By Farina Destil (cassaforma rampante Destil) [Public domain], via Wikimedia Commons
Un encofrado trepante (“jump form”, en inglés) es una estructura de soporte de encofrado que, mediante soluciones hidráulicas y mecánicas, se eleva sin necesidad alguna de grúa, levantando consigo el encofrado. La gran ventaja de este sistema constructivo es que no necesita apoyarse en el suelo. Los sistemas trepantes, mediante anclajes instalados en cada fase de hormigonado, se apoyan en el hormigón ya fraguado de la fase anterior y sirven para conformar una plataforma de trabajo en altura. Se basa en guías de acero fijadas a la propia estructura con anclajes recuperables que sustentan plataformas de trabajo donde se sitúan a su vez los encofrados verticales.
El sistema de encofrado trepante es ideal para construir elementos verticales de hormigón en estructuras de gran altura, como muros de corte, núcleos de edificios, ascensores, escaleras y pilotes de puentes. Estos elementos se construyen en un proceso escalonado y se caracteriza por su alta productividad, aumentando la velocidad y eficiencia mientras se minimiza el tiempo de trabajo y el uso de grúas.
En los primeros encofrados trepantes no existía conexión entre el encofrado y el andamio. Ello implicaba bajar en encofrado al suelo en cada trepada, lo que consumía grandes tiempos de grúa y varios días en la ejecución de cada tongada. Hoy en día el encofrado y el andamio forman un conjunto fuertemente estandarizado, de forma que se consigue una trepa diaria.
La presión del hormigón en los encofrados trepantes a dos caras se absorbe mediante los anclajes pasantes que atan los encofrados de las caras opuestas del elemento a hormigonar. Este no es el caso de los encofrados trepantes a una cara (caso de un pozo contra el terreno), y tampoco en el caso de que la distancia entre caras opuestas sea tan grande que haga inviable la utilización de anclajes pasantes (por ejemplo, un bloque de presa).
Estos encofrados se utilizan cuando la altura de la estructura es considerable. Con ello se consiguen distintos objetivos:
Evita las altas presiones de hormigonado
Reutiliza y amortiza el material del encofrado
Adapta el ritmo de hormigonado de la estructura al proceso constructivo general (ferrallado, etc.)
Trabajar con seguridad en altura
Los sistemas de encofrado trepante son normalmente modulares y pueden unirse para formar longitudes largas que se adapten a diversas geometrías de construcción. Se pueden clasificar según el tipo de movimiento que realizan, el tipo de encofrado (a una o dos caras) y el tipo de consola de trepado (consola fija o móvil). En cuanto al movimiento, existen dos tipos: aquellos en los que la plataforma de trabajo y el encofrado se mueven por separado con grúa de una fase a otra, y aquellos en los que ambos se desplazan conjuntamente a la siguiente fase.
Cuando se desplaza conjuntamente la plataforma de trabajo y el encofrado, se pueden diferenciar tres tipos principales:
Encofrado trepante convencional: Las unidades se levantan individualmente de la estructura y se reubican en el siguiente nivel de construcción utilizando una grúa.
Encofrado trepante guiado: También utiliza una grúa, pero ofrece una mayor seguridad y control durante el levantamiento, ya que las unidades permanecen ancladas o guiadas por la estructura.
Encofrado autotremante: No requiere una grúa, pues asciende por rieles en el edificio mediante gatos hidráulicos o mediante el desenganche de las plataformas de recesos internos en la estructura. Es posible conectar los gatos hidráulicos y elevar múltiples unidades en una sola operación.
Figura 2. Encofrado trepante con grúa.https://www.peri.es/productos/encofrados/soluciones-para-obra-civil/sistemas-de-trepado/cb-climbing-formwork.html
La secuencia básica de construcción utilizando este tipo de encofrado es la siguiente:
Se ensamblan el encofrado y la plataforma de acceso en el suelo.
Esta combinación de encofrado y plataforma de acceso se eleva mediante una grúa y se fija a anclajes o rieles incorporados (soportes de escalada) atornillados a los elementos de pared inferiores.
