados en unos enormes gaviones hechos de bamb煤.Adem谩s, fueron los primeros constructores de puentes, con caracter铆sticas 煤nicas. Algunos de sus puentes m谩s antiguos fueron de suspensi贸n, con cables hechos de fibra de bamb煤.Aunque sin basarse en teor铆as cient铆ficas, los antiguos constructores chinos empleaban un m茅todo que est谩 relacionado con los 鈥drenes de arena鈥. En sus suelos aluviales blandos hincaban pilotes de madera que extra铆an, a continuaci贸n, por rotaci贸n. Los agujeros eran rellenados con cal viva bien compactada. Estos pozos de cal absorb铆an el agua que los rodeaba, produciendo, de este modo, una consolidaci贸n acelerada del suelo, siendo 茅stos los principios del empleo de las t茅cnicas de mejora del terreno.

 

 

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21 septiembre, 2017
 
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El concepto de puente

Puente Ingeniero Carlos Fern谩ndez Casado, en embalse de Barrios de Luna (Le贸n)

Puente Ingeniero Carlos Fern谩ndez Casado, en embalse de Barrios de Luna (Le贸n). Imagen: 漏 V. Yepes

Los puentes pueden considerarse como una de las construcciones cuyos or铆genes se pierden en los albores del tiempo. Son las obras civiles por excelencia. Sin embargo, son mucho m谩s que simples construcciones, en palabras de Juan Jos茅 Arenas, 鈥un puente ha sido, y es, sin g茅nero de dudas, un elemento indispensable para el desarrollo de la civilizaci贸n y de la cultura鈥.

Los puentes a lo largo de la historia han identificado paisajes y se han erigido en articuladores del espacio. Javier Manterola聽 recuerda que 鈥el puente es un elemento del camino鈥, por tanto, no puede entenderse sin 茅l, pero tampoco sin el obst谩culo. Es el paradigma del esfuerzo de la raz贸n en su pretensi贸n de superar todo tipo de dificultad y contratiempo. Para Miguel Aguil贸los puentes 鈥 expresan la superaci贸n de un obst谩culo, de una incomunicaci贸n, de una situaci贸n comprometida鈥. Es el af谩n sempiterno por vencer los l铆mites que amordazan la voluntad humana.

El puente es la met谩fora perfecta de la uni贸n entre las partes, de la comunicaci贸n, del intercambio y del progreso. Tambi茅n significa el paso o tr谩nsito hacia el otro lado, hacia lo desconocido, con toda la carga de magia y misterio que lo rodea. Es la victoria de la raz贸n sobre las fuerzas de la Naturaleza, aunque para otros es fruto de la intervenci贸n del maligno. Fern谩ndez-Troyano聽 nos recuerda que la magia consiste en 鈥sostener el camino en el aire鈥, dej谩ndolo flotar contra todo pron贸stico, sorteando el orden establecido.

Es un s铆mbolo de poder para quien lo controla y un paso hacia la inmortalidad para quien lo construye. Para otros es propaganda, una 鈥済olosina visual鈥, una marca o un reclamo tur铆stico. Sin embargo, para los ingenieros, un puente puede ser la m谩s bella obra que la raz贸n ha regalado a los humanos. Aprender a ver un puente, por tanto, va m谩s all谩 de la simple contemplaci贸n; consiste en descubrir su verdad interna, aquello que el autor ha querido expresar y que, en esencia, es la posibilidad de crear una estructura s贸lida, bella y funcional, como dir铆a Vitruvio.

Puente della Trinit谩en Florencia.聽 Imagen: 漏 V. Yepes

Para Jos茅 Antonio Fern谩ndez-Ordo帽ez el paradigma vitruviano queda limitado en nuestra b煤squeda de entender el lenguaje del puente, incluso si se a帽aden las componentes constructivas y econ贸micas. En efecto, tal y como nos refiere 茅l mismo, le 鈥interesan especialmente otros tres aspectos menos tratados, pero no menos importantes, como son el est茅tico, el hist贸rico y el de integraci贸n con su entorno, es decir la naturaleza鈥.

Un puente es una obra de arte que, m谩s all谩 de su arquitectura, presenta una dial茅ctica tensional que, bien entendida e interpretada, permite escucharla como una composici贸n musical, con todos sus matices, timbres y tonos. Sin embargo, como cualquier obra de arte, es imposible descifrarla fuera de contexto, sin su entorno, sin la sociedad que la cre贸. Un puente crea, por tanto, otra dial茅ctica, la visual con el paisaje, creando o destruyendo el lugar, lo cual implica que el puente debe ser algo singular, creado 鈥ad hoc鈥, que no sirve para cualquier sitio o circunstancia, y que debe ser fruto de la sociedad que lo ha visto nacer. Santiago Hern谩ndez (2009:11) expresa claramente esta idea cuando habla del 鈥渁lma de los puentes鈥, es decir, 鈥渄e la capacidad de provocar sentimientos en quienes los han construido y en aquellos que, cuando los contemplan, pueden ver a todos quienes han hecho posible que su obra sirva a miles de personas durante siglos. El puente es m谩s que un libro, m谩s que una pel铆cula, m谩s que un relato, m谩s que una herramienta鈥 el puente nos permite vivir una 鈥榚xperiencia鈥 que nos une a su origen, su pasado, su presente y su futuro鈥.

El protagonista, por tanto, es ese lenguaje dial茅ctico, interno del puente y externo con el contexto y el paisaje. Cuando el propio puente, su autor o su promotor prevalecen deliberadamente sobre este lenguaje, el puente pierde gran parte de su valor, prostituyendo su esencia. A este respecto, Miguel Aguil贸聽 ya nos previene de estos peligros: 鈥鈥 lo puramente funcional va siempre acompa帽ado de intenciones simb贸licas, de emulaci贸n, de prestigio o de ostentaci贸n, y son precisamente estas finalidades no expl铆citas en la funci贸n las que fomentan o impulsan la desproporci贸n鈥. Es quiz谩s en este contexto cuando ciertas reflexiones de Florentino Regalado pueden adquirir mayor brillo: 鈥una reflexi贸n meticulosa, la reflexi贸n y el sentido com煤n, y unas ciertas dosis de humidad, se echan a faltar en lo que se proyecta y construye鈥.

