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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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.

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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Proceso de construcción del viaducto de Lanjarón

Lanzamiento del Puente de Lanjarón. Torroja Ingeniería

Os paso una animación realizada por José Antonio Agudelo que muestra el proceso constructivo del Viaducto de Lanjarón en Granada, España. Se trata de un puente mixto, proyectado por Torroja Ingeniería, siendo un arco atirantado por su propio tablero que sólo transmite reacciones verticales al terreno.

Los datos más interesantes del puente son: 112,6 m de luz y 15 m de altura. En las referencias os dejo un artículo de Mario García González que explica los detalles del viaducto. Lo interesante del procedimiento constructivo es que, en una primera fase de empuje, el puente queda en voladizo un 50%, y en una segunda fase se realiza un tiro para dejar la estructura en su emplazamiento definitivo.

Referencias:

García-González, M. (2002). Viaducto de Lanjarón. II Congreso de ACHE de puentes y estructuras. link

Construcción de puentes empujados

Puente construido por empuje

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

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

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

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

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

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

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

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Apoyos deslizantes para el lanzamiento de puentes

apoyo deslizante
Apoyo deslizante, con almohadillas de neopreno-teflón. Fuente: Óscar Ramos, 2010

El procedimiento de tableros empujados consiste en fabricar o montar el tablero detrás del estribo y después empujarlo deslizándolo sobre las pilas hasta alcanzar su posición definitiva al llegar al otro estribo. Para que ello sea posible, el tablero del puente debe deslizarse en todos los puntos donde se apoya, ya sean pilas, estribos o en el parque de fabricación. Estos apoyos, que en principio eran rodillos, hoy son de neopreno-teflón, que ofrecen poca fricción y una excelente distribución de las cargas verticales. Los apoyos pueden ser provisionales o definitivos. Los primeros se usan sobre apoyos auxiliares o en el parque de fabricación. Sobre las pilas pueden ser también provisionales, en cuyo caso se sustituyen posteriormente, o bien definitivos, con un segundo nivel deslizante que se utiliza durante el lanzamiento del tablero.

Apoyo
Apoyos de neopreno-teflón. Fuente: http://nisee.berkeley.edu/leonhardt/html/incrementally_launched_bridges.html

El apoyo provisional se monta sobre un bloque de hormigón de unos 15-35 cm de espesor, fuertemente armado y nivelado. Sobre el hormigón se dispone una chapa de acero inoxidable pulida y plana sobre la que se disponen las almohadillas de neopreno-teflón, de 10-13 mm de espesor. El teflón se apoya sobre el acero inoxidable y el neopreno contacta con el tablero. Además, el apoyo dispone de una guía lateral, también con almohadillas de neopreno-teflón, que encarrila al tablero en su movimiento longitudinal.

El movimiento del tablero arrastra la almohadilla, que cae por delante y se vuelve a introducir por detrás. Esta operación se realiza manualmente, por lo que se debe prestar especial atención a los posibles errores durante las 2-3 horas que dura la operación del lanzamiento del tramo correspondiente.

El coeficiente de rozamiento entre la almohadilla y el acero inoxidable, en el momento del arranque, puede llegar al 5% en tiempo frío, pero una vez en movimiento, baja al 3-3,5%. Para reducir la carga horizontal sobre el apoyo, se reducen al máximo las almohadillas, pues el rozamiento se reduce con la presión. Para soportar la carga vertical, se zuncha intensamente el neopreno para soportar unos 20 MPa. Además, conviene lubricar las almohadillas con silicona y mantenerlas limpias, con lo que se puede bajar el rozamiento al 1-2%.

Los apoyos provisionales se sustituyen por los definitivos subiendo el tablero con gatos. Esto mismo se debe hacer incluso cuando los apoyos deslizantes son definitivos, puesto que se debe bloquear el nivel de deslizamiento usado durante el lanzamiento, quitar las almohadillas y soldar la parte superior del apoyo a chapas metálicas dejadas en el tablero.

Os dejo a continuación un vídeo donde se observa el lanzamiento del tablero.