Una vez que el hormigón vertido ha alcanzado suficiente resistencia, se retira el ensamblaje de la nueva/corriente losa de hormigón y se eleva mediante grúa a la siguiente posición. Para los sistemas de autoascenso, esto se ejecuta utilizando gatos hidráulicos.
Este ciclo completo puede completarse en poco tiempo, y su duración depende del tamaño y la complejidad de la construcción.
Paso superior de hormigón postesado en Liria (Valencia)
Con este post continuamos una serie iniciada con el predimensionamiento de muros que puede servir para encajar presupuestos y soluciones iniciales para el caso de puentes losa pretensados empleados en carreteras (ya publicamos dos posts sobre historia y construcción de puentes viga). Para más adelante dejaremos más información sobre puentes losa pretensados macizos o bien otros empleados para ferrocarriles. Una información en detalle de estos aspectos la podéis consultar en la publicación de Yepes et al (2009).
Los tableros losa construidos “in situ” mediante cimbra se utilizan para luces cortas y medias, en torno a 30 m, pero que pueden alcanzar los 50 ó 60 m. Esta tipología, según indica Manterola (2006) representa un compromiso entre la facilidad constructiva y las condiciones resistentes. La supresión de juntas, la reducción de momentos flectores principales cuando el tablero es continuo y una mayor libertad en forma y en la colocación de las pilas son algunas de las ventajas de estas estructuras frente a las prefabricadas de vigas. Los puentes losa suelen proyectarse en tramos continuos hiperestáticos, en hormigón pretensado casi siempre. El encofrado normalmente se fabrica para cada tablero, por lo que se adaptan a cualquier trazado, prestándose a diseños más cuidados. La estética constituye, además, un aspecto importante, pues con frecuencia son las únicas obras visibles para el usuario que circula bajo ellas.
En el año 2010 el CEHOPU (Centro de Estudios Históricos de Obras Públicas) organizó una exposición para dar a conocer al público el nacimiento y primer desarrollo en España de las construcciones de hormigón. Éste es uno de los materiales más característicos del siglo XX, hoy plenamente incorporado a nuestros paisajes cotidianos, a través del acercamiento a las obras y figuras más representativas del panorama constructivo de la época. Se centró en el proceso de introducción y consolidación en España del empleo de este nuevo material en la construcción en el primer tercio del siglo XX, narrado a través de los hitos, las figuras y las obras de arquitectura e ingeniería más destacadas del período comprendido entre 1893 a 1936, coincidiendo con la monarquía de Alfonso XIII y la II República.
De esta exposición, os dejo los vídeos que siguen, que creo son de interés para introducirse en este mundo apasionante. Y para los que queráis saber más, os aconsejo el libro «Los orígenes del hormigón armado en España», de Antonio Burgos Núñez, editado en el 2009 por el Ministerio de Fomento.
El despegue de la construcción hormigonada.
Los inicios, la introducción del hormigón armado en España.
Los muros de contención de tierras son una de las estructuras más habituales en la construcción de obras civiles y de edificación, siendo común la tipología de muro de ménsula de hormigón armado. El proyecto de estos elementos de contención es un problema de interacción entre el suelo y la estructura, cuya finalidad es retener un material de forma segura y económica.
Los muros se proyectan basándose en la validación de un diseño inicial que se modifica sucesivamente hasta cumplir todas las exigencias. En primer lugar, se adopta una geometría previa empleando reglas de predimensionamiento sancionadas por la práctica o referencias de casos similares. A continuación, se analiza si el diseño tentativo cumple con determinados requisitos de seguridad (estabilidad y resistencia) y durabilidad. Si la estructura no cumple estos requisitos o los cumple con mucha holgura, se modifica el esquema inicial y se repite el proceso.
Diseño estructural por el método de prueba y error
En conjunto, esto conforma un panorama de procedimientos artesanales de diseño que están alejados de una metodología objetiva para elegir las dimensiones y los materiales. Estos métodos conducen a proyectos estructuralmente seguros, pero cuya economía depende en gran medida de la experiencia previa del ingeniero. No obstante, una estructura no solo debe cumplir las condiciones de seguridad, calidad y funcionalidad, sino que también debe construirse al menor coste posible.
Algunos trabajos sobre optimización han tratado de resolver el diseño automatizado de estos problemas y buscar soluciones óptimas desde el punto de vista económico y medioambiental. Quienes queráis profundizar en el tema, podéis consultar las referencias.