Quiz谩 Steinman y Watson fueron capaces de sintetizar lo que el puente significa para aquellos que los amamos profundamente, 鈥porque un puente es algo m谩s que una cosa de acero y piedra: es la concreci贸n del esfuerzo de cabezas, corazones y manos humanas. Un puente es m谩s que una suma de deformaciones y tensiones: es una expresi贸n del impulso de los hombres -un desaf铆o y una oportunidad de crear belleza-. Un puente es el s铆mbolo del heroico esfuerzo de la humanidad hacia el dominio de las fuerzas de la naturaleza. Un puente es un monumento a la tenaz voluntad de conquista del g茅nero humano鈥.

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Notas sobre los puentes renacentistas

Pont Neuf, Paris (Dibujo V铆ctor Yepes)

Vamos a intentar divulgar, en unas breves notas, algunas ideas sobre los puentes renacentistas. Este post sigue a otros anteriores que trataron sobre la ingenier铆a en el Renacimiento, el dise帽o de los arcos a lo largo de la historia o el concepto de puente. Espero que os guste, a sabiendas que me dejar茅 much铆simas cosas por el camino.

Empecemos, pues. El Renacimiento imprime a todas las ramas del saber un impulso renovador a煤n no extinguido. A lo largo los siglos XV y XVI empieza a cambiar la profesi贸n que desembocar谩 en el ingeniero. Las cortes europeas exigen profesionales que se ocupen m谩s all谩 de las m谩quinas de guerra y se ocupen de la direcci贸n de proyectos t茅cnicos como los caminos, los puentes, las obras hidr谩ulicas, etc. Adem谩s, se da un fuerte impulso hacia la creaci贸n de un soporte cient铆fico que avale la ingenier铆a: 鈥ars sine scientia nihil est鈥, cita, por cierto, del arquitecto Jean Mignot. De hecho, los ingenieros del Renacimiento juzgan fundamental la asociaci贸n de su profesi贸n con las matem谩ticas (Mill谩n, 2004). Un hito fundamental fue el tratado de Leon Battista Alberti, De reaedificatoria, escrita en lat铆n entre 1443 y 1452, que pretende imitar y culminar la obra de Vitruvio. El trabajo de Alberti se public贸 en 1485, y un a帽o despu茅s el de Vitruvio, en aquellos primeros a帽os de la imprenta. Leonardo da Vinci (1452-1519) empez贸 a formular los principios de la naciente teor铆a estructural y Andrea Palladio (1518-1580) introdujo el concepto de cercha o entramado. Sin embargo, hay que esperar al siglo XVII para encontrarnos con las figuras de Galileo, Hooke o Mariotte para empezar a cimentar la teor铆a de las estructuras que se desarrollar铆a en los siglos posteriores.

La ingenier铆a de corte t铆picamente medieval cambi贸 en la Italia del siglo XV (Garc铆a-Tapia, 1987). En Espa帽a este cambio de mentalidad fue m谩s tard铆o, no pudi茅ndose hablar con propiedad de una ingenier铆a clasicista hasta la segunda mitad del siglo XVI, con la aparici贸n de los ingenieros te贸ricos y de los arquitectos-ingenieros. Sin embargo, las circunstancias hist贸ricas y sociales del siglo XVII abortaron tempranamente este Renacimiento en la ingenier铆a. Las numerosas obras locales emprendidas entonces estuvieron a cargo de maestros de obras que dif铆cilmente podr铆an catalogarse como ingenieros en el sentido actual.

El descubrimiento de las ruinas cl谩sicas romanas, olvidadas en el Medievo, y el hallazgo, por el estudioso Poggio Bracciolini, de un manuscrito de Vitruvio en la biblioteca del monasterio de San Gall en el a帽o 1415 marcan, seg煤n Garc铆a-Tapia (1987) los dos acontecimientos que contribuyeron a la ingenier铆a del Renacimiento. Fue la invenci贸n de la imprenta la que catapult贸 la difusi贸n del libro de Vitruvio. En 茅l se defin铆a el ideal de arquitecto-ingeniero humanista, con conocimientos en diversas artes, adem谩s de definir los procedimientos constructivos de la antig眉edad cl谩sica y los tipos de m谩quina empleados por los romanos del siglo I. Garc铆a-Tapia (1987:25) describe instrumentos, ingenios y m谩quinas empleados en las obras p煤blicas renacentistas.

Las t茅cnicas constructivas de los siglos XV y XVI no cambian sustancialmente respecto a las empleadas en la Baja Edad Media. Sin embargo, la est茅tica cambia completamente, volvi茅ndose a las formas regulares de la 茅poca cl谩sica. As铆, los arcos de medio punto vuelven a utilizarse en los puentes, siendo ejemplos can贸nicos los de Rialto en Venecia (1590), Pont Neuf de Par铆s (1578-1604), o el Puente della Trinit谩 en Florencia (1570). La consideraci贸n renacentista del puente como obra de arte se tradujo en una mayor decoraci贸n y en la incorporaci贸n de esculturas, en una b煤squeda por el equilibrio y elegancia de las formas.

Puente de Rialto (Venecia). Fotograf铆a de R眉diger W枚lk.

Los transportes con carruajes se desarrollaron tras la Edad Media, lo cual implic贸 la desaparici贸n de los inc贸modos puentes apuntados posteriores al siglo XV y la aparici贸n de b贸vedas rebajadas. Sin embargo el rebajamiento aumentaba los empujes sobre las pilas, lo que obligaba a aumentar la prudencia durante la construcci贸n. Se empezaron a utilizar con frecuencia arcos segmentales y a l铆neas 鈥渁nse de panier鈥 (arco de varios centros). El m谩s atrevido fue el Puente della Trinit谩 en Florencia, con un rebajamiento de 1/7 que no volvi贸 a repetirse hasta el siglo XVIII (Grattesat, 1981).

