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¿Cómo afectan los costes al mantenimiento de un puente cuando se consideran aspectos sociales?

https://www.ailladearousa.com

Pocas veces se incorporan en los proyectos de puentes actuales las variables sociales como factores determinantes de su diseño. Tampoco se dedica la atención suficiente al análisis del coste del ciclo de vida para evaluar la mejor alternativa posible de diseño. Considerar en nuestros proyectos este tipo de variables podría reducir, por ejemplo, en un 60% los costes de mantenimiento. También se constataría el hecho de que incrementar solamente 5 mm el recubrimiento de las armaduras de las estructuras de hormigón podría reducir el coste del mantenimiento en un 40%. Un ejemplo de la aplicación de este tipo de metodologías es la que nos acaban de publicar en la revista Sustainability. Allí se ha analizado el coste del ciclo de vida de las medidas de prevención aplicado a un puente de hormigón postesado expuesto al ataque de clorhídricos. Para ello se ha elegido el puente de la Isla de Arosa, en Galicia (España). Os dejo el artículo completo y la referencia.

Referencia:

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Life cycle cost assessment of preventive strategies applied to prestressed concrete bridges exposed to chlorides. Sustainability, 10(3):845. doi:10.3390/su10030845 .

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Análisis de ciclo de vida de puentes óptimos de vigas artesa

Acaban de publicarnos un artículo en la revista internacional Sustainability sobre análisis de ciclo de vida de puentes óptimos de vigas. La evaluación del impacto ambiental se realiza a lo largo del ciclo de vida de puentes de hormigón postesado de vigas artesa que previamente han sido optimizados mediante una metaheurística de algoritmos meméticos. Os dejo a continuación la referencia de la revista. Además os podéis descargar y distribuir el artículo sin problema, pues está editado en abierto:

http://www.mdpi.com/2071-1050/10/3/685/html

Referencia:

PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2018). An optimization-LCA of a prestressed concrete precast bridge. Sustainability, 10(3):685. doi:10.3390/su10030685

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Los puentes de sección en cajón de hormigón postesado

Figura 1.- Esquema de un puente de hormigón postesado de sección en cajón para carreteras

Una viga de sección en cajón unicelular consta de una losa superior, dos almas y una losa inferior (Figura 1). La losa superior materializa la plataforma del puente, actúa como cabeza de compresión 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 último, la losa inferior une las secciones inferiores de las almas, aloja el pretensado para resistir los momentos positivos, sirve de cabeza de compresión ante momentos negativos y cierra el circuito de torsión de la estructura.

Según Schlaich y Scheef (1982), la sección en cajón es la tipología de superestructura más ampliamente utilizada en el proyecto y construcción de puentes. El Puente de Sclayn, sobre el río Maas, fue el primer puente continuo pretensado de sección en cajón. El puente, con dos tramos de 62,7 m, fue construido por Magnel en 1948. La sección en cajón no solo se puede encontrar en los puentes viga, sino en otras tipologías tipo arco, pórtico, atirantados y colgantes. El número de puentes continuos con esta sección ha aumentado recientemente (Ates, 2011) debido a su resistencia tanto a momentos flectores positivos como negativos, así como a la torsión. Además, otra característica importante es el peso propio reducido frente a otras tipologías. En cuanto a los métodos de construcción, los puentes de sección en cajón se pueden construir “in situ” o bien prefabricarse en dovelas que posterormente se izan y pretensan (Sennah y Kennedy, 2002). En la Figura 2 se muestra un puente en cajón situado sobre el nuevo cauce del río 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 aérea 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 investigación en el ámbito de los puentes en cajón ha tratado de mejorar su diseño (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 análisis del cortante y la distorsión de la sección. Posteriormente, Ates (2011) estudió el comportamiento de un puente viga continuo durante la etapa de construcción, incluyendo efectos dependientes del tiempo. Moon et al. (2005) también se centraron en la etapa de construcción, estudiando las grietas que aparecieron en la losa inferior de un puente prefabricado, que ocurrieron por una deformación 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 daños desarrollando técnicas de monitorización y evaluando el estado del puente. Guo et al. (2010) evaluaron la fiabilidad para estudiar la fluencia, la retracción y la corrosión a lo largo del tiempo de un puente mixto de vigas en cajón expuesto a un ambiente de cloruros. Lee et al. (2012) propusieron un sistema de gestión del ciclo de vida de puentes en cajón que integrase el diseño y la construcción. Fernandes et al. (2012) utilizaron métodos magnéticos para detectar la corrosión en los cables de pretensado de puentes prefabricados. Saad-Eldeen et al. (2013) estudiaron el momento flector último en vigas afectadas por corrosión. Los resultados se utilizaron para proponer un módulo tangente equivalente que tiene en cuenta la reducción total del área de la sección transversal debido a este tipo de degradación.