Para quienes queráis predimensionar rápidamente, os paso una serie de reglas prácticas que creo que son de interés y que permiten realizar presupuestos y encajes rápidos para este tipo de estructuras, siempre dentro de rangos habituales o normales (entre 4 y 10 m). Llamamos altura total a la distancia entre la parte inferior de la zapata y la parte superior del alzado.
“La zapata de un muro tendrá una longitud igual a las dos terceras partes de su altura total. El canto de la zapata y el espesor del alzado serán la décima parte de la altura total. La longitud del talón será la quinta parte de la altura total más 1 metro”.
“El volumen de hormigón necesario será la sexta parte del cuadrado de la altura total, repartido en proporción 3 a 2 entre el alzado y la zapata. Además, se precisan en torno a 60 kg de acero por cada metro cúbico de hormigón”.
YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PEREA, C.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2008). A Parametric Study of Optimum Earth Retaining Walls by Simulated Annealing. Engineering Structures, 30(3): 821-830. ISSN: 0141-0296.
YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J.; VILLALBA, P. (2012). CO₂-Optimization Design of Reinforced Concrete Retaining Walls based on a VNS-Threshold Acceptance Strategy.Journal of Computing in Civil Engineering ASCE, 26 (3):378-386. DOI: 10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000140.
Deterioro prematuro del hormigón. Imagen: V. Yepes
La durabilidad de las construcciones es uno de los aspectos clave que preocupa y seguirá preocupando a los técnicos en las próximas décadas. Tras un crecimiento masivo en el sector de la construcción, surgen problemas tan serios como el mantenimiento y la sostenibilidad de las infraestructuras, con el fin de alcanzar los indicadores mínimos de servicio que permitan un uso seguro y adecuado de las mismas. Estamos inmersos, de hecho, en una verdadera «crisis de las infraestructuras», fuertemente relacionada con la crisis financiera, económica, social y ética que nos envuelve en este momento. Todo ello, como podemos ver, está relacionado con la durabilidad, tal y como se expuso en una tesis de máster que dirigí recientemente (Esteve, 2015). Para hablar de los factores que afectan a la durabilidad, primero hay que definir el concepto de durabilidad según la normativa y según diversos autores, así como los conceptos de vida útil, final de la vida útil y rendimiento. También se definen otros conceptos que aparecen en el estudio, como «vulnerabilidad» y «mantenibilidad».
Cayo Julio Lacer, y la leyenda «que durará tanto cuanto el mundo durare», constituye la lección más importante para los ingenieros siempre que se visita el puente de Alcántara (Cáceres).
Durabilidad
La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la durabilidad de una estructura de hormigón como “su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura”.
En la norma ISO 15686-1 se define la durabilidad como “la capacidad de los edificios o alguna de sus partes para desenvolver el papel para el cual fueron diseñados durante un período específico bajo la influencia de determinados agentes”.
El concepto de durabilidad también puede ser entendido como la “habilidad que un edificio o componente de un edificio tiene para alcanzar el rendimiento óptimo de sus funciones en un determinado ambiente o sitio, bajo un determinado tiempo sin realizar trabajos de mantenimiento correctivo ni reparaciones” (CSA, 2001).
Algunos autores han intentado ofrecer una definición de durabilidad más completa, teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la durabilidad como “la capacidad de un material de construcción, elemento o estructura de hormigón de resistir las acciones físicas, químicas, biológicas y ambientales vinculadas al efecto del cambio climático global con su entorno durante un tiempo determinado previsto desde el proyecto, manteniendo su serviceabilidad y conservando su forma original, propiedades mecánicas y condiciones de servicio”. Se entiende por «serviceabilidad» (sic) como la capacidad de un producto, componente, ensamble o construcción para desempeñar las funciones para las cuales son diseñadas y construidas (ACI, 2000).