Ponte Vecchio (Florencia). Imagen: V. Yepes(c)

El Renacimiento irrumpi贸 en el mundo de la ingenier铆a de los puentes con un precedente excepcional, ciertamente anacr贸nico, rompedor con la tipolog铆a de los puentes medievales del momento. Se trata del Ponte Vecchio, construido en Florencia en 1345, obra de Tadeo Gaddi.

Los puentes espa帽oles de la segunda mitad del siglo XVI, presentan, seg煤n indica Gonz谩lez Tasc贸n (2008), cierto arca铆smo que se manifiesta en el dise帽o de los tajamares y espolones, que frecuentemente llegan hasta la calzada en forma de apartaderos. Esto se debe, en parte, a que los maestros canteros se hab铆an curtido en la reparaci贸n de puentes romanos y medievales. Ejemplos de este tipo de puentes se pueden encontrar en los de Almaraz o Montoro. Sin embargo, las nuevas tendencias europeas evitan este dise帽o pesado, como es el caso del puente de Segovia (Madrid), dise帽ado en parte por Juan de Herrera, o el de Ariza en 脷beda (Ja茅n), obra de Andr茅s de Vandelvira.

Puente Benameji (Dibujo V铆ctor Yepes)

Puente Benameji (Dibujo V铆ctor Yepes)

No me quiero despedir sin hablar, aunque sea un poco, del puente de Segovia de Madrid, aunque sea como peque帽o homenaje a Juan de Herrera y el Renacimiento espa帽ol. Una provisi贸n de Felipe II en el a帽o 1574 da inicio en Madrid, sobre el Manzanares, el puentede Segovia, cuyas obras concluyeron en 1584. La estructura superaba el 谩mbito local para agrupar el tr谩fico proveniente de Castilla, por un lado, y de Toledo, Andaluc铆a y Extremadura. El proyecto inicial fue del Maestro Mayor de Obras, Gaspar de la Vega, con arcos decrecientes y perfil medieval en lomo de asno. Sin embargo, cuando a la muerte del primero se hizo cargo Juan de Herrera de la obra, con los encepados de los cimientos ya construidos, decide una rasante horizontal conseguida al recrecer los t铆mpanos sobre los arcos laterales. De esta forma resultaba innecesario el crecimiento de las luces de los arcos extremos hacia el centro, d谩ndole una impronta moderna al puente. Se trata, por tanto, de un puente de f谩brica de siller铆a con 9 b贸vedas de ca帽贸n, de una luz entre 9,4 y 12 m, con espesores de pilas entre 5 y 6,7 m. La longitud total es de 185 m y la anchura original del tablero de 12 m. La m谩xima altura sobre la rasante es de 11,4 m. Se proyectaron tajamares triangulares aguas arriba y semicirculares aguas abajo, remat谩ndose con sombreretes que alcanzan la cota correspondiente al trasd贸s de la clave de los arcos. En palabras de Arenas (2002) 鈥el puente de Herrera es, m谩s que un puente, una masa ordenada de piedra gran铆tica, 鈥., cuyas formas y proporciones transmiten una imagen de serenidad y equilibrio tan logrados que resulta, en su tremenda austeridad gran铆tica, de una belleza innegable鈥.

Puente de Segovia (Madrid)

Referencias:

ARENAS, J.J. (2002). Caminos en el aire: los puentes. Colecci贸n ciencias, humanidades e ingenier铆a. Ed. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

GARC脥A TAPIA, N. (1987). Ingenier铆a civil espa帽ola en el Renacimiento, en Cuatro conferencias sobre historia de la ingenier铆a de obras p煤blicas en Espa帽a. CEDEX, Madrid, pp. 7-42.

GONZ脕LEZ-TASC脫N, I. (2008). Las v铆as terrestres y mar铆timas en la Espa帽a medieval, en: Ministerio de Fomento, Ars Mechanicae, Ingenier铆a medieval en Espa帽a, pp. 21-67.

MILL脕N, A. (2004). Leon Battista Alberti, la ingenier铆a y las matem谩ticas del Renacimiento. Suma, 47:93-97.

YEPES, V. (2010). Puentes hist贸ricos sobre el viejo cauce del Turia. Un an谩lisis hist贸rico, est茅tico y constructivo a las obras de f谩brica. Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. In茅dito.

 

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11 septiembre, 2017
 
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驴C贸mo se han dise帽ado los arcos a lo largo de la historia?

Peque帽o puente de f谩brica sobre el r铆o de Pola de Somiedo (Asturias). Fotograf铆a V. Yepes.

Peque帽o puente de f谩brica sobre el r铆o de Pola de Somiedo (Asturias). Imagen: 漏 V. Yepes, 2010

Seguimos con este post un repaso hist贸rico de los arcos. Como en su d铆a se dijo, este es un “invento diab贸lico” que revolucion贸 en su momento el arte de construir. Vamos, pues a seguir con esta labor divulgadora, a sabiendas que nos dejamos muchas cosas por el camino.

Desde la Roma cl谩sica al Renacimiento, los arcos y los estribos se dise帽aban con reglas de buena pr谩ctica y con criterios geom茅tricos. Los constructores, desconocedores de las nociones de las fuerzas y sus l铆neas de acci贸n, tuvieron que utilizar reglas en forma de proporciones o bien hacer modelos. Estos criterios emp铆ricos no deber铆an ser tan absurdos pues, como indica Huerta (1996:18), la prueba es que muchas estructuras construidas en la 茅poca 鈥減re-cient铆fica鈥 -donde se incluyen todas las catedrales g贸ticas-, fueron concebidas de esta forma.

