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Valoración social del ciclo de vida de un puente en un ambiente agresivo

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer decil del JCR), de la editorial ELSEVIER, en el que se realiza una valoración del impacto social a lo largo del ciclo de vida de un puente de hormigón sometido a un ambiente costero, donde los clorhídricos suponen una agresión que supone un mantenimiento de la infraestructura.

En el trabajo se analizan 15 alternativas diferentes durante el mantenimiento en relación con los impactos sociales. Los resultados indican que el uso de acero inoxidable en las armaduras y la adición de humo de sílice son preferibles a otras alternativas convencionales. Os dejo a continuación el resumen y las conclusiones.

Además, la editorial ELSEVIER nos permite la distribución gratuita del artículo hasta el 11 de julio de 2018. Por tanto, os paso el enlace para que os podáis descargar este artículo: https://authors.elsevier.com/a/1X5QpiZ5swxFZ

Referencia:

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Social life cycle assessment of concrete bridge decks exposed to aggressive environments. Environmental Impact Assessment Review, 72:50-63. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2018.05.003

Abstract:

Sustainable design of structures includes environmental and economic aspects; social aspects throughout the life cycle of the structure, however, are not always adequately assessed. This study evaluates the social contribution of a concrete bridge deck. The social performance of the different design alternatives is estimated taking into account the impacts derived from both the construction and the maintenance phases of the infrastructure under conditions of uncertainty. Uncertain inputs related to social context are treated through Beta-PERT distributions. Maintenance needs for the different materials are estimated by means of a reliability based durability evaluation. Results show that social impacts resulting from the service life of bridges are not to be neglected in sustainability assessments of such structures. Designs that minimize maintenance operations throughout the service life, such as using stainless steel rebars or silica fume containing concretes, are socially preferable to conventional designs. The results can complement economic and environmental sustainability assessments of bridge structures.

Keywords:

Social life cycle assessmentChloride corrosionPreventive measuresGuidelinesConcrete bridgeSustainable design

Highlights:

  • Social Life Cycle Assessment of different design strategies for bridge decks in marine environments.
  • 15 design alternatives were studied and compared according to the Guidelines methodology.
  • Less maintenance results in better social performance.
  • Impacts during maintenance phase are main contributors to social performance
  • Stainless steel and the addition of silica fume are socially preferable to conventional designs.

 

 

 

Cimbra porticada en la construcción de puentes

Cimbra porticada. Imagen V. Yepes (1991)

La cimbra diáfana o porticada, se usa cuando se hace necesario ejecutar una cimbra de un paso superior sobre un obstáculo, no siendo posible el uso de una cimbra cuajada. Como su nombre indica, está formada por pórticos, que concentran y transmiten  las cargas al terreno. Las estructuras a cimbrar suelen ser arcos, acueductos y viaductos.

La cimbra porticada se utiliza en los siguientes casos:

  • Cuando la estructuras a cimbras se encuentra a una altura superior a 16 metros con respecto a la superficie de apoyo de la cimbra, con lo que se tendría demasiados elementos que montar, con el consiguiente coste de dinero y tiempo de montaje.
  • Cuando la superficie de apoyo no tiene la suficiente capacidad, y es necesario concentrar las cargas en zonas de apoyo predeterminadas que estén en buenas condiciones portantes.
  • Cuando existan servidumbres a respetar en la zona de instalación de la cimbra, y haya que sortearlas.
  • Cuando es necesario permitir el paso de tráfico preexistente, o también el tráfico propio de la obra.
  • Cuando existan accidentes orográficos (ríos, rías, vaguadas, arroyos, zonas escarpadas…)
  • Cuando la estructura tiene un número múltiple de vanos, que hacen posible la reutilización de los módulos de cimbra mediante cambio, ripado, etc…

Cimbra porticada. Imagen: V. Yepes (1992)

Estas cimbras permiten salvar luces de 6 a 16 m con unos soportes que trasladan la carga al terreno. Estos soportes permiten cargas de 120 a 450 kN, aunque en algunos casos especiales pueden llegar a soportar 2000 kN. Estas cimbras se componen de pilas y vigas articuladas, con sección triangular o cuadrangular. Se utilizan elementos de acero de alta resistencia desmontables. Los pilares se ensamblan con módulos planos formados por tubos de perfil circular. De esta forma, el pilar se forma con acoplamiento de elementos planos unitarios, formando módulos entre 0,75 y 2,50 m. Además, su altura se regula en sus extremos mediante husillos roscados. Las vigas se montan con módulos de perfiles tubulares ensamblados mediante bulones. Además de vigas articuladas, se pueden utilizar jácenas, donde se añade un atirantado a las vigas para aumentar el canto resistente.