También existen algunas recomendaciones para el predimensionamiento de los puentes en cajón (Schlaich y Scheff, 1982; Fomento, 2000; SETRA, 2003). Sin embargo, consta relativamente muy poca investigación que haya abordado su diseño eficiente. Schlaich y Scheff (1982) indican que en el caso de puentes de sección en cajón “la solución óptima, siempre y exclusivamente una evaluación subjetiva, solo puede ser encontrada a través de la comparación de muchas soluciones alternativas”. La eficiencia, entendida como la máxima seguridad posible con un mínimo de inversión, constituye un objetivo común en el diseño 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 difícil abordar la optimización sin emplear la inteligencia artificial. Además de esto, la preocupación por el medio ambiente, la importancia de la durabilidad y el desarrollo de nuevos materiales pueden modificar el diseño del puente. Los métodos de optimización ofrecen una alternativa eficaz a los diseños basados en la experiencia (García-Segura et al., 2014a; 2014b; 2015; 2017a; 2017b; García-Segura y Yepes, 2016; Yepes et al., 2017). Así, estas técnicas se han utilizado para abordar la optimización de sistemas estructurales reales. Por último, destacar la aplicación de las técnicas de decisión multicriterio a la hora de proyectar este tipo de puentes (Penadés-Plà et al., 2016).

Referencias:

  • Ates, S. (2011). Numerical modelling of continuous concrete box girder bridges considering construction stages. Applied Mathematical Modelling, 35(8), 3809–3820.
  • Chang, S.T.; Gang, J. Z. (1990). Analysis of cantilever decks of thin-walled box girder bridges. Journal of Structural Engineering, 116(9), 2410–2418.
  • 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), 984–988.
  • Fomento M. (2000). New overpasses: general concepts. Madrid, Spain: Ministerio de Fomento.
  • García-Segura, T.; Yepes, V.; Alcalá, 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. 347–358). Ostend, Belgium.
  • García-Segura, T.; Yepes, V.; Martí, J.V.; Alcalá, J. (2014b). Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm. Latin American Journal of Solids and Structures, 11(7), 1190–1205.
  • García-Segura, T.; Yepes, V.; Alcalá, J.; Pérez-López, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92, 112–122.
  • García-Segura, T.; Yepes, V. (2016). Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety. Engineering Structures, 125, 325–336.
  • García-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.,
  • García-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), 2333–2342.
  • Liu, C.; DeWolf, J.T.; Kim, J.H. (2009). Development of a baseline for structural health monitoring for a curved post-tensioned concrete box–girder bridge. Engineering Structures, 31(12), 3107–3115.
  • 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), 2179–2200.
  • 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), 2584–2593.
  • Penadés-Plà, V.; García-Segura, T.; Martí, 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‐walled multicell box‐girder 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, 560–571.
  • Schlaich, J.; Scheff, H. (1982). Concrete Box-girder Bridges. International Association for Bridge and Structural Engineering. Zürich, Switzerland.
  • Sennah, K.M.; Kennedy, J.B. (2002). Literature review in analysis of box-girder bridges. Journal of Bridge Engineering, 7(2), 134–143.
  • SETRA (2003). Ponts en béton précontraint construits par encorbellements successifs: guide de concéption. M.E.T.L.T.M.
  • Shushkewich, K.W. (1988). Approximate analysis of concrete box girder bridges. Journal of Structural Engineering, 114(7), 1644–1657.
  • Yepes, V. (2017). Trabajo de investigación. Concurso de Acceso al Cuerpo de Catedráticos de Universidad. Universitat Politècnica de València, 110 pp.
  • Yepes, V.; Martí, J.V.; García-Segura, T.; González-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 motivación del proyecto de investigación DIMALIFE (2018-2020)