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Montaje de vigas artesa en pasos superiores

ala014Las vigas artesa prefabricadas constituyen elementos de sección en forma de U abierta con alas hacia el exterior de la viga. Este tipo de estructuras supuso un salto tecnológico en la prefabricación de los años 80 del siglo XX. Conforman una sección celular cerrada, situada entre la sección en cajón y la doble T. Se emplean para luces de pilas entre 25 y 45 m con vanos simplemente apoyados, llegando hasta los 60 m con vanos en cantilever. Lo habitual es disponer un par de piezas en sección transversal, con separaciones entre 5,5 y 6,5 m, con anchos de tablero entre 11,0 y 14,0 m. Son habituales los cantos de 1/20 de la luz, con cantos típicos entre 0,80 y 2,60 m. También es una sección muy adecuada para tableros de puentes de AVE, con un ancho de tablero de 14,0 m.

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Algunas conclusiones obtenidas del proyecto BRIDLIFE sobre puentes postesados en cajón

A punto de terminar el proyecto de investigación BRIDLIFE, a continuación se exponen algunas conclusiones de interés fruto de dicho proyecto y de la tesis doctoral y publicaciones de la profesora Tatiana García Segura. Son pequeñas “píldoras” de conocimiento que pueden ser de interés para proyectistas e investigadores relacionados con los puentes, el hormigón, la sostenibilidad y la optimización. Son las siguientes:

  1. A pesar de la reducción de durabilidad por carbonatación y la menor captura de CO2, los cementos con adiciones resultan beneficiosos desde el punto de vista ambiental [1].
  2. Mientras el uso del hormigón reciclado como árido afecta a las propiedades del hormigón y requiere en muchos casos un incremento en el contenido de cemento, la reutilización del hormigón como material granular de relleno permite una completa carbonatación del hormigón que reduce las emisiones de CO2 [1].
  3. Se puede mejorar la seguridad estructural de los puentes en cajón con un pequeño incremento de coste siempre que se escojan las variables adecuadas [2]. Este incremento de coste no es constante para todos los niveles de seguridad. Se pueden establecer diferentes puntos, a partir de los cuales resulta más caro mejorar la seguridad estructural [2].
  4. No se aconseja aumentar el espesor de la losa superior para mejorar la seguridad de los puentes en cajón, ya que ello conlleva un aumento de peso innecesario [2]. Sin embargo, el espesor de las alas en el arranque es un aspecto clave para mejorar la flexión transversal [2].
  5. A pesar de que se ha considerado la inclinación del alma como variable de optimización, su valor óptimo apenas difiere para distintos valores de seguridad.  Esto se debe a que tanto el canto como el ancho de inclinación del alma aumentan en paralelo para mejorar la seguridad estructural [2].
  6. El uso de hormigón de alta resistencia en puentes no muestra ventajas económicas a corto plazo, pues las restricciones de servicio y armadura mínima no permiten reducir el canto y la cantidad de armadura [2]. Sin embargo, el hormigón de alta resistencia retrasa el inicio de la corrosión [3] y mejora el rendimiento estructural una vez se ha iniciado la corrosión [4]. Si se diseñan estructuras con hormigones de alta resistencia se consiguen mejores resultados durante el ciclo de vida que con diseños que tienen mayores recubrimientos, a pesar de tener el mismo inicio de corrosión [4].
  7. Los diseños que tienen una mayor durabilidad tienen un mayor coste inicial pero un menor coste de ciclo de vida [4].
  8. Los resultados muestran que tanto la optimización del coste como de las emisiones de CO2 reducen el consumo de material. Por tanto, la optimización del coste es una buena estrategia para conseguir estructuras más ecológicas [2,5,6].
  9. Para gestionar el mantenimiento de las estructuras de forma sostenible se debe tener en cuenta tanto el coste y las emisiones de reparación, como el impacto que produce el desvío de tráfico sobre los usuarios de la vía [4].
  10. La optimización del mantenimiento indica que no se debe optimizar cada superficie por separado, sino que se debe coordinar el mantenimiento de todas las superficies para reducir el coste y las emisiones que ocasiona el desvío del tráfico [4].