La cimbra es una estructura provisional que requiere su propio proyecto y cálculo, con una especial atención a las hipótesis de carga, a su cimentación y los detalles de diseño y montaje. No son extraños los accidentes, especialmente con las cimbras diáfanas, al carecer de un proyecto adecuado. Dicho proyecto y las operaciones de montaje y desmontaje de estos elementos suele depender de una empresa especializada. Se debe exigir que la cimbra sea estable, especialmente a pandeo, y que las deformaciones previstas se compensen con las contraflechas necesarias.

Os paso a continuación un vídeo donde podéis ver este tipo de cimbra utilizada en la construcción de puentes.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

 

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

11 mayo, 2018
 
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Elementos de una cimbra autolanzable

Figura 1. Autocimbra bajo tablero. https://civilengineer-online.com

En este post vamos a describir los elementos que constituyen una autocimbra, la función de cada elemento dentro del sistema y analizaremos las conexiones entre cada uno de dichos elementos. Remitimos al lector a otros posts anteriores donde se clasificaba este medio auxiliar de construcción de puentes y se comparaba respecto a otros procedimientos constructivos.

Vigas longitudinales

Son las estructuras longitudinales que conforman la autocimbra (Figura 1). Sirven para apoyar (autocimbras bajo tablero) o suspender (autocimbras sobre tablero) el encofrado de un vano. Normalmente están conformadas por vigas en celosía metálicas, aunque también pueden ser vigas de alma llena con luces de mayor dimensión. Al tratarse de una estructura móvil, se hace necesario examinar con mucho detenimiento las posiciones más críticas de cada elemento.

Vigas transversales y encofrado del tablero

El encofrado se soporta por una estructura de vigas transversales, que a su vez, se apoya sobre la estructura longitudinal. Uno de los puntos a tener en cuenta es el paso de estas vigas transversales a través de las pilas del puente. El encofrado exterior sirve de soporte y molde a la superficie exterior del tablero de hormigón. Este encofrado debe disponer de juego en las juntas para absorber ligeras modificaciones geométricas. Este encofrado, por razones económicas, debe soportar más de 12 puestas, aunque en algunos casos se llega a más de 50. En el caso de secciones en cajón, existe un encofrado interior. En este caso, el hormigonado puede realizarse en una o dos fases. Si se realiza en una fase, el encofrado debe replegarse o transportarse para salvar el paso del diafragma de la pila. Si se hormigona en dos fases, se debe retirar este encofrado interior por medios de elevación.

Figura 2. Paso de autocimbra sobre tablero por pila. www.alpisea.com

Apoyos en las pilas y en el tablero

La estructura longitudinal de la autocimbra descansa sobre apoyos a ménsulas colocados en las pilas del puente. En las cimbras autolanzables bajo tablero el apoyo sobre la pila delantera se realiza sobre ménsulas (Figura 1), aunque también podría utilizarse torres auxiliares (Figura 3). En el caso de autocimbra sobre tablero, el apoyo sobre la pila delantera se realiza sobre una estructura metálica. El apoyo trasero de la autocimbra sobre tablero se realiza sobre el voladizo del tablero ya construido o bien sobre la pila. El apoyo trasero de la autocimbra bajo tablero se realiza mediante una viga de cuelgue.

Figura 3. Apoyo delantero de la viga longitudinal de autocimbra sobre tablero. www.crsic.cn

Sistemas hidráulicos, mecánicos y eléctricos

Estos sistemas permiten realizar los distintos movimientos de la autocimbra: longitudinal para avanzar de un vano a otro, vertical para la puesta a cota y descimbrado, y transversal y/o abatimiento de encofrado para permitir el paso de éste por la pila delantera.

A continuación se muestra un esquema general de elementos, tanto para una cimbra bajo tablero (Figura 4) como sobre tablero (Figura 5).