Hoy 2 de enero de 2018 empezamos oficialmente el proyecto de investigación DIMALIFE (BIA2017-85098-R): “Diseño y mantenimiento óptimo 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 Economía, Industria y Competitividad, así como por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). La entidad solicitante es la Universitat Politècnica de València y el Centro el ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón). Los investigadores principales son Víctor Yepes (IP1) y Eugenio Pellicer (IP2). Al proyecto también se le ha asignado un Contrato Predoctoral, que sacaremos a concurso próximamente. Con las restricciones presupuestarias tan fuertes en materia de I+D+i y con la alta competencia existente por conseguir proyectos de investigación, lo cierto es que estamos muy satisfechos por haber conseguido financiación. Además, estamos abiertos a cualquier tipo de colaboración 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 motivación del proyecto.

La sostenibilidad económica y el desarrollo social de la mayoría de los países 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 construcción y mantenimiento influyen fuertemente en la actividad económica, el crecimiento y el empleo. Sin embargo, tal y como indica Marí (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, será 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 presión demográfica y del reparto desequilibrado de la riqueza son, entre otros, los grandes retos que debe afrontar esta generación. (más…)

Construcción del viaducto de O Eixo

El viaducto de O Eixo se encuentra situado en el amplio valle, que forma el Rego de Aríns, 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 Lalín-Santiago (A Coruña). 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 varían entre 9 y 84 m de altura, son de sección 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 construyó mediante cimbra autolanzable y ejecución vano a vano. El hormigonado se ejecutó en dos fases. En la primera se hormigona toda la sección 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 ejecutó 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 realizó el giro de ambos por medio de unas rotulas metálicas ubicadas junto a las zapatas. Una vez colocados los dos semiarcos en su posición 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 rótula quedará embebida posteriormente al hormigonarse la zona de empotramiento, pila-encepado.

Los semiarcos quedan fijos entre sí mediante el hormigonado de una zona de unión de ambos y con armadura pasiva. El arco una vez monolítico lleva en su parte superior un tetón de hormigón armado que quedará solidarizado con un hueco dejado en el tablero mediante un pretensado vertical y otro horizontal que se tesará en la fase correspondiente, es decir, una vez realizado el tesado de la fase 12.

Una descripción completa la podéis ver en el siguiente enlace: http://e-ache.com/modules/ache/ficheros/Realizaciones/Obra109.pdf

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

 

Para aclarar estos aspectos constructivos, os dejo un vídeo donde se describen las peculiaridades, especialmente la construcción del arco. Espero que os guste.

También os dejo un vídeo (en gallego) sobre el viaducto:

28 noviembre, 2017
 
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Encolado de dovelas prefabricadas en la construcción por voladizos sucesivos

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
 
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Análisis del ciclo de vida: comparación entre dos puentes postesados óptimos de sección en cajón

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)

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18 octubre, 2017
 
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Pinceladas acerca de la ingeniería en la antigua China

Quin Shi Huang, fundador de la Dínastia Quin.

En posts anteriores ya hemos hecho mención a la ingeniería primitiva, la desarrollada en Mesopotamia o en la Grecia Clásica. Mención especial merecen los desarrollos alcanzados en la Antigua China, que en el siglo I ya tenía 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 muchísima información por el camino. Los cuatro grandes inventos chinos fueron el papel, la brújula, la pólvora y la imprenta.

Una de las más grandes realizaciones de todos los tiempos fue la Gran Muralla China, con más 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 construcción requirió un elevado número de personas. Los bloques de piedra se traían con rodillos a las zonas previamente excavadas para su colocación. Su construcción se complicaba en zonas con fuertes vientos o en otras de clima desértico. 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 empezó a gobernar en el 221 a.C., se construyeron caminos y vías. Nada menos que 6.800 km durante sus 20 años de imperio, lo cual es muy llamativo si tenemos en cuenta que los romanos, 300 años después, tuvieron un total de 5.984 km, casi mil menos.