Los secretos del oficio, guardados celosamente por los gremios y transmitidos oralmente, en un lenguaje herm茅tico y oscurantista, empiezan a difundirse con los tratados de Arquitectura a partir del siglo XVI. Diego de Sagredo (1524), Alberti (1582) o Palladio (1625) encabezan un listado de tratadistas que divulgan el pensamiento arquitect贸nico renacentista.

Pont Neuf, Toulouse. Imagen: 漏 V. Yepes, 2017

Alberti[1] es el primer autor que establece, en 1452, las reglas para conseguir la estabilidad y constructibilidad de un puente de f谩brica. Su tratado de arquitectura, De re aedificatoria, fue un compendio del saber constructivo de su 茅poca (Huerta, 2000:514). Sin embargo la edici贸n en lat铆n se public贸 en 1485 鈥揳ntes que la primera edici贸n de Vitruvio[2]– y en Espa帽a no se tradujo hasta 1582. La intuici贸n mec谩nica de Alberti le sugiere que la forma del arco es la base para valorar su modo de trabajar: 鈥El arco poco curvo es seguro para su propio peso, pero si se carga conviene componer muy bien su trasd贸s鈥, o bien: 鈥El arco muy curvado ser谩 en s铆 mismo d茅bil, cuanto m谩s se carga menos problemas tendr谩 en su trasd贸s鈥. Cuanto m谩s apuntado es un arco, es decir, cuanta mayor sensaci贸n visual da de no caer, m谩s resistencia se le confiere.

Palladio[3], en su tratado I Quattro Libri dell鈥橝rchitettura, de 1570, recoge el dimensionamiento de ejemplos de puentes romanos, d谩ndolos como reglas pr谩cticas.

Leonardo da Vinci[4]聽fue el primero que intent贸 estudiar los arcos desde el punto de vista mec谩nico, como muestran numerosos dibujos del C贸dice de Madrid, aunque sus an谩lisis desconoc铆an la ley del paralelogramo de fuerzas, fundamental en cualquier estudio est谩tico, que no se resolvi贸 hasta 1586 por Stevenin[5]聽(Heyman, 1999:92), si bien se formula en su forma actual en 1724 por Varignon[6]聽en su obra聽Nouvelle m茅canicque.

Arco Leonardo

C贸dice de Leonardo da Vinci

La primera explicaci贸n cient铆fica del arco tuvo que esperar a Hooke[7], quien en 1676 apunt贸 que funcionaba justo al rev茅s que un cable colgado, si bien no hall贸 la ecuaci贸n matem谩tica de dicha curva. En 1697 Gregory[8], de forma independiente a Hooke, formula la condici贸n de estabilidad del arco cuando menciona la catenaria como directriz 贸ptima. En 1695, La Hire[9] idealiza las dovelas en bolas de billar y observa que la forma resultante es como si engarzaran en un cable perfectamente el谩stico y sin peso, defini茅ndose su forma como antifunicular[10], lo contrario del cuelgue natural. Por tanto, el trazado de un arco ideal pasar铆a por conocer el estado de carga al que est谩 sometido, donde el peso propio del arco es uno de los componentes principales, lo cual implica un proceso iterativo para establecer la forma definitiva.

Puente la Reina, sobre el r铆o Arga. Camino de Santiago, Navarra. Imagen: 漏 V. Yepes

Couplet, ofreci贸 en 1730 una soluci贸n completa al problema, estableciendo el modo de colapso del arco por formaci贸n de un mecanismo de cuatro barras; pero fue Coulomb[11] en 1773 quien retom贸 el problema pr谩cticamente de nuevo, dando una soluci贸n sint茅tica a todos los modos de colapso posibles. A finales de la d茅cada de 1830, Moseley y M茅ry desarrollan casi simult谩neamente el concepto de l铆nea de empujes, que debe situarse dentro del espesor del arco. En 1833 Navier[12] enuncia la regla del tercio central, por donde deb铆a circular la l铆nea de presiones para evitar las tracciones. Poncelet[13], en 1835, desarrolla un m茅todo gr谩fico que ahorra considerablemente los tiempos de c谩lculo. Rankine[14] fue el primero en dar una aplicaci贸n pr谩ctica a la l铆nea de empujes, siendo Barlow y Fuller los encargados de desarrollar la parte gr谩fica. En 1879 Castigliano[15]abre un nuevo enfoque anal铆tico con planteamientos energ茅ticos, sistematiz谩ndose a partir de ese momento el an谩lisis de los arcos de f谩brica. Ese mismo a帽o Winkler propuso de forma expl铆cita la aplicaci贸n de la teor铆a el谩stica para determinar la posici贸n de la l铆nea de empujes.

Sin embargo, el c谩lculo el谩stico, a pesar de su racionalidad, plantea sistemas de ecuaciones que son muy sensibles a las peque帽as variaciones en las condiciones de equilibrio (ver Huerta, 2005:78). Los procedimientos desarrollados por Heyman (1966) aplicando la teor铆a del an谩lisis l铆mite, validando el siguiente supuesto: si existe una configuraci贸n de equilibrio, es decir, una l铆nea de empujes contenida dentro del arco, 茅ste no se hundir谩. Como consecuencia, la labor del calculista no es buscar el estado de equilibrio real del arco, sino encontrar estados razonables de equilibrio para la estructura estudiada (Heyman, 1967). Este ha sido el enfoque impl铆cito en los dise帽os geom茅tricos de los maestros de la antig眉edad, tal y como indica Huerta (2005:81), justificando la validez de dichos planteamientos. Una recopilaci贸n del desarrollo hist贸rico de la teor铆a del arco de f谩brica puede seguirse en Huerta (1999, 2005).
Ejemplo de puente arco de madera. Cangas de On铆s (Asturias). Fotograf铆a V. Yepes.

Puente arco de madera. Cangas de On铆s (Asturias). Imagen: 漏 V. Yepes, 2010


[1] Leon Battista Alberti (1404-1472), fue arquitecto, matem谩tico, humanista y poeta italiano.