Figura 4: Esquema general de elementos para una autocimbra bajo tablero. www.avensi.es/

 

Figura 5: Esquema general de elementos para una autocimbra sobre tablero. www.avensi.es/

Todo lo que os he descrito en el post os lo cuento en el siguiente Polimedia, que espero os guste.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

 

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

10 mayo, 2018
 
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Optimización de la energía necesaria para construir puentes losa postesados

Acaban de publicarnos en la revista Technologies un artículo que aplica el algoritmo de recocido simulado a la optimización del coste y de la energía empleada en un puente losa postesado con tablero aligerado. Se resuelve un problema complejo de optimización de 33 variables de diseño. Como resultados interesantes cabe señalar que, en ocasiones, las soluciones de menor coste no son necesariamente las que menos energía consumen. El artículo se ha publicado en abierto y se puede descargar en la web. Aquí tenéis la referencia y el artículo completo.

 

Referencia:

ALCALÁ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Embodied energy optimization of prestressed concrete slab bridge decks. Technologies, 6(2):43. doi:10.3390/technologies6020043 (link)

Descargar (PDF, 1.88MB)

Clases de diseño de cimbras según la norma UNE-EN 12812

By СТАЛФОРМ Инжиниринг [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons

La norma UNE-EN 12812:2008 define los requisitos de comportamiento y diseño general de las cimbras.

Esta norma no solo recoge las acciones típicas a considerar en los cálculos, sino que además cataloga y diferencia dos tipos de cimbra, las denominadas como clase A y clase B.

 

 

 

 

 

Clase de diseño A: es aquella cimbra cuya estabilidad está avalada por la experiencia y buenas prácticas ya establecidas y que se puede considerar que satisface los requisitos de diseño. Son cimbras de utilización estándar y con limitaciones de altura y cargas. Las más habituales son puntales para forjados de edificación y las torres cuajadas en puentes. El proyecto de la cimbra debe incluir una copia de los ensayos y cálculos realizados por el proyectista del material estándar con las limitaciones de uso y montaje que deben respetarse. Esta documentación deberá estar firmada por el suministrador del material y por el laboratorio que haya realizado el ensayo. Estos montajes requieren un análisis simplificado basado en los materiales de los elementos que conforman la cimbra (puntales, bases, cabezales de cimbra y arriostramientos). Su utilización se basa normalmente en la aplicación de tablas de uso y manuales de uso generales y no suelen requerir de cálculos ni ensayos específicos. Habitualmente sólo entran dentro de esta clasificación los apeos con puntal. Según la norma, la clase A se puede adoptar solo cuando:

  1. las losas tengan un área de sección transversal inferior a 0,3 m2 por metro de anchura de losa
  2. las vigas tengan un área de sección transversal inferior a 0,5 m2
  3. la luz libre de las vigas y las losas no supere los 6,0 m
  4. la altura de la estructura permanente en la cara inferior no supere los 3,5 m

Clase de diseño B: la estabilidad y el diseño se deben estudiar de acuerdo con los Eurocódigos (EN 1990, EN 1991 hasta EN 1999) y con los apartados de la UNE-EN 12812, debido a que se debe realizar un diseño estructural completo.  Por tanto, se deben comprobar los estados límites últimos y de servicio, así como las uniones y detalles. Además, se deben incluir planos que determinen la cimbra en planta para poder realizar el replanteo, los alzados y las secciones, así como los detalles importantes. Dentro de esta clase se incluyen todas las cimbras realizadas con material a medida y todas aquellas de material estándar pero con usos que se salen de sus condiciones de utilización. La clase B2 permite un cálculo más simplificado que la clase B1 para determinar la distribución de la carga, basado en las áreas de influencia que recoge cada vertical o montante de la cimbra. Este cálculo simplificado alcanza el mismo nivel de seguridad. En la clase B1 se supone que el montaje se lleva a cabo con un nivel de destreza apropiado para la construcción permanente (ver normas EN 1090-2 y EN 1090-3 para estructuras metálicas).

Fuera de estas dos clases de diseño, mencionaremos las cimbras especiales, destinadas a la construcción de grandes estructuras (cimbras autolanzables, lanzadores de vigas y dovelas o carros de voladizos sucesivos). se caracterizan por ser cimbras-máquina, es decir, con movimiento, por lo que se precisa de un cálculo muy detallado en todas las posiciones de trabajo.