Vida útil
La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la vida útil de una estructura como el “período de tiempo, a partir de la fecha en la que finaliza su ejecución, durante el que debe mantenerse el cumplimiento de las exigencias. Durante ese período requerirá una conservación normal, que no implique operaciones de rehabilitación. La vida útil nominal depende del tipo de estructura y debe ser fijada por la Propiedad previamente al inicio del proyecto”. En esta instrucción, se emplea el término “vida útil” de forma equivalente a como lo hace el Código Técnico de la Edificación cuando hace referencia al “período de servicio”.
Acueducto de los Milagros (Mérida)
En la norma ISO 15686-1 se define la vida útil de un edificio como “el período de tiempo después de la instalación o construcción durante el cual un edificio o sus partes cumplen o exceden los requisitos mínimos de rendimiento para lo cual fueron diseñados y construidos”.
Muchas veces el concepto de vida útil es confundido con el de durabilidad. Según Silva (2001), puede considerarse que la vida útil es la cuantificación de la durabilidad, y por tanto es cada vez más importante que se proyecte y construya teniendo en cuenta criterios de durabilidad para, de ese modo, prolongar la vida útil de las edificaciones.
Algunos autores han propuesto una definición de vida útil o vida de servicio teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la vida de servicio como el “periodo de tiempo durante el cual el desempeño de un material, elemento o estructura de hormigón conserva los requerimientos de proyecto en términos de seguridad (resistencia mecánica y estabilidad, seguridad en caso de incendio, seguridad en uso), funcionalidad (higiene, salud y medio ambiente, protección contra el ruido y ahorro energético y confort térmico) y estéticos (deformaciones, agrietamientos, desconchamientos), con un mínimo de mantenimiento que permita controlar los efectos del cambio climático global en su entorno”.
Fin de la vida útil
Es difícil determinar cuándo se produce el final de la vida útil de una edificación. Según autores como Talon et al. (2004) “el final de la vida útil llega cuando los materiales o componentes de construcción, una vez instalados y construidos, usados y aplicados a una parte del inmueble, ya no responden a los requerimientos de rendimiento; y cuando por sus fallos físicos ya no es conveniente económicamente seguir con un mantenimiento correctivo para dichos componentes”.
¿Cuál será la vida útil de nuestras modernas infraestructuras? Ciudad de las Artes y las Ciencias (Valencia). Imagen: V. Yepes
Por su parte, otros autores como Gaspar (2002) definen el final de la vida útil de una construcción como un “punto en el tiempo en el cual ésta deja de poder asegurar las actividades que en ella se desarrollan, por obsolescencia funcional, falta de rentabilidad económica o degradación física de sus componentes más determinantes”.
En definitiva, el final de la vida útil se dará cuando los requisitos esenciales dejen de cumplirse. Los requisitos esenciales establecidos en el Código Técnico de la edificación son:
Seguridad estructural.
Seguridad en caso de incendio.
Seguridad de utilización y accesibilidad.
Higiene, salud y protección del medio ambiente.
Protección frente al ruido.
Ahorro de energía.
En la siguiente gráfica, elaborada por Ferreira (2009), se muestra cómo el fin de la vida útil está condicionado por los criterios de seguridad, funcionalidad y aspecto. La seguridad es el criterio más importante, por lo que su nivel de exigencia es superior al de los otros dos. No obstante, en ocasiones el fin de la vida útil puede verse condicionado solo por criterios estéticos o funcionales, como muestra la siguiente figura:
Degradación de las diferentes propiedades de un elemento constructivo (Ferreira, 2009)
Rendimiento
El rendimiento, según la definición de Trinius (2005), “es la capacidad del material para cumplir con sus funciones dentro del sistema edificado, y se puede medir tanto cuantitativamente como cualitativamente, dependiendo de los requerimientos de diseño y de las condiciones de la fase de uso, operación y mantenimiento del inmueble”.
Por su parte, el British Standards Institute define el rendimiento de una edificación como el comportamiento de un producto durante su utilización.
Tal como establece Mairteinsson (2005), tanto la vida útil como el rendimiento dependerán directamente de los factores de uso del material, no solamente de manera aislada, sino de manera integrada al edificio como parte de un sistema completo.
Vulnerabilidad
La vulnerabilidad, según es entendida por Monjo (2007), “es el conjunto de debilidades (procesos patológicos posibles) que presenta un elemento constructivo al quedar expuesto a las acciones exteriores previsibles durante su vida útil”. La vulnerabilidad depende de la calidad del elemento constructivo, es decir. De sus características físicas y químicas, así como de la solución constructiva empleada. Puede considerarse la inversa de la durabilidad.