[2] El texto fue descubierto en 1414 por Bracciolini. La edici贸n princeps de la obra vitruviana fue publicada en lat铆n por Giovani Suplicio da Verole en 1486, y en su ep铆stola al cardenal Rafael Riario, se llama a esta obra divinum opus Vitruvi (Bl谩nquez, 2007:XVII). En italiano no se imprimi贸 hasta 1521 y en castellano hasta 1582.

[3] Andrea di Pietro della G贸ndola, m谩s conocido como Andrea Palladio (1508-1580) fue un reconocido arquitecto italiano del Manierismo, que influy贸 notablemente en el Neoclasicismo. Una importante aportaci贸n a la ingenier铆a estructural fue la introducci贸n del concepto de cercha o entramado.

[4] Leonardo di ser Piero da Vinci (1452-1519), nacido en Florencia, fue pintor y pol铆mata, genial arquetipo del humanismo renacentista.

[5] Sim贸n Stevenin (1548-1620), fue matem谩tico holand茅s, ingeniero militar e hidr谩ulico, entre otros oficios.

[6] Pierre Varignon (1654-1722), matem谩tico franc茅s precursor del c谩lculo infinitesimal, desarroll贸 la est谩tica de estructuras.

[7] Robert Hooke, cient铆fico ingl茅s (1635-1703). Formul贸 su famosa ley en la que describe c贸mo un cuerpo el谩stico se estira de forma proporcional a la fuerza que se ejerce sobre 茅l. En esta 茅poca, para reclamar la paternidad de un descubrimiento, los hombres de ciencia enviaban anagramas a sus colegas para, despu茅s, cuando las circunstancias eran propicias, les hac铆an llegar o publicaban el mensaje que los anagramas escond铆as. Eso fue lo que ocurri贸 con la descripci贸n que hizo Hooke en 1676 sobre el funcionamiento estructural del arco.

[8] David Gregory (1661-1708), profesor escoc茅s de matem谩ticas y astronom铆a en la Universidad de Edimburgo.

[9] Philippe de La Hire, matem谩tico, astr贸nomo y gnomonicista franc茅s (1640-1719). La obra donde trata el arco es: Trait茅 de m茅canique: ou l’on explique tout ce qui est n茅cessaire dans la pratique des arts, & les propri茅t茅s des corps pesants lesquelles ont un plus grand usage dans la physique (1695).

[10] Del lat铆n, funic怒lus, cuerda. Arenas (1996:10) define la antifunicularidad como una afinidad geom茅trica entre las ordenadas de la directriz de la b贸veda y la ley de momentos flectores que produce el sistema de cargas sobre una viga virtual de la misma luz que el arco.

[11] Charles Agustin de Coulomb, f铆sico e ingeniero militar franc茅s (1736-1806), conocido por su famosa ley sobre atracci贸n de cargas el茅ctricas. Elabor贸 en el campo estructural la actual teor铆a de la flexi贸n y una primera teor铆a de la torsi贸n (1787). Tambi茅n fueron importantes sus ideas sobre la deformaci贸n tangencial y el rozamiento.

[12] Claude Louis Marie Henri Navier, ingeniero y f铆sico franc茅s (1785-1836), trabaj贸 en las matem谩ticas aplicadas a la ingenier铆a, la elasticidad y la mec谩nica de fluidos.

[13] Jean Victor Poncelet (1788-1867) fue un matem谩tico e ingeniero franc茅s que recuper贸 la geometr铆a proyectiva.

[14] William John Macquorn Rankine, ingeniero y f铆sico escoc茅s (1820-1872), conocido tambi茅n por sus trabajos en termodin谩mica.

[15] Carlo Alberto Castigliano, ingeniero italiano (1847-1884), elabor贸 nuevos m茅todos de an谩lisis para sistemas el谩sticos.

REFERENCIAS

HEYMAN, J. (1966). The stone skeleton. International Journal of Solids and Structures, 2: 249-279.

HEYMAN, J. (1967). On the shell solutions of masonry domes. International Journal of Solids and Structures, 3: 227-241.

HEYMAN, J. (1999). Teor铆a, historia y restauraci贸n de estructuras de f谩brica. CEHOPU, 2陋 edici贸n, Madrid.

HUERTA, S. (1996). La teor铆a del arco de f谩brica: desarrollo hist贸rico. Obra P煤blica, 38:18-29.

HUERTA, S. (2000): Est茅tica y geometr铆a: el proyecto de puentes de f谩brica en los siglos XV al XVII, en Graciani, A.; Huerta, S.; Rabasa, E.; Tabales, M. (eds.): Actas del Tercer Congreso Nacional de Historia de la Construcci贸n. Instituto Juan de Herrera/CEHOPU, Sevilla, 513-526.

HUERTA, S. (2005). Mec谩nica de las b贸vedas de f谩brica: el enfoque del equilibrio. Informes de la Construcci贸n, 56(496):73-89.

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30 agosto, 2017
 
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驴C贸mo se han construido los arcos de dovelas desde los romanos?

Puente de la Trinidad, sobre el cauce del r铆o Turia, en Valencia. (Fotograf铆a de V铆ctor Yepes, 2010).

Con este post vamos a seguir divulgando procesos constructivos hist贸ricos, en este caso, con el arco. En otros posts anteriores ya comentamos el origen del arco y su dise帽o. Espero que os gusten estas pinceladas de procedimientos de construcci贸n ya hist贸ricos. Os dejo algunas referencias bibliogr谩ficas (Yepes, 2010) y enlaces a otras p谩ginas web para que pod谩is ampliar la informaci贸n, que es necesariamente breve para el formato de este post.