By STALFORM Engineering [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

 

21 abril, 2018
 
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Revisión de los procedimientos de optimización heurística de las estructuras

Figura 1. Diseño tradicional de estructuras por prueba y error (Yepes, 2017)

El diseño de las estructuras se ha basado fundamentalmente en la experiencia del ingeniero proyectista. La topografía y las condiciones de tráfico, entre otros, determinan el diseño de un puente. A partir de ahí, las dimensiones de la sección transversal, el tipo de hormigón y la disposición general de las armaduras se definen atendiendo a la experiencia profesional y a las recomendaciones y criterios de diseño (Figura 1). A continuación, se ajustan el resto de variables, tras comprobar el cumplimiento de los estados límite último y de servicio. Si el proyectista quiere mejorar el diseño propuesto, normalmente se realiza un proceso de prueba y error, de forma que tras varios tanteos, se intenta reducir el consumo de materiales, y por tanto, el coste de la estructura. Frente a este planteamiento, los métodos heurísticos emplean técnicas basadas en la inteligencia artificial para seleccionar un diseño, analizar la estructura, controlar las restricciones y rediseñar la estructura modificando las variables hasta conseguir optimizar la función objetivo.

Cohn y Dinovitzer (1994) revisaron la investigación realizada en su momento en relación con la optimización de las estructuras y señalaron la brecha existente entre los estudios teóricos y la aplicación en problemas estructurales reales. Sarma y Adeli (1998) analizaron años más tarde los estudios relacionados con la optimización matemática de las estructuras, complementada más recientemente por Hare et al. (2013) que estudiaron la aplicación de los algoritmos heurísticos en la optimización estructural. Los algoritmos heurísticos difieren en cuanto a planteamiento y aplicabilidad de los métodos matemáticos exactos. De hecho, la optimización heurística resulta muy efectiva pues, aunque no garantiza la obtención del óptimo global del problema, proporciona soluciones casi óptimas en tiempos de cálculo razonables. Esta ventaja cobra importancia en la optimización de estructuras reales, donde el número de variables crece extraordinariamente de forma que desborda el tiempo de cálculo de los métodos exactos de optimización. Además, la programación matemática requiere el cálculo de gradientes de las restricciones, mientras que la optimización heurística incorpora las restricciones de diseño de una manera directa (Lagaros et al., 2006).

Las técnicas metaheurísticas utilizan estrategias de búsqueda para localizar óptimos locales en grandes espacios de soluciones de forma efectiva. Un ejemplo de ello son los Algoritmos Genéticos (Genetic Algorithms, GAs), que son procedimientos de búsqueda poblacionales inspirados en la evolución natural (Holland, 1975). Así, los GAs generan soluciones de alta calidad a través del cruce genético con otros individuos de una población y la mutación de algunas de sus características a lo largo de generaciones. Los padres suelen seleccionarse atendiendo a su aptitud (Coello, 1994) y los hijos mantienen ciertas características de sus padres. En cada generación sobreviven los hijos con mayores aptitudes. Además, para evitar la convergencia prematura del algoritmo, se utiliza un operador de mutación, al igual que ocurre en la Naturaleza, que cambia aleatoriamente de vez en cuando alguna de las características de las nuevas soluciones. Una variante a esta técnica son los Algoritmos Meméticos (Moscato, 1989), donde cada individuo de la nueva generación se mejora mediante una búsqueda local con el objetivo de mejorar los genes para que los padres obtengan mejores resultados en las siguientes generaciones. Esta técnica, por tanto, aplica los GAs a poblaciones de óptimos locales.

La inteligencia de enjambre (swarm intelligence) es una metaheurística poblacional empleada en los problemas de optimizacón. Estos algoritmos imitan el comportamiento colectivo de los sistemas descentralizados y auto-organizados, tales como algunas colonias de insectos, basándose en la interacción entre los vecinos, pero que siguen un patrón global. Los algoritmos de enjambre difieren en filosofía de los algoritmos genéticos porque utilizan la cooperación en lugar de la competencia (Dutta et al., 2011). Entre los algoritmos pertenecientes a este grupo, basados en el comportamiento biológico, destaca la optimización de colonias de hormigas (Ant Colony Optimization, ACO), la optimización de enjambre de partículas (Particle Swarm Optimization, PSO), las colonias de abejas artificiales (Artificial Bee Colony, ABC), la optimización en enjambres de luciérnagas (Glowworm Swarm Optimization, GSO), entre otros. ACO basa su estrategia en el comportamiento de las hormigas, que dejan un rastro de feromonas para encontrar alimento de forma efectiva (Colorni et al., 1991); PSO simula un sistema social simplificado (Kennedy y Eberhart, 1995); ABC imita el comportamiento alimentario forrajero de las abejas (Karaboga y Basturk, 2008); GSO imita un movimiento de las luciérnagas hacia los vecinos más brillantes (Krishnanand y Ghose, 2009).