Según este autor, la durabilidad de un producto de construcción debe establecerse en función del análisis de su vulnerabilidad, y dicha vulnerabilidad depende de una serie de condiciones objetivas que afectan al elemento constructivo:
La función constructiva del elemento en el edificio.
Las acciones externas que actúan sobre el elemento constructivo.
La calidad del producto
Mantenibilidad
La norma ISO/IEC 2382-14 define la mantenibilidad como “la habilidad de una unidad funcional, bajo unas condiciones de uso dadas, para ser mantenidas, o restauradas a un estado en el cual puedan realizar sus funciones requeridas, cuando el mantenimiento es ejecutado bajo condiciones establecidas y utilizando procedimientos y recursos prescritos”.
Por su parte, Chew y Silva (2003) expresan el término mantenibilidad como la habilidad de lograr el rendimiento óptimo a través de la vida útil del edificio con un mínimo coste de ciclo de vida.
Referencias:
ACI American Concrete Institute. (2000). Reported by ACI Committee 365 (365.1R-00), Service-Life Prediction, State-of-the-Art Report.
Chew, M. Y. L.; De Silva, N. (2003). Maintainability problems of wet areas in high-rise residential buildings. Building Research and Information, 31(1), 60-69.
CSA Canadian Standards Association. (2001). Guideline on Durability in buildings. Canadá, S478-95, 9-17.
Esteve, V.F. (2015). Estado del arte de los factores que afectan a la durabilidad de las edificaciones. Trabajo Fin de Máster. Máster en planificación y gestión de la ingeniería civil. Universitat Politècnica de València.
Ferreira, A. F. (2009). Previsão da vida útil de revestimentos de pedra natural de paredes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.
Gaspar, P. L. (2002). Metologia para o cálculo da durabilidade de rebocos exteriores correntes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.
ISO 15686:2011. (2011). ISO (Ed.), Buildings and constructed assets, service life planning.
Marteinsson, B. (2005). Service life estimation in the design of buildings; a development of the factor method. Tesis Doctoral, KTH Research School, Centre for Built Environment, University of Gävle, Suecia.
Mendoza, J. M., Castro, P. (2009). Credibility of concepts and models about service life of concrete structures in the face of the effects of the global climatic change. A critical review. Materiales de construcción, 59(276), 117-124.
Monjo, J. (2007). Durability vs Vulneravility. Informes de la construcción, 59(507), 43-58.
Silva, T. (2001). Como estimar a vida útil de estruturas projetadas com critérios que visam a durabilidade. II Workshop sobre Durabilidad de las Construcciones, Sao José dos Campos, Brasil, 133-143.
Talon, A., Boissier, D., Chevalier, J. L., & Hans, J. (2004). A methodological and graphical decision tool for evaluating building component failure. CIB World Building Congress, Toronto, Canadá.
Trinius, W. (2005). Performance based building and sustainable construction. CEN Construction Sector Network Conference, Prague.
Resumen—Este estudio convierte el diseño estructural en una optimización de variables discretas. Se propone un algoritmo híbrido de enjambre de luciérnagas para buscar soluciones con menores emisiones totales y anuales. El algoritmo combina la búsqueda colectiva de la optimización de enjambre luciérnagas “glowworm swarm optimization“(GSO) y la capacidad de búsqueda local del umbral de aceptación “threshold accepting” (TA). La estructura propuesta es una viga de hormigón en doble T biapoyada definida por 20 variables. Se estudia la resistencia del hormigón desde 30MPa hasta 100MPa. Esta comunicación propone un método para calibrar los parámetros del algoritmo con independencia de la función objetivo y del tamaño del enjambre. Los resultados muestran que TAGSO consigue diseños de vigas que emiten un 25% menos de CO2. La optimización de las emisiones anuales reduce la cantidad de CO2 al año en un 61% con un incremento total de las emisiones de CO2 del 9%.
Palabras clave-– Enjambre de luciérnagas, algoritmo híbrido, hormigón de alta resistencia, variables discretas.