Referencias:

[1]          T. García-Segura, V. Yepes, J. Alcalá, Life cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability, Int. J. Life Cycle Assess. 19 (2014) 3–12. doi:10.1007/s11367-013-0614-0.

[2]         T. García-Segura, V. Yepes, Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety, Eng. Struct. 125 (2016) 325–336. doi:10.1016/j.engstruct.2016.07.012.

[3]         T. García-Segura, V. Yepes, D.M. Frangopol, Multi-objective design of post-tensioned concrete road bridges using artificial neural networks, Struct. Multidiscip. Optim. 56 (2017) 139–150. doi:10.1007/s00158-017-1653-0.

[4]         T. García-Segura, V. Yepes, D.M. Frangopol, D.Y. Yang, Lifetime reliability-based optimization of post-tensioned box-girder bridges, Eng. Struct. 145 (2017) 381–391. doi:10.1016/j.engstruct.2017.05.013.

[5]         T. García-Segura, V. Yepes, J. Alcalá, E. Pérez-López, Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges, Eng. Struct. 92 (2015) 112–122. doi:10.1016/j.engstruct.2015.03.015.

[6]         J.V. Martí, T. García-Segura, V. Yepes, Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy, J. Clean. Prod. 120 (2016) 231–240. doi:10.1016/j.jclepro.2016.02.024.

Comunicaciones presentadas al VII Congreso Internacional de Estructuras de ACHE

Los días 20 al 22 de junio de 2017 tendrá lugar en A Coruña el VII Congreso Internacional de Estructuras de ACHE. En 1999 se celebró el I Congreso de ACHE y con la elección de los vocales del nuevo Consejo se cerró el período transitorio abierto dos años antes. Este Congreso se realizó en Sevilla y le siguieron los de Madrid 2002, Zaragoza 2005, Valencia 2008, Barcelona 2011 y Madrid 2014. Nuestro grupo de investigación, dentro del proyecto de investigación BRIDLIFE, presenta varias comunicaciones. A continuación os paso los resúmenes. Nos veremos pronto en el Congreso.

YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J.; PELLICER, E. (2017). Puentes pretensados de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos: Proyecto BRIDLIFE

El objetivo del proyecto BRIDLIFE consiste en desarrollar una metodología que permita incorporar un análisis del ciclo de vida de vida de puentes de hormigón pretensado definiendo un proceso de toma de decisiones que integre los aspectos sociales y medioambientales mediante técnicas analíticas de toma de decisiones multicriterio. Los resultados esperados pretenden detallar qué tipologías, actuaciones de conservación y alternativas de demolición y reutilización son adecuadas para minimizar los impactos, dentro de una política de fuerte limitación presupuestaria que compromete seriamente la construcción y conservación de las infraestructuras.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2017). Diseño eficiente de puentes con criterios sostenibles multiobjetivo

Este estudio presenta un método de diseño de puentes eficientes que minimiza el coste y las emisiones de CO2, mientras maximiza la seguridad estructural. Para ello, se proponen ocho módulos que unen un programa comercial de análisis por elementos finitos con un programa de control que lleva a cabo la optimización multiobjetivo y verificación de los estados límite. Mediante esta metodología, el ingeniero puede escoger los parámetros que se mantienen fijos y las variables a optimizar. Finalmente, el programa proporciona una frontera de Pareto representada por las soluciones de equilibrio entre los criterios.

PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V. (2017). Estudio de la aplicación de los métodos de decisión multicriterio al ciclo de vida de los puentes

Las diferentes etapas del ciclo de vida de un puente –proyecto, construcción, uso y mantenimiento, y reciclado y demolición- requieren elegir entre distintas alternativas posibles que dependen de múltiples criterios como pueden ser los económicos, los medioambientales o los sociales. El propósito de este estudio consiste en examinar los métodos de decisión multicriterio utilizados en las diferentes fases del ciclo de vida de un puente. La metodología empleada ha sido la aplicación de una técnica multivariante de análisis de correspondencias para identificar los huecos existentes en la investigación. Los resultados indican que los métodos de decisión analítico-jerárquicos se han aplicado ampliamente en las fases de proyecto, construcción y uso y mantenimiento. Sin embargo, la fase de demolición o reciclado es la menos estudiada, asociándose principalmente a métodos de procesos analíticos en red.