 

Vista parcial del sistema de irrigación de Dujiangyan.

Vista parcial del sistema de irrigación de Dujiangyan.

También China tuvo canales desde hace miles de años. El sistema de irrigación de Dujiangyan comenzó en el siglo III a.C., basándose su construcción en un canal que tuvo que atravesar una montaña, lo cual no fue una tarea fácil teniendo en cuenta los procedimientos constructivos de la época. Para salvar dicho problema, se recurrió al calentamiento y enfriamiento repetido de la roca, lo cual fractura la roca y permitía su excavación.  Para evitar la acumulación de limo en el sistema de irrigación, se construyó un dique en el centro del río, cimentados en unos enormes gaviones hechos de bambú.Además, fueron los primeros constructores de puentes, con características únicas. Algunos de sus puentes más antiguos fueron de suspensión, con cables hechos de fibra de bambú.Aunque sin basarse en teorías científicas, los antiguos constructores chinos empleaban un método que está relacionado con los “drenes de arena”. En sus suelos aluviales blandos hincaban pilotes de madera que extraían, a continuación, por rotación. Los agujeros eran rellenados con cal viva bien compactada. Estos pozos de cal absorbían el agua que los rodeaba, produciendo, de este modo, una consolidación acelerada del suelo, siendo éstos los principios del empleo de las técnicas de mejora del terreno.

 

 

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21 septiembre, 2017
 
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Concepto de puente viga y algo de historia

Puente en cajón postesado sobre el Turia (Quart de Poblet). Proyectado por Javier Manterola y construído por Dragados y Construcciones en 1991.

Una viga constituye una pieza lineal apoyada que resiste fundamentalmente a flexión. Estas estructuras presentan un canto e inercia crecientes con luz, puesto que la flexión es directamente proporcional al cuadrado de la luz. Los puentes viga, por tanto, se basan en secciones de máxima inercia y de mínimo peso (secciones en doble T, cajones, etc.).

Aunque morfológicamente el puente viga puede parecer el sistema más simple y directo de atravesar un río, su mecanismo resistente, la flexión, es más complejo y difícil de intuir que el esfuerzo axil, ya sea de tracción o compresión, predominante en otras tipologías estructurales, como los arcos (ver un post anterior).

Las primeras intuiciones sobre el mecanismo de la flexión en una viga surgen en el Renacimiento con Leonardo da Vinci, aunque fue Galileo el primero que intentó dar una explicación científica al comportamiento de una viga. Sin embargo, fue Coulomb (1736-1806) el primero que propuso las condiciones de equilibrio de las secciones de la viga y Navier (1785-1836) el que resolvió en 1824 completamente el problema basándose en la proporcionalidad de tensiones y deformaciones (ley de Hooke) y en la hipótesis de la conservación de las secciones planas. Continuadores de Navier fueron Saint-Venant y Bresse que hicieron importantes aportaciones a la resistencia de materiales y al cálculo de las estructuras hiperestáticas. Sin embargo, no fue hasta 1954 el año en que Livesley inició el método matricial del cálculo de estructuras empleado hoy masivamente con el empleo de los ordenadores personales.

La modelización para el cálculo de un puente viga puede seguir un análisis como estructura lineal. Sin embargo, el tablero del puente es una superficie, y por tanto, deber estudiarse adecuadamente el efecto del reparto de las cargas. En los puentes oblicuos se requiere incluso un estudio tridimensional de tensiones. Es habitual, por tanto, emplear modelos de cálculo bidimensionales basados en la losa ortótropa (rigidezes distintas en las dos direcciones). Es habitual el empleo del modelo del emparrillado, el de láminas plegadas, el de bandas o de elementos finitos.

En cuanto a las soluciones estructurales, éstas han pasado, según crecía la luz a salvar por el puente, por la losa maciza, la losa aligerada, el tablero de vigas de alma llena, las vigas en celosía o trianguladas y las vigas cajón. Con las triangulaciones se llega a la máxima reducción de material, constituyendo los puentes viga que cubren las luces mayores. Sin embargo, en las vigas cajón se consigue la máxima eficacia resistente por su excelente comportamiento tanto a flexión como a torsión.