Las metaheurísticas poblacionales presentan una amplia capacidad de búsqueda en paralelo y una fuerte robustez. Sin embargo, para mejorar la intensificación de la búsqueda, estos algoritmos suelen combinarse con otras heurísticas de búsqueda local. Esta hibridación consigue explotar la diversificación en la búsqueda poblacional con la intensificación de la búsqueda local. Luo y Zhang (2011) comprobaron que el algoritmo híbrido presenta una convergencia más rápida, una mayor precisión y es más efectivo en la optimización de problemas ingenieriles. Blum et al. (2011) estudiaron las ventajas de la hibridación de las metaheurísticas en el caso de la optimización combinatoria.

El recocido simulado (Simulated Annealing, SA), propuesto por Kirkpatrick et al. (1983), constituye uno de los algoritmos utilizados en la optimización estructural. Este algoritmo se basa en el fenómeno físico del proceso de recocido de los metales. La energía de un sistema termodinámico se compara con la función de coste evaluada para una solución de un problema de optimización combinatoria. En ambos casos se trata de evolucionar de un estado a otro de menor energía o coste. El acceso de un estado metaestable a otro se alcanza introduciendo “ruido” con un parámetro de control al que se denomina temperatura. Su reducción adecuada permite, con una elevada probabilidad, que un sistema termodinámico adquiera un mínimo global de energía. SA presenta la ventaja de admitir soluciones de peor calidad al principio de la búsqueda, lo cual permite eludir óptimos locales de baja calidad. La aceptación por umbrales (Threshold Accepting, TA), propuesto por Dueck y Scheuer (1990), tolera también opciones de peor calidad para eludir los óptimos locales. La diferencia entre SA y TA es que el criterio de aceptación de una solución peor es probabilista en el primer caso y determinista en el segundo. Los algoritmos genéticos se han hibridado con el recocido simulado en el diseño óptimo de puentes prefabricados de hormigón pretensado (Martí et al., 2013; Martí et al., 2016) y vigas en I de hormigón armado (RC) (Yepes et al., 2015a). Otras estrategias de hibridación también han demostrado su eficiencia con PSO (Shieh et al., 2011, Valdez et al., 2011, Wang et al., 2013) y ACO (Behnamian et al, 2009, Chen et al., 2012).

Qu et al. (2011) señalaron la lentitud en la convergencia de los algoritmos GSO; del mismo modo Zhang et al. (2010) apuntaron ciertas deficiencias de estos algoritmos en la búsqueda del óptimo global. Es por ello que se ha hibridado SA con GSO (García-Segura et al., 2014c, Yepes et al., 2015b) para combinar la diversificación de la búsqueda de GSO con la intensificación de la búsqueda de SA para encontrar de forma efectiva un óptimo de elevada calidad. García-Segura et al. (2014c) mostraron cómo un algoritmo híbrido de optimización de enjambre de luciérnagas (SAGSO) obtuvo resultados considerablemente mejores en cuanto a calidad y tiempo de cálculo. SAGSO superó al GSO en términos de eficiencia, precisión y convergencia. Sin embargo, se requiere una buena calibración para garantizar soluciones de alta calidad con un tiempo de cómputo corto.

La búsqueda de la armonía (Harmony Search, HS) constituye una heurística propuesta por Geem et al. (2001) inspirada en el jazz, donde se trata de armonizar u construir sucesiones de acordes razonables. Las notas, los instrumentos y la mejor armonía representan los valores, las variables y el óptimo global. Alberdi y Khandelwal (2015) compararon ACO, GA, HS, PSO, SA y TS en la optimización del diseño de marcos de acero, comprobando que los mejores resultados se obtenían con HS. La búsqueda de la armonía se ha utilizado para optimizar columnas rectangulares de hormigón armado (de Medeiros y Kripka, 2014), forjados compuestos (Kaveh y Shakouri Mahmud Abadi, 2010) y pórticos planos de hormigón armado (Akin y Saka, 2015). Alia y Mandava (2011) recogieron en su trabajo las variantes utilizadas para hibridar con HS. García-Segura et al. (2015) emplearon un algoritmo de búsqueda de la armonía hibridada con la aceptación por umbrales para encontrar diseños óptimos sostenibles de puentes peatonales de hormigón postesado.