LÓPEZ-VIDAL, A.; YEPES, V. (2017). BIM, declaraciones ambientales de producto e inercia térmica: tres vías para la consolidación de las soluciones en prefabricado de hormigón

En un contexto social y reglamentario cada vez más exigente, coexisten tres tendencias que se presentan como una inmejorable oportunidad para la consolidación definitiva de las soluciones prefabricadas de hormigón como la variante industrializada de la construcción de edificios e infraestructuras, con todas las ventajas que ello proporciona en términos de rapidez de ejecución, control más exhaustivo en proyecto y obra, calidad, precisión dimensional, eficiencia y rentabilidad económica.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Diseño de pasos superiores de carreteras con criterios de sostenibilidad aplicando algoritmos heurísticos

Este artículo se centra en el diseño de los pasos superiores de carreteras de vigas artesa prefabricadas pretensadas. En la práctica, las vigas se colocan centradas a la sección de la losa, y el diseño geométrico de las vigas es independiente de las luces entre apoyos. Para la optimización del coste y del consumo energético se aplica el algoritmo híbrido SAMO2. Se realiza un estudio paramétrico para distintas luces de vano -20, 25, 30, 35 y 40 m-, obteniéndose correlaciones para el coste, el consumo energético, la geometría de las secciones y del armado, y que al aumentar la luz, la separación de las vigas se reduce y el ángulo de las almas aumenta.

MOLINA-JOTEL, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Diseño de pasarelas de hormigón postesado de sección en T mediante optimización heurística bajo criterios económicos y de sostenibilidad

El trabajo se ocupa del diseño y optimización automática de pasarelas de hormigón postesado con sección en T bajo criterios económicos (coste) y de sostenibilidad (emisiones de CO2 y energía consumida), empleando la técnica heurística de optimización del recocido simulado (SA). Se desarrolla un código de programación de diseño y comprobación estructural que permite determinar mediante un proceso automático la factibilidad de las soluciones y el coste económico y medioambiental. Se concluye que la optimización bajo cualquiera de los tres objetivos proporciona soluciones aceptables para los otros dos, demostrando la no conflictividad entre ellos.

MOLINA-MORENO, F.; RÓDENAS, A.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Análisis del ciclo de vida de muros de contención de tierras de hormigón armado con contrafuertes y muros pantalla

La presente comunicación muestra la evaluación de impactos ambientales durante la ejecución de dos tipologías d muro de contención de tierras: muro con contrafuertes y muro pantalla. Se ha analizado la relación de contribución de cada flujo de entrada (extracción de materiales y proceso de construcción) sobre el impacto total. El análisis proporciona un orden de magnitud entre materiales y cada una de las categorías de impacto, y representa un aporte útil hacia los objetivos de economía circular en la ingeniería estructural.

Optimización multiobjetivo basada en fiabilidad del ciclo de vida de un puente en cajón postesado

Fuente: http://www.freyssinet.es/wp/?cat=3

Os presentamos un artículo, que se ha editado en formato abierto, donde se ha realizado la optimización a lo largo de su ciclo de vida de un puente en cajón postesado basándose en fiabilidad. Para ilustrar la metodología, se ha utilizado como ejemplo un puente situado en una zona costera y, por tanto, sometido a la corrosión por ambiente marino. Se ha optimizado el puente con múltiples objetivos simultáneos: el coste, las emisiones totales de CO2 (incluyendo la recarbonatación), el inicio de la propagación de la corrosión y la seguridad. Primero se ha construido una frontera de Pareto con todas las soluciones óptimas con los múltiples objetivos y luego se ha estudiado el mantenimiento del puente, optimizando este mantenimiento atendiendo a criterios económicos, sociales y ambientales. Este artículo se enmarca dentro del proyecto de investigación BRIDLIFE. Espero que os sea de interés el artículo, que lo podéis descargar gratuitamente y compartir sin problemas (open-access).

Referencia:

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. DOI:10.1016/j.engstruct.2017.05.013

 

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