Puente viga isostática tipo Howe

Puente viga isostática tipo Howe

Las vigas pueden estar simplemente apoyadas en sus extremos, o bien ser vigas continuas, es decir, apoyadas en varios puntos. Los puentes viga biapoyados constituyen estructuras isostáticas, de cálculo sencillo, que han sido empleados para cubrir pequeñas y medianas luces. Los puentes en viga continua son estructuras hiperestáticas, que permiten reducir considerablemente la flexión de cálculo, debido al cambio de signo de estos esfuerzos en los apoyos y en el centro del vano.

Los puentes continuos presentan ciertas ventajas frente a los simplemente apoyados. Se requiere un menor número de apoyos y de juntas (superficie de rodadura sin interrupciones), los cantos son menores y, asimismo, la deflexión y la vibración son menores. Sin embargo, los asientos diferenciales pueden afectar a la estructura. Otro inconveniente, aunque menor, es la mayor complejidad en el análisis del puente continuo, sin embargo, es una dificultad relativa con los potentes medios de cálculo actuales. Además, en los puentes prefabricados, es habitual un sistema constructivo evolutivo que pasa del isostatismo al hiperestatismo al unir las piezas prefabricadas a una losa de hormigón y además se da una continuidad longitudinal. En estos casos deben contemplarse las redistribuciones de esfuerzos en el tiempo por la fluencia y retracción del hormigón, y si, además, la sección evoluciona, aparecen también redistribuciones internas de tensiones. Estas redistribuciones no son despreciables y deben considerarse en el cálculo en el proyecto y en la construcción.

Una tercera opción lo constituyen las vigas Gerber o en cantilever, que introducen articulaciones en una viga continua con tal de hacerla isostática. En este último caso se suman las ventajas de las vigas continuas (cambio de signo en los momentos) y las vigas biapoyadas (no se ven afectadas por asientos del terreno).

Los puentes viga se han construido con materiales tan diversos como la madera, el acero, el hormigón armado y el hormigón pretensado. Los puentes de vigas en celosía y trianguladas en madera se desarrollaron en el siglo XIX sobre todo en Estados Unidos con la extensión del ferrocarril. Se llegó con vigas Town de madera a luces de 70 m en el puente de Blenheim en 1853. En 1840 Howe patentó la primera viga mixta de madera y hierro, sin embargo pronto se impusieron las vigas puramente metálicas.

Hacia 1830 la producción industrial de hierro comienza a desarrollarse con el ferrocarril, y con ello se recurrió a este nuevo material en forma de vigas trianguladas o de vigas de alma llena. En esta última categoría destaca el puente Britannia, sobre el Menai (Gales), finalizado en 1850 por Stephenson, con dos tramos centrales de 140 m de luz.

La sección de caja original del Puente Britannia, circa 1852.

La sección de caja original del Puente Britannia, circa 1852.

A finales del siglo XIX el acero sustituyó completamente al hierro y, por supuesto, a la fundición. Los puentes viga de acero se impusieron rápidamente por su ligereza. Para luces medias, y por encima de los 75 m, las soluciones metálicas entran en competencia con el hormigón pretensado. La luz de 300 metros del vano central de puente de Niteroi (Río de Janeiro, Brasil) se puede considerar límite en puentes metálicos en viga continua con sección en cajón, porque la solución más adecuada para estas luces es la atirantada. Otras tipologías como los puentes atirantados o los colgantes, quedan fuera de la clasificación de los puentes viga.

Tampoco se entrará en la descripción de los puentes viga de hormigón armado, pues éstos quedan relegados a las pequeñas obras de fábrica (menos de 15 m de luz), estando ampliamente superada su tecnología con el hormigón pretensado para luces mayores. Sin embargo, el puente viga de hormigón armado de mayor luz del mundo es la pasarela de Irvy sobre el Sena (París), con 134,5 m de luz, construida en 1930; su tipología corresponde con una viga triangulada. Para otros post dejamos los aspectos constructivos de estos puentes.