Los romanos construyeron con arcos de medio punto. Esta disposici贸n geom茅trica era de composici贸n c贸moda, pues resultaba muy sencillo trazar la directriz y relativamente f谩cil construir la cimbra 鈥搉ormalmente compuesta por al menos dos arcos de c铆rculo de madera s贸lidamente triangulados-. Las cimbras se constru铆an con cerchas o armaduras de madera, unidas por correas sobre las que se clavaban tablas o listones para formar el forro o superficie de apoyo para las dovelas. El perfilado de la superficie de asiento se terminaba por medio de una ligera capa de mortero, yeso o barro (Moreno, 1985). (m谩s…)

8 agosto, 2017
 
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La ingenier铆a en los siglos XVII y XVIII, la revoluci贸n cient铆fica y tecnol贸gica

Sello conmemorativo ruso dedicado a Agust铆n de Bethencourt

Las monarqu铆as absolutas europeas de los siglos XVII y XVIII emprendieron una gran reforma de las comunicaciones y de lo que hoy en d铆as se llamar铆an obras p煤blicas. Las carreteras, los canales de navegaci贸n, los puertos, las presas y canales de regad铆o se fomentaron como medio de mejorar el comercio. Aparece una organizaci贸n estatal de car谩cter cuasi-militar en la medida en que se precisa de una estructura con capacidad de control, jerarqu铆a y disciplina, potenci谩ndose la figura del funcionario al servicio del Estado (ver Celma, 2003).

Antes de mediados del siglo XVIII los trabajos de construcci贸n a gran escala se pon铆an en manos de los ingenieros militares. La aparici贸n de la artiller铆a y el auge alcanzado por la creaci贸n de plazas fuertes, en lo que se llam贸 guerra de plazas, hizo que se creara en los ej茅rcitos un arma aut贸noma, denominada Cuerpo de Ingenieros. La ingenier铆a militar englobaba tareas tales como la preparaci贸n de mapas topogr谩ficos, la ubicaci贸n, dise帽o y construcci贸n de carreteras y puentes, y la construcci贸n de fuertes y muelles. Sin embargo, en el siglo XVIII se empez贸 a utilizar el t茅rmino de ingenier铆a civil o de caminos para designar a los trabajos de ingenier铆a efectuados con prop贸sitos no militares.

En el siglo XVI, Enrique IV cre贸 la oficina del 鈥淕rand Voyer de France鈥 para supervisar y dise帽ar la red de caminos de Francia. En el a帽o 1691 Luis XIV propici贸 el impulso de un cuerpo t茅cnico, con formaci贸n espec铆fica, especialmente dirigido a la construcci贸n de fortificaciones: 鈥渓es officiers du G茅nie鈥. A la postre se emplear铆an en diversas aplicaciones civiles. Pronto se evidencia la necesidad de una formaci贸n espec铆fica para estos funcionarios y para el cuerpo de ingenieros militares. En 1672 se crea una escuela para constructores de barcos en Nantes. Existe, adem谩s, una tradici贸n de formaci贸n de artesanos con escuelas religiosas como los jesuitas (Maison d鈥檃rts et m茅tiers de Thonon, 1599; o la escuela de Rouen de 1706).

Paralela a la decadencia espa帽ola discurre la progresi贸n francesa bajo los reinados de Lu铆s XIII y Lu铆s XIV. El ingeniero m谩s relevante fue el mariscal Sebasti谩n Le Prestre de Vauban (1633-1707), que construye m谩s de 300 fortificaciones en las fronteras. Las ense帽anzas de este mariscal, aunque no escribi贸 un libro espec铆fico, se publicaron despu茅s de su muerte en el libro Verdadero m茅todo para fortificar, que fue el m谩s difundido durante el siglo XVIII.

Ciudadela de Besan莽on en el Franco Condado.

Un hecho importante fue la creaci贸n, en el a帽o 1712, de un Cuerpo de Ingenieros Civiles para la inspecci贸n de puentes y caminos, lo cual supuso la separaci贸n en Francia de los ingenieros civiles de los militares. En 1741 los ingenieros civiles se encargaron tambi茅n de los puertos de comercio y, en 1747, por fin, se fund贸 la escuela encargada de formar a dichos ingenieros, la 鈥脡cole de Ponts et Chauss茅es鈥. Los profesores de esta Escuela, en parte provenientes de las ramas de la ingenier铆a militar, escribieron tratados y libros sobre la mec谩nica de los materiales, sobre m谩quinas, sobre hidr谩ulica o sistematizaron los conocimientos t茅cnicos de la 茅poca. Esta Escuela la dirigi贸 durante 40 a帽os Jean R. Perronet (1708-1794).

Con la llegada de los Borbones a Espa帽a, Felipe V pretendi贸 crear un Cuerpo, tal como hab铆a hecho en Francia Vauban. Para ello encarg贸 en 1709 al teniente general Jorge Pr贸spero de Verboom la organizaci贸n de un cuerpo de ingenieros. Esta 茅poca marca cierto resurgimiento que llega a su m谩ximo nivel bajo la pol铆tica absolutista de Carlos III (1759-1788). Durante el siglo XVIII se acomete en Espa帽a de forma m谩s o menos sistem谩tica la conservaci贸n de la red de caminos e incluso se inician nuevos trazados. Es en esta 茅poca cuando se establecen las bases de la estructura de comunicaci贸n con seis radios que tienen como origen Madrid. A finales del siglo XVIII se produce la segregaci贸n del Cuerpo de Ingenieros Militares del grupo de ingenieros que estaban ya dedicados a las obras civiles. En el a帽o 1799 se cre贸 la Inspecci贸n General de Correos, Postas, Caminos y Posadas y, con ella, se crea el Cuerpo de Ingenieros de Caminos y Canales del Reino. El segundo Inspector General fue Agust铆n de Bethencourt y Molina (1758-1824). El resto de la historia de la creaci贸n de la Escuela de Ingenieros de Caminos y su desarrollo, ya se puede consultar en un post anterior, donde desarrollamos brevemente los antecedentes de la profesi贸n.