Referencia: GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2015). Algoritmo híbrido de enjambre de luciérnagas y aceptación por umbrales para diseño de vigas.X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida, pp. 699-705. ISBN: 978-84-697-2150-6.
Resumen–El artículo establece un criterio de parada para un algoritmo multiarranque basado en el recocido simulado aplicado a la optimización de losas de puentes de vigas prefabricadas de hormigón pretensado. Para ello se ha comprobado que los óptimos locales encontrados constituyen valores extremos que ajustan a una función Weibull de tres parámetros, siendo el de posición, γ, una estimación del óptimo global que puede alcanzar el algoritmo. Se puede estimar un intervalo de confianza para γ ajustando una distribución Weibull a muestras de óptimos locales extraídas mediante una técnica bootstrap de los óptimos disponibles. El algoritmo multiarranque se detendrá cuando se acote el intervalo de confianza y la diferencia entre el menor coste encontrado y el teórico ajustado a dicha función Weibull.
Palabras clave— Puentes pretensados, teoría del valor extremo, recocido simulado, optimización heurística, diseño de estructuras.
Referencia: YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). Teoría del valor extremo como criterio de parada en algoritmos estocásticos multiarranque. Aplicación a la optimización heurística de puentes. X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida, 329-336. ISBN: 978-84-697-2150-6.
Los pilotes perforados sin entubación con fluidos estabilizadores, denominados CPI-6 en la nomenclatura de las NTE-1977, permiten excavar en terrenos inestables o con nivel freático alto, debido a las propiedades expansivas y tixotrópicas de los fluidos empleados, que ayudan a contener las paredes. Estos fluidos presentan propiedades tixotrópicas en la bentonita y propiedades iónicas en los polímeros.
Los fluidos estabilizadores pueden ser utilizados para estabilizar la excavación en toda su altura o bien una parte. Durante la construcción del pilote, el nivel de lodos debe mantenerse en un nivel apropiado, siempre por encima del nivel freático al menos de 1,0 a 1,5 m. Este procedimiento es aplicable de preferencia en terrenos finos sin estratos granulares gruesos libres de matriz fina o grandes bloques.
Una vez acabada la perforación, se introduce la armadura y se hormigona utilizando la tubería tremie hasta el fondo de la perforación. La tubería se va subiendo a medida que se hormigona, procurando que su boca inferior esté embebida un mínimo de 4 m dentro de la columna ya hormigonada para evitar posibles cortes durante el hormigonado. La consistencia del hormigón debe ser fluida. Durante el hormigonado deben controlarse nuevamente las características de los lodos de bentonita para evitar contaminaciones en el hormigón. Los diámetros empleados en este tipo son, según la NTE, de 45 a 125 cm, aunque la maquinaria actual permite pilotes de diámetros mayores.
Se pueden alcanzar profundidades superiores a 50 m, en función de las características del Kelly telescópico que sostiene la herramienta de perforación. Sin embargo, hay que tener en cuenta la complicación que supone el uso de lodos bentoníticos a medida que aumenta la profundidad.
Su uso es habitual como pilotaje trabajando por punta, apoyado en roca o capas duras de terreno. Cuando se atreviesen capas blandas que se mantengan sin desprendimientos por efecto de los lodos.
Fases de ejecución:
Excavación con cuchara y vertido de lodo en la excavación para extracción de la tierra.
Cambio de lodo contaminado y limpieza del fondo del pilote
Introducción de las armaduras.
Hormigonado desde el fondo mediante tubo Tremie y recuperación del lodo.
Pilote terminado.
Para garantizar la estabilidad de la perforación, el nivel del lodo debe estar siempre próximo al nivel de coronación del murete-guía, debiéndose mantener constante, por lo que es preciso aportar lodos a medida que se excava el terreno. Además, se precisa una central de tratamiento de lodos que permita el control de la calidad de los lodos (mediante su viscosidad y contenido en finos) y la regeneración de los lodos contaminados.