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18 septiembre, 2017
 
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El concepto de puente

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

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

Los puentes pueden considerarse como una de las construcciones cuyos orígenes se pierden en los albores del tiempo. Son las obras civiles por excelencia. Sin embargo, son mucho más que simples construcciones, en palabras de Juan José Arenas, “un puente ha sido, y es, sin género de dudas, un elemento indispensable para el desarrollo de la civilización y de la cultura”.

Los puentes a lo largo de la historia han identificado paisajes y se han erigido en articuladores del espacio. Javier Manterola  recuerda que “el puente es un elemento del camino”, por tanto, no puede entenderse sin él, pero tampoco sin el obstáculo. Es el paradigma del esfuerzo de la razón en su pretensión de superar todo tipo de dificultad y contratiempo. Para Miguel Aguilólos puentes … expresan la superación de un obstáculo, de una incomunicación, de una situación comprometida”. Es el afán sempiterno por vencer los límites que amordazan la voluntad humana.

El puente es la metáfora perfecta de la unión entre las partes, de la comunicación, del intercambio y del progreso. También significa el paso o tránsito hacia el otro lado, hacia lo desconocido, con toda la carga de magia y misterio que lo rodea. Es la victoria de la razón sobre las fuerzas de la Naturaleza, aunque para otros es fruto de la intervención del maligno. Fernández-Troyano  nos recuerda que la magia consiste en “sostener el camino en el aire”, dejándolo flotar contra todo pronóstico, sorteando el orden establecido.

Es un símbolo de poder para quien lo controla y un paso hacia la inmortalidad para quien lo construye. Para otros es propaganda, una “golosina visual”, una marca o un reclamo turístico. Sin embargo, para los ingenieros, un puente puede ser la más bella obra que la razón ha regalado a los humanos. Aprender a ver un puente, por tanto, va más allá de la simple contemplación; consiste en descubrir su verdad interna, aquello que el autor ha querido expresar y que, en esencia, es la posibilidad de crear una estructura sólida, bella y funcional, como diría Vitruvio.

Puente della Trinitá en Florencia.  Imagen: © V. Yepes

Para José Antonio Fernández-Ordoñez el paradigma vitruviano queda limitado en nuestra búsqueda de entender el lenguaje del puente, incluso si se añaden las componentes constructivas y económicas. En efecto, tal y como nos refiere él mismo, le “interesan especialmente otros tres aspectos menos tratados, pero no menos importantes, como son el estético, el histórico y el de integración con su entorno, es decir la naturaleza”.

Un puente es una obra de arte que, más allá de su arquitectura, presenta una dialéctica tensional que, bien entendida e interpretada, permite escucharla como una composición 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 creó. Un puente crea, por tanto, otra dialéctica, la visual con el paisaje, creando o destruyendo el lugar, lo cual implica que el puente debe ser algo singular, creado “ad hoc”, que no sirve para cualquier sitio o circunstancia, y que debe ser fruto de la sociedad que lo ha visto nacer. Santiago Hernández (2009:11) expresa claramente esta idea cuando habla del “alma de los puentes”, es decir, “de 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 más que un libro, más que una película, más que un relato, más que una herramienta… el puente nos permite vivir una ‘experiencia’ que nos une a su origen, su pasado, su presente y su futuro”.

El protagonista, por tanto, es ese lenguaje dialéctico, 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 Aguiló  ya nos previene de estos peligros: “… lo puramente funcional va siempre acompañado de intenciones simbólicas, de emulación, de prestigio o de ostentación, y son precisamente estas finalidades no explícitas en la función las que fomentan o impulsan la desproporción”. Es quizás en este contexto cuando ciertas reflexiones de Florentino Regalado pueden adquirir mayor brillo: “una reflexión meticulosa, la reflexión y el sentido común, y unas ciertas dosis de humidad, se echan a faltar en lo que se proyecta y construye”.

Quizá Steinman y Watson fueron capaces de sintetizar lo que el puente significa para aquellos que los amamos profundamente, “porque un puente es algo más que una cosa de acero y piedra: es la concreción del esfuerzo de cabezas, corazones y manos humanas. Un puente es más que una suma de deformaciones y tensiones: es una expresión del impulso de los hombres -un desafío y una oportunidad de crear belleza-. Un puente es el símbolo 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 género humano”.

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