Durante el siglo XVIII los gobiernos europeos est谩n dominados por el absolutismo. El encuentro de estos despotismos ilustrados con la filosof铆a social y pol铆tica de la Ilustraci贸n, propici贸 el triunfo de la raz贸n, que, como hechos m谩s notables, cuestion贸 el orden establecido y propici贸 la independencia de los Estados Unidos (1776) y la Revoluci贸n Francesa (1789). En un post anterior hicimos una referencia a este tema cuando hablamos de los juicios que soportan la ciencia, comparando los pensamientos de Kant y Hume.

Durante los siglos XVII y XVIII el problema geot茅cnico fundamental es el dise帽o de muros de contenci贸n suscitado por la construcci贸n de las plazas fuertes. Los ingenieros militares escriben tratados con reglas emp铆ricas en funci贸n de la tipolog铆a del terreno. Gautier (1717) y Belidor (1729) esbozan el an谩lisis de equilibrio l铆mite para explicar el empuje sobre un muro, aunque con un concepto equivocado: la l铆nea de deslizamiento es la correspondiente al talud natural (ver Celma, 2003). Ambos ingenieros escribieron tratados de pr谩ctica constructiva usados en las escuelas.

La actividad constructiva apenas progresa en su forma de desarrollarse hasta la revoluci贸n industrial: se conocen los fundamentos de la t茅cnica de la construcci贸n, pero, al carecer de los medios auxiliares para su realizaci贸n, las obras se realizan a costa de un derroche de esfuerzo humano. Hasta finales del siglo XVI no existen m谩s medios auxiliares de construcci贸n que poleas, rodillos, polipastos, etc. El siglo XVII fue excepcional para el desarrollo posterior de la ingenier铆a. Hacia su final, ocurri贸 un hecho crucial, puesto que el hombre aprendi贸 a convertir energ铆a calor铆fica en trabajo mec谩nico, algo inconcebible hasta entonces. Para llegar a este descubrimiento, tuvieron que realizarse antes otros muchos: hubo que “descubrir” la atm贸sfera (Galileo, Torricelli y Viviani) y la presi贸n atmosf茅rica (Pascal). En 1672, Otto Von Guericke invent贸 la primera bomba de aire: el desarrollo de un cilindro con un pist贸n m贸vil ser铆a crucial para el posterior desarrollo del “motor de fuego”, como entonces se le dio en llamar. S贸lo faltaba mover el pist贸n con energ铆a calor铆fica.

M谩quina de Newcomen

En 1690, el franc茅s Denis Papin present贸 el proyecto de una m谩quina de vapor que se compon铆a de un cilindro vertical de chapa delgada con un 茅mbolo m贸vil en su interior. Pero la primera m谩quina de vapor utilizable se construy贸 en 1711, en Inglaterra, por Thomas Newcomen, que sigui贸, en rasgos generales el principio de Papin. La m谩quina de Newcomen la perfeccion贸 James Watt en 1763, que fue quien dot贸 a la humanidad de la m谩quina alternativa, que ha sido durante mucho tiempo el 煤nico motor t茅rmino importante hasta la aparici贸n de los motores de explosi贸n. Con frecuencia se le atribuye parcialmente a Watt la invenci贸n inicial, junto con Savery y Newcomen. Durante un experimento en 1782, encontr贸 que un 鈥渃aballo de cervecer铆a鈥 desarrollaba 33 000 pies libra (unos 44 700 joules) por minuto, iguales a 1 caballo de fuerza. A la fecha todav铆a se usa esta equivalencia.

Aunque se suele fechar la Revoluci贸n Industrialentre 1750 y 1850, fue en la parte central de este periodo cuando se vivieron los mayores cambios. Fue la m谩quina de vapor junto con el m茅todo, descubierto por Henry Cort, para refinar el hierro, los inventos que proporcionaron una fuente de hierro para la maquinaria y plantas de fuerza motriz para operar la maquinaria. Los motores de Watt empezaron a usarse de modo general hacia 1750 y para 1825, aparecieron las primeras locomotoras dotadas de motores m谩s evolucionados, ligeros y potentes, que usaban vapor a alta presi贸n en vez de vapor a presi贸n atmosf茅rica. En 1804, Richard Trevithick fue el primero en lograr que una locomotora de vapor corriera sobre rieles. M谩s tarde demostr贸 que las ruedas lisas pod铆an correr sobre rieles lisos si las pendientes no eran demasiado excesivas. Una de las locomotoras de Trevithick se exhibi贸 en una v铆a circular en Londres en 1808, pero descarril贸 y volc贸. Se hab铆an pagado tan pocos chelines por verla, que no se volvi贸 a colocar sobre la v铆a.

George Stephenson, despu茅s de ser empleado como vaquero, sirvi贸 como fogonero de una m谩quina de vapor y luego como cuidador de una m谩quina de bomba. A los treinta y dos a帽os, construy贸 su primera locomotora de vapor, y luego abog贸 insistentemente por la enmienda a un acta, aprobada en 1821, para que se empleara la locomoci贸n a vapor en vez de caballos en un ferrocarril que correr铆a desde Stockton hasta la mina de carb贸n de Willow Park. Utiliz贸 el riel de 1.42 m que se hab铆a usado anteriormente para vagones tirados por caballos. Todav铆a, este calibre de v铆a es el de uso m谩s com煤n en todo el mundo. Como sabemos, despu茅s del desarrollo de los sistemas ferroviarios en Europa y Am茅rica, los adelantos ingenier铆a se sucedieron a una tasa cada vez m谩s creciente. La primera mitad del siglo XX produjo un n煤mero casi incre铆ble de avances en ingenier铆a, al grado de que queda poca duda sobre que las dos guerras mundiales fueron catalizadores de gran parte de ese progreso.

El barco de vapor y los ferrocarriles, la uni贸n entre la ciencia y la t茅cnica, la ense帽anza de la ingenier铆a y el desarrollo industrial generaron todas las consecuencias de la Revoluci贸n Industrial. De este modo, podemos situar el origen de las primeras construcciones industriales en la segunda mitad del siglo XIX, cuando arranca el proceso industrializador asociado a la miner铆a, la siderurgia, el ferrocarril y el surgimiento del capitalismo financiero.