La optimización de los puentes atrajo la atención de los ingenieros a partir de la década de los años 70, incluyendo los puentes viga de acero, (Wills, 1973), el refuerzo de los puentes losa (Barr et al., 1989), los puentes viga de hormigón pretensado (Aguilar et al., 1973, Lounis y Cohn, 1993), y los puentes en cajón postesados construidos “in situ” (Bond, 1975; Yu et al., 1986). Desde la aparición de la inteligencia artificial, se ha puesto mayor énfasis en el uso de técnicas de optimización heurística para optimizar las estructuras. Srinivas y Ramanjaneyulu (2007) usaron redes neuronales artificiales y algoritmos genéticos para optimizar el coste de un puente de vigas en T. Rana et al. (2013) propusieron una optimización evolutiva para minimizar el coste de una estructura de puente continuo de hormigón pretensado de dos tramos. Martí et al. (2013) implementaron un algoritmo de recocido simulado híbrido para encontrar las soluciones más económicas de puentes prefabricados de hormigón pretensado de vigas artes. El uso de refuerzos de fibra de acero en ese tipo de puente se estudió posteriormente con algoritmos meméticos (Martí et al., 2015). Se propusieron algoritmos genéticos para optimizar las cubiertas poliméricas reforzadas con fibras híbridas y los puentes atirantados (Cai y Aref, 2015).

También se han optimizado otro tipo de estructuras con algoritmos heurísticos, como los forjados prefabricados (de Albuquerque et al., 2012), columnas de hormigón armado (Park et al., 2013; Nigdeli et al., 2015), columnas de acero (Kripka y Chamberlain Pravia, 2013), marcos espaciales de acero (Degertekin et al., 2008), marcos de hormigón armado (Camp y Huq, 2013), pórticos de hormigón armado (Payá-Zaforteza et al., 2010), vigas en I de hormigón armado (García-Segura et al., 2014c; Yepes et al., 2015a), pórticos de carreteras (Perea et al., 2008), pilas altas de viaductos (Martínez et al., 2011; 2013), muros de contención (Gandomi et al., 2015; Pei y Xia, 2012; Yepes et al., 2008, 2012; Molina-Moreno et al., 2017a), zapatas de hormigón armado (Camp y Assadollahi, 2013; Camp y Huq, 2013), bóvedas de pasos inferiores en carreteras (Carbonell et al., 2011) y estribos de puentes (Luz et al., 2015).

Referencias:

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16 abril, 2018
 
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La perspectiva del ciclo de vida de los puentes

Fotografía: Xosé Manuel López Gallego

La sostenibilidad en el ámbito de la construcción constituye una línea de trabajo importante en este momento (Yepes et al., 2016; Torres-Machí et al., 2017; Zastrow et al., 2017). Los puentes se proyectan para ser funcionales durante muchos años, por lo que deben considerarse todos los aspectos relacionados con su ciclo de vida: proyecto, construcción, operación y desmantelamiento. Es por ello que la inversión debe contemplar el deterioro del puente y su mantenimiento para mantener la estructura en buenas condiciones el máximo tiempo posible. Una revisión reciente de la aplicación de los métodos de decisión multicriterio a los puentes puede consultarse en el trabajo de Penadés-Plà et al. (2016).

Sarma y Adeli (1998) revisaron los estudios realizados sobre la optimización de estructuras de hormigón y detectaron cierta carencia en cuanto a la investigación en el ámbito de la optimización de las estructuras que considere el coste de todo el ciclo de vida, y no solo el coste inicial de su construcción. Frangopol y Kim (2011) también reivindicaron la importancia de extender la vida útil de las estructuras, pues muchas de ellas empiezan a mostrar señales significativas de deterioro antes de lo esperado. Para prolongar la vida de las estructuras deterioradas, se pueden aplicar medidas de mantenimiento que retrasen la propagación de los daños, o bien reducir el grado de dicho daño (Kim et al., 2013). Frangopol y Soliman (2016) describieron las acciones necesarias para la planificación eficaz del mantenimiento para maximizar las prestaciones de la estructura durante el ciclo de vida bajo restricciones presupuestarias. García-Segura et al. (2017) han optimizado las labores de mantenimiento de puentes pretensados desde el punto de vista de sostenibilidad económica, social y ambiental partiendo de diseños optimizados con múltiples objetivos (económico, durabilidad y seguridad).