Para la perforación y extracción de tierras se utilizan cucharas, barrenas cortas o buckets. Los restos de la excavación se van depositando en el fondo de la misma, por lo que es fundamental la limpieza de la punta del pilote. Para su limpieza se emplean bombas de fondo que permiten la extracción del lodo contaminado y la incorporación de lodo regenerado. Pueden utilizarse para ello sistemas de circulación directa que introducen lodos frescos por la punta que desplazan al lodo contaminado, que sale por la cabeza, o sistemas de circulación inversa que lo hacen aspirando el fango contaminado del fondo y alimentan con fango fresco por la cabeza.
A continuación os dejo un vídeo explicativo de la construcción de este tipo de pilotes.
A continuación vamos a presentar brevemente los resúmenes que enviamos al Congreso Nacional sobre Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados (MAEB). Este Congreso pretende ser un foro de encuentro, discusión y transferencia de conocimiento entre investigadores en el campo de las metaheurísticas y los algoritmos bioinspirados, con el fin de presentar e intercambiar experiencias y resultados.
La X edición, MAEB’2015, se celebrará en Mérida-Almendralejo, durante los días 4 al 6 de Febrero de 2015, y está organizada por el Centro Universitario de Mérida perteneciente a la Universidad de Extremadura. Las áreas temáticas integradas en el congreso incluyen estudios teóricos, aplicaciones prácticas, experiencias docentes y desarrollos en el campo de investigación en optimización heurística (información detallada en el apartado de llamada a la participación). Los autores agradecen el aporte financiero realizado para este trabajo por el Ministerio de Ciencia e Innovación (Proyecto de Investigación BIA2011-23602) y por la Universitat Politècnica de València (Proyecto de Investigación SP20120341).
Anfiteatro de Mérida
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2015). Algoritmo híbrido de enjambre de luciérnagas y aceptación por umbrales para diseño de vigas. X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida.
Este estudio convierte el diseño estructural en una optimización de variables discretas. Se propone un algoritmo híbrido de enjambre de luciérnagas para buscar soluciones con menores emisiones totales y anuales. El algoritmo combina la búsqueda colectiva de la optimización de enjambre luciérnagas “glowworm swarm optimization“(GSO) y la capacidad de búsqueda local del umbral de aceptación “threshold accepting” (TA). La estructura propuesta es una viga de hormigón en doble T biapoyada definida por 20 variables. Se estudia la resistencia del hormigón desde 30MPa hasta 100MPa. Esta comunicación propone un método para calibrar los parámetros del algoritmo con independencia de la función objetivo y del tamaño del enjambre. Los resultados muestran que TAGSO consigue diseños de vigas que emiten un 25% menos de CO2. La optimización de las emisiones anuales reduce la cantidad de CO2 al año en un 61% con un incremento total de las emisiones de CO2 del 9%.
Puente Romano
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Aplicación de metaheurísticas en la optimización de pasos superiores de carreteras. X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida.
El artículo se ocupa de la optimización económica de los tableros de los pasos superiores de carreteras formados por una losa de hormigón ejecutada in situ y dos vigas artesa prefabricadas de hormigón pretensado autocompactable. Se comprueba la eficacia de las distintas metaheurísticas aplicadas en la optimización: “descent local search” (DLS), “simulated annealing” (SA), “threshold accepting” (TA), “genetic algoritms” (GA) y “memetic algorithms” (MA). Los cálculos de las tensiones y de sus envolventes, son programados en lenguaje fortran directamente por los autores. Los algoritmos de optimización heurística se aplican a un tablero de 35 m de luz y 12 m de ancho. Los parámetros que definen la forma de la sección de la viga se adaptan a los moldes de una instalación de prefabricados. El ejemplo que se analiza consta de 59 variables discretas. El módulo de la evaluación incluye los estados límite último y de servicio que se aplican comúnmente para estas estructuras: flexión, cortante, torsor, fisuración, flechas, etc. Los algoritmos SA y TA se han calibrado previamente a partir del DLS, y el MA a partir del GA y del SA. Cada heurística se procesa nueve veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el medio y las desviaciones. Se realiza un análisis del rendimiento de las distintas heurísticas, basado en un estudio de las soluciones Pareto-óptimas entre tiempo de ejecución y rendimiento. Los mejores resultados se obtienen para el SA y el TA, siendo el coste mínimo de 108008 €, correspondiente al SA. Finalmente, entre las principales conclusiones de este estudio, destaca que las soluciones y los tiempos de proceso computacional son tales, que estos métodos se pueden aplicar de un modo práctico a casos reales, y que el conocimiento derivado del uso de estos algoritmos permiten recomendar rangos de valores para emplearlos en el diseño optimizado de estas estructuras y en su aplicación para los predimensionados de las variables.