El motor de vapor cambi贸 radicalmente las factor铆as existentes hasta entonces, basadas en molinos de agua o de viento. A partir de ese momento, las f谩bricas pod铆an situarse pr谩cticamente en cualquier lugar. El desarrollo de f谩bricas trajo consigo la necesidad de combustible en grandes cantidades que, adem谩s, proporcionara suficiente poder calor铆fico para fundir hierro. La soluci贸n la proporcion贸 el carb贸n. Se empezaron a desarrollar m谩quinas que revolucionaron los m茅todos constructivos y el transporte. La m谩quina de vapor supuso un cambio important铆simo en el mundo de la construcci贸n, pues permiti贸 el dise帽o posterior de m谩quinas auxiliares que se emplearon r谩pidamente como los martillos de hinca en pilotes, dragas, ferrocarriles, etc茅tera.

Faro de Eddystone, de John Smeaton

Es en Inglaterra donde John Smeaton (1718-1785) se distingui贸 como ingeniero constructor dise帽ando puentes, puertos, canales y obras de desecaci贸n. En 1754 se dedic贸 fundamentalmente a la ingenier铆a de la construcci贸n creando escuela en Inglaterra entre sus ayudantes sobre lo que ser铆a la ingenier铆a racionalizada. A Smeaton se debe la invenci贸n del primer cemento hidr谩ulico que utiliz贸 en 1759 en la construcci贸n del faro de Eddystone. Este ingeniero fue el que acu帽贸 por primera vez, en 1750, el t茅rmino de 鈥渋ngeniero civil鈥 para su profesi贸n, para se帽alar que su incumbencia no era militar. En 1771 un peque帽o grupo de ingenieros, a los que se llamaba frecuentemente para dar su testimonio sobre proyectos de puertos y canales, form贸 la 鈥淪ociety of Civil Engineers鈥 con el objeto de reunir y transmitir las experiencias de ingenieros, constructores, empresarios y abogados en la promoci贸n de las obras p煤blicas. Esta sociedad se constituy贸 en la 鈥淚nstitution of Civil Engineering鈥 en 1818, iniciando con ello una especializaci贸n dentro de la ingenier铆a.

En este siglo XVIII la ingenier铆a en general y la aplicada se ve reflejada en la obra de Jacobo Benson. En ella se rese帽an las distintas tipolog铆as de medios auxiliares de construcci贸n, m谩quinas de pilotaje, tornos de arrastre de piedras, m谩quinas y bombas hidr谩ulicas. En este siglo se emple贸 por primera vez el m茅todo de la precarga (Sowers et al, 1972): el emplazamiento de la futura construcci贸n se cargaba con anterioridad para provocar una parte de los asientos antes de construir la obra. Sin embargo, parece ser que se desconoc铆a el fundamento de este procedimiento.

En 1783 un arquitecto ingl茅s, Wyatt, emple贸 por primera vez, al parecer sin intencionalidad clara, una cimentaci贸n parcialmente flotante, el peso de las tierras excavadas era al menos un 50% del peso del edificio mediante la construcci贸n de s贸tanos. Este m茅todo, usado a comienzos del siglo XIX, fue pronto olvidado, y no reapareci贸 hasta final de la d茅cada de 1920.

La cimentaci贸n de cajones presenta como caracter铆stica principal el ser construido sobre el terreno o el nivel del agua y a continuaci贸n son hundidos hasta la profundidad requerida. El primer caso registrado de empleo de cajones es un trabajo de este tipo para los cimientos del puente Tuileries, construido en 1685 . Primeramente se prepar贸 y drag贸 el lecho del r铆o; a continuaci贸n, el caj贸n, que consist铆a simplemente en una barcaza llena de piedras, fue hundido en donde hab铆a de situarse uno de los pilares. La obra de alba帽iler铆a que constitu铆a los pilares fue entonces descendida a trav茅s del agua hasta colocarla sobre estos primitivos cajones cerrados. En 1738, Labelye emple贸 cajones de compartimentos, de madera, para los cimientos del puente Westminster.

El primer Puente de Westminster. 脫leo de Canaletto (1746)

El primer puente del mundo de hierro fundido fue construido en Inglaterra en 1779 por Abraham Darby sobre el r铆o Severn en Coalbrookdale, Shorpshire, y se encuentra todav铆a en buen estado. Tiene una luz de 30 m y pesa 378 t; cada arco semicircular fue moldeado en dos piezas. El uso de este material estructural tambi茅n ocurri贸 en edificios industriales como la Hilander铆a de Salford (Boulton & Watt, 1801) y el Cristal Palace de la Gran Exposici贸n Londinense (Joseph Paxton, 1851).

Puente de Coalbrookdale (1777-1779)

El primer empleo masivo de los explosivos en t煤neles tuvo lugar hacia 1680 con ocasi贸n de las obras del canal del Languedoc, para un tramo de tobas de 150 m de longitud y una secci贸n de 6.60 x 8.70 m2. El siglo XVIII conoci贸 importantes t煤neles mineros en Inglaterra, como los de Harecastle, de m谩s de 2500 m de longitud.

Estamos a punto de iniciar el聽 siglo XIX. Pero eso ya es objeto de otro post.

Referencias:

CELMA, J.J. (2003). Geotecnia e Ingenier铆a Civil. Una aproximaci贸n (reflexi贸n) hist贸rica. Inter T茅cnica Ediciones, Valencia.

SOWERS, G.B.; SOWERS, G.F. (1972). Introducci贸n a la mec谩nica de suelos y cimentaciones. Limusa-Wiley, M茅xico.

YEPES, V. (2009). Breve historia de la ingenier铆a civil y sus procedimientos. Departamento de Ingenier铆a de la Construcci贸n y Proyectos de Ingenier铆a Civil. Universidad Polit茅cnica de Valencia.

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