El mantenimiento de los elementos de los puentes de grandes luces situados en zonas costeras deteriorados por corrosión representa la mayor parte del coste del ciclo de vida de estas estructuras (Cheung et al., 2009). Kendall et al. (2008) propusieron un modelo que integraba el análisis del ciclo de vida y los costes asociados desde la perspectiva de la sostenibilidad. Lee et al., (2006) evaluaron la fiabilidad de un puente cuando la corrosión y el tráfico de camiones pesados afectan a la estructura. Propusieron una metodología realista de los costes a lo largo del ciclo de vida, incluyendo los costes iniciales, los de mantenimiento, los esperados en la rehabilitación, las pérdidas por accidentes, los costes del usuario de la carretera y las pérdidas socioeconómicas indirectas. Penadés-Plà et al. (2017, 2018) han estudiado el ciclo de vida de puentes de sección en cajón y puentes de vigas artesa. Navarro et al. (2018) han analizado en un trabajo reciente el coste del ciclo de vida de las estrategias de mantenimiento en puentes pretensados expuestos al ataque de clorhídricos.

Neves y Frangopol (2005) indicaron cómo la evaluación de la seguridad de una estructura constituye un indicador básico para medir su rendimiento, pues el estado de la estructura no es un indicador preciso para evaluar la seguridad y la funcionalidad de un puente. Liu y Frangopol (2005) estudiaron la mejor planificación del mantenimiento de un puente durante su ciclo de vida mediante una optimización multiobjetivo de la vida útil, el nivel de seguridad y el coste del mantenimiento. Como se puede ver, los objetivos de rendimiento estructural y de economía se han añadido a los aspectos sociales y ambientales de las acciones de mantenimiento de las estructuras (Dong et al., 2013; Sierra et al., 2016; García-Segura et al., 2017).

Referencias:

Cheung, M. M.; Zhao, J.; Chan, Y. B. (2009). Service life prediction of RC bridge structures exposed to chloride environments. Journal of Bridge Engineering, 14(3), 164–178.

Dong, Y.; Frangopol, D.M.; Saydam, D. (2013). Time-variant sustainability assessment of seismically vulnerable bridges subjected to multiple hazards. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 42(10), 1451–1467.

Frangopol, D.M.; Kim, S. (2011). Service life, reliability and maintenance of civil structures. In L. S. Lee; V. Karbari (Eds.), Service Life Estimation and Extension of Civil Engineering Structures (pp. 145–178). Elsevier.

Frangopol, D.M.; Soliman, M. (2016). Life-cycle of structural systems: recent achievements and future directions. Structure and Infrastructure Engineering, 12(1), 1–20.

García-Segura, T.;  Yepes, V.; Frangopol, D.M.; Yang, D.Y. (2017). Lifetime Reliability-Based Optimization of Post-Tensioned Box-Girder Bridges. Engineering Structures, 145:381-391.

Kendall, A.; Keoleian, G.A.; Helfand, G. E. (2008). Integrated life-cycle assessment and life-cycle cost analysis model for concrete bridge deck applications. Journal of Infrastructure Systems, 14(3), 214–222.

Kim, S.; Frangopol, D.M.; Soliman, M. (2013). Generalized probabilistic framework for optimum inspection and maintenance planning. Journal of Structural Engineering, 139(3), 435–447.

Lee, K.M.; Cho, H.N.; Cha, C.J. (2006). Life-cycle cost-effective optimum design of steel bridges considering environmental stressors. Engineering Structures, 28(9), 1252–1265.

Liu, M.; Frangopol, D. M. (2005). Multiobjective maintenance planning optimization for deteriorating bridges considering condition, safety, and life-cycle cost. Journal of Structural Engineering, 131(5), 833–842.

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.

Neves, L.C.; Frangopol, D.M. (2005). Condition, safety and cost profiles for deteriorating structures with emphasis on bridges. Reliability Engineering & System Safety, 89(2), 185–198.

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.

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.

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.

Sarma, K.C.; Adeli, H. (1998). Cost optimization of concrete structures. Journal of Structural Engineering, 124(5), 570–578.

Sierra, L.A.; Pellicer, E.; Yepes, V. (2016). Social sustainability in the life cycle of Chilean public infrastructure. Journal of Construction Engineering and Management ASCE, 142(5):  05015020.