Acueducto de Los Milagros
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). Teoría del valor extremo como criterio de parada en la optimización heurística de puentes. X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida.
El artículo establece un criterio de parada para un algoritmo multiarranque basado en el recocido simulado aplicado a la optimización de losas de puentes de vigas prefabricadas de hormigón pretensado. Para ello se ha comprobado que los óptimos locales encontrados constituyen valores extremos que ajustan a una función Weibull de tres parámetros, siendo el de posición, γ, una estimación del óptimo global que puede alcanzar el algoritmo. Se puede estimar un intervalo de confianza para γ ajustando una distribución Weibull a muestras de óptimos locales extraídas mediante una técnica bootstrap de los óptimos disponibles. El algoritmo multiarranque se detendrá cuando se acote el intervalo de confianza y la diferencia entre el menor coste encontrado y el teórico ajustado a dicha función Weibull.
Figura. Pilote CPI-4 en el puente sobre el río Yeaguas, Casariche (Sevilla). http://www.pilotessondepoz.com
El pilote CPI-4 de la NTE es un tipo de pilote perforado y hormigonado “in situ” de entubación recuperable con extracción de tierras. Se recomiendan en terrenos que por su consistencia sufren desprendimientos y se desmoronan durante la excavación, ya sea por la baja consistencia del terreno o por la presencia del nivel freático. Son habituales diámetros de 450 mm a 2.000 mm.
La excavación en terrenos blandos y medios se realiza mediante el uso de barrenas de hélice cortas. En caso de terrenos más duros se hace necesaria la inclusión en la barrena de dientes con puntas de widia. En terrenos muy competentes y roca se utiliza una corona circular con puntas de widia.
Pilote CPI-4. http://www.pilotesyobras.comCamisa de enchufe rápido
La principal particularidad de los pilotes CPI-4 consiste en que mientras se perfora se va introduciendo en el terreno una tubería de sostenimiento, también denominada camisa. Estas camisas son muy robustas, sirviendo no solo para contener el terreno, sino también como útil de perforación. Los primeros metros de la perforación se efectúan por hinca con tapón de grava. Una vez alcanza la profundidad objetivo se procede a la limpieza del fondo de la excavación mediante el uso de un cazo (“bucket”).
Posteriormente, al limpiado del fondo, se procede a introducir la armadura de acero con la ayuda de un equipo auxiliar (grúa). Para garantizar el recubrimiento mínimo necesario de la misma, se levanta 20 cm sobre el fondo de la excavación y se colocan separadores para su correcto centrado.
Colocada la armadura, comienza el hormigonado y se extraerá la entubación, de manera que siempre quede un mínimo de dos diámetros de hormigón dentro de ella. Para verter el hormigón dentro de la perforación correctamente evitando segregaciones y exudaciones, se utiliza un tubo “Tremie”. Este tubo se introduce por dentro de la armadura hasta alcanzar el fondo de la perforación. A continuación, se comienza a bombear el hormigón que debe ser de consistencia fluida.
A la vez que avanza la fase de hormigonado se va subiendo simultáneamente el tubo tremie, pero teniendo la precaución de mantenerlo siempre unos dos metros introducido en el hormigón fresco. A la vez, se va extrayendo la tubería de sostenimiento, manteniéndola siempre por debajo del nivel del hormigón fresco. Así, se consigue evitar cortes en el hormigonado por el desprendimiento de las paredes de la perforación. Cuando el hormigón alcanza la cota de la rasante del terreno se concluye con el hormigonado.
Este tipo de pilote muy recomendable para empotramientos en roca, pilotes a perforar en zonas con bolos, estratos cementados, en incluso en zonas con rellenos muy heterogéneos como escolleras. También se utiliza para la ejecución de pilotes bajo el nivel del agua, tal y como se aprecia en la siguiente fotografía de la construcción del puente en el sur de Guayaquil (Ecuador).