Torres-Machí, C.; Pellicer, E.; Yepes, V.; Chamorro, A. (2017). Towards a sustainable optimization of pavement maintenance programs under budgetary restrictions. Journal of Cleaner Production, 148:90-102.

Yepes, V.; Torres-Machí, C.; Chamorro, A.; Pellicer, E. (2016). Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm. Journal of Civil Engineering and Management, 22(4):540-550.

Zastrow, P.; Molina-Moreno, F.; García-Segura, T.; Martí, J.V.; Yepes, V. (2017). Life cycle assessment of cost-optimized buttress earth-retaining walls: a parametric study. Journal of Cleaner Production, 140:1037-1048.

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Construcción de puentes mediante autocimbra bajo tablero

Viaductos en la nueva autovía de Mascara (Argelia). Imagen: A. Azorín

La cimbra autolanzable bajo tablero constituye, hoy en día, el proceso constructivo de autocimbra más habitual. Entre sus ventajas se encuentra la facilidad a la hora de variar el peralte o adaptarse a acuerdos verticales y curvas en planta; además, se libera la parte superior, lo que permite la introducción de ferralla prefabricada y el resto de materiales. Alguno de sus inconvenientes pasan por necesitar cierta altura libre mínima (7-12 m) bajo cabeza de pilas y que son más deformables que las cimbras autolanzables sobre tablero.

Os dejo a continuación un pequeño vídeo explicativo de este tipo de procedimiento constructivo. Espero que os sea de interés.

En el siguiente vídeo de Mecanotubo se puede ver, con todo detalle, una animación en 3D que describe con claridad el procedimiento.

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

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

 

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12 marzo, 2018
 
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Construcción de puentes mediante cimbra autolanzable sobre tablero

A.T. AVE NORTE-NOROESTE: NUDO VENTA BAÑOS 01. http://www.ar2v.com

Las cimbras autolanzables, también llamadas autocimbras o cimbras de avance, se utilizan para el hormigonado de tableros de puentes o viaductos vano a vano. Son capaces de trasladarse a lo largo del puente por sus propios medios (“cimbras-máquina”). En el caso de las cimbras autolanzables sobre tablero, se solucionan algunos problemas como los gálibos estrictos o la posibilidad de utilizar la cimbra como carril de rodadura de un pórtico grúa que lleve los materiales y medios auxiliares. Sin embargo es una estructura más pesada y compleja, de mayor coste y dificultad de montaje y maniobra, por lo que no es tan habitual su uso como en el caso de autocimbras bajo tablero.

A continuación os dejo un Polimedia explicativo sobre este medio auxiliar, que espero que os sea de interés.

Referencias:

SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

6 marzo, 2018
 
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Construcción de puentes mediante lanzador de vigas

http://www.mexpresa.com

Cuando no es posible el uso de grúas, se puede recurrir a los lanzadores de vigas, vigas de lanzamiento o cimbras autolanzables. Se trata de un procedimiento excepcional debido a su compleja puesta en obra y a su baja productividad. Se emplean si el ritmo de llegada de las vigas a obra es pequeño, por ejemplo un par de vigas al día. Las vigas de lanzamiento requieren personal especializado en su manejo y montaje debido a que los movimientos son complejos y los esfuerzos generados pueden comprometer la estabilidad del conjunto. Estos problemas se complican cuando la rasante vertical del puente presenta acuerdos de radios menores a 12000 m, en cuyo caso la viga se apoya en tres puntos, con sus consiguientes esfuerzos hiperestáticos.

Lanzador de vanos completos. http://www.weiku.com

Las vigas de lanzamiento cubren luces entre 35 y 75 m, con pesos entre 600 kN y 4500 kN y pendientes máximas para el lanzamiento del 5%. Constan de dos vigas reticuladas unidas en sus extremidades sobre las que rueda el tren de los cabrestantes, compuesto por dos carros para elevar la viga a lanzar y un tercero para el desplazamiento longitudinal de la viga y el armazón. Las vigas prefabricadas se transportan desde el acopio al lanzador mediante carros elefante. Téngase en cuenta que los carros pueden moverse a velocidades de 5 km/h mientras que el lanzador solo alcanza los 3 m/minuto.

Os paso a continuación una pequeña presentación que he preparado para explicar este procedimiento constructivo de puentes. También os paso algún vídeo más al respecto que espero os resulten interesantes.

 

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27 febrero, 2018
 
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