El otro día, al entrar al despacho de los doctorandos del Departamento de Ingeniería de la Construcción, vi junto a la mesa de Esteban Camacho una silla realmente sorprendente, pues, contrariamente a lo que pudiera parecer, estaba fabricada con hormigón y, aunque uno se sentara encima, increíblemente no se rompía.
Se trata del HMAR (Hormigón de Muy Alto Rendimiento). En realidad, es un nuevo material que se encuentra en investigación en el grupo del profesor Pedro Serna, del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universidad Politécnica de Valencia. Como dice nuestro amigo Esteban, se trata realmente de un «acero pobre».
Resulta increíble que, con espesores de entre 16 y 38 mm, sin utilizar ningún tipo de refuerzo convencional, este tipo de material presenta más de 160 MPa de resistencia a compresión y más de 30 MPa a flexión equivalente. ¡Con razón permite soportar perfectamente el peso de una persona!
Las ventajas respecto al acero son fácilmente adivinables: peso de 3 a 4 veces menor, mayor facilidad de transporte, mayor resistencia al impacto y a agentes ambientales, etc. Además, respecto al hormigón convencional, presenta mayor resistencia a compresión, mayor versatilidad de formas, mayor gama de acabados superficiales, etc.
Es evidente que, hoy día, aún puede ser un problema el coste respecto al hormigón convencional, pero probablemente sea un material de futuro claro. ¡Habrá que reinventar las normas! Aunque es de hormigón, su extrema esbeltez obliga a considerar los problemas típicos de las estructuras metálicas, como la esbeltez o la abolladura.
El grupo de investigación está, en este momento, realizando un puente a escala real con este material. Sin embargo, para los más curiosos, os dejo la fotografía de un anillo realizado con HMAR. ¿Quién iba a decir que el hormigón sería objeto de culto en la joyería?
Anillo realizado con HMAR (Hormigón de Muy Alto Rendimiento)
Infografía sobre la ampliación del puente de Rande
El puente de Rande es un puente atirantado inaugurado en 1978 que une los municipios de Redondela y Moaña, en los márgenes del estrecho de Rande, en la Ría de Vigo, evitando dar un rodeo de más de 50 km. Fue proyectado por el ingeniero italiano Fabrizio de Miranda, el español Florencio del Pozo (que también se encargó de la cimentación) y Alfredo Passaro. En 1979 obtuvo el Premio Europeo a la Construcción metálica más destacada. Sin embargo, el puente se ha quedado pequeño y debe ampliarse, tal y como veremos en uno de los vídeos que os dejo en la entrada.
El puente, en su tramo central, es del tipo atirantado. El conjunto se completa con dos viaductos de acceso, formados por dos vigas de cajón continuas, una por cada calzado, de hormigón pretensado. La longitud total de los viaductos es de 863 metros. Por tanto, el puente mide 1.558 m de longitud total, desde el puente metálico hasta los viaductos de acceso.
Las columnas que lo sostienen tienen una altura de 148 m sobre el fondo marino. Consta de un tablero metálico con un ancho total de 23,46 m, que permite una doble circulación en cada sentido y que se encuentra a una cota de 50 m sobre el nivel del mar. La luz libre entre las pilas centrales es de 400,14 m, lo que lo situó en su momento en el segundo con más luz del mundo para ese tipo de puentes. Entre las pilas centrales y las de tierra hay un tramo de 147,42 m en ambos lados, lo que da un total de longitud para el puente central atirantado de 694,98 m.
El tablero está suspendido de cables rectos, anclados en los bordes del tablero y en las cabezas de las pilas centrales. Las pilas centrales de hormigón armado tienen una altura de 128,10 sobre el nivel del mar y descansan sobre unas fundaciones que llegan a la cota menos 20, cimentadas directamente sobre la roca del fondo de la ría.
Os paso un vídeo, ya antiguo, de ACCIONA sobre la construcción de dicho puente, así como otro, actual, sobre la presentación del proyecto de ampliación de este. Espero que os gusten.
¿Cómo se podrían optimizar, en tiempos de cálculo razonables, problemas complejos de redes de transporte, estructuras de hormigón (puentes, pórticos de edificación, túneles, etc.) y otros tipos de problemas de decisión empresarial cuando la dimensión del problema es de tal calibre que resulta imposible resolverlos con métodos matemáticos exactos? La respuesta consiste en métodos aproximados, también denominados heurísticos. Este artículo divulgativo trata de ampliar otros anteriores en los que ya hablamos de los algoritmos, de la optimización combinatoria, de los modelos matemáticos y otros temas similares. Más adelante explicaremos otros temas relacionados específicamente con aplicaciones a problemas reales. Aunque para los más curiosos, os paso en abierto una publicación donde se han optimizado con éxito algunas estructuras de hormigón como muros, pórticos o marcos de carretera: (González et al., 2008).
Desde los primeros años de la década de los 80, la investigación sobre los problemas de optimización combinatoria se centra en el diseño de estrategias generales que guíen las heurísticas. Se les ha llamado metaheurísticas. Se trata de combinar inteligentemente diversas técnicas para explorar el espacio de soluciones. Osman y Kelly (1996) nos aportan la siguiente definición: “Los procedimientos metaheurísticos son una clase de métodos aproximados diseñados para resolver problemas de optimización combinatoria difíciles, en los que los heurísticos clásicos no son ni efectivos ni eficientes. Los metaheurísticos proporcionan un marco general para crear nuevos algoritmos híbridos que combinan diferentes conceptos derivados de la inteligencia artificial, la evolución biológica y la mecánica estadística”.
Aunque existen diferencias apreciables entre los distintos métodos desarrollados hasta el momento, todos ellos tratan de conjugar en mayor o menor medida la intensificación en la búsqueda –seleccionando movimientos que mejoren la valoración de la función objetivo-, y la diversificación –aceptando aquellas otras soluciones que, aun siendo peores, permiten la evasión de los óptimos locales-.
Las metaheurísticas pueden agruparse de varias formas. Algunas clasificaciones recurren a cambios sucesivos de una solución a otra en la búsqueda del óptimo, mientras otras se sirven de los movimientos aplicados a toda una población de soluciones. El empleo, en su caso, de la memoria que guíe la exploración del espacio de posibles elecciones permite otro tipo de agrupamiento. En otras circunstancias, se emplean perturbaciones en las opciones, en la topología del espacio de soluciones o en la función objetivo. En la Figura se presenta una propuesta de clasificación de las heurísticas y metaheurísticas empleadas en la optimización combinatoria (Yepes, 2002), que comparten todas ellas la necesidad de contar con soluciones iniciales que permitan cambios para alcanzar otras mejores. Es evidente que en este momento existen muchas más técnicas de optimización, pero dicha clasificación puede ser un punto de partida para una mejor taxonomía de dichas técnicas.
Figura. Taxonomía de estrategias empleadas en la resolución aproximada de problemas de optimización combinatoria sobre la base de soluciones iniciales (Yepes, 2002)
Las metaheurísticas empleadas en la optimización combinatoria podrían clasificarse en tres grandes conjuntos. Las primeras generalizan la búsqueda secuencial por entornos de modo que, una vez se ha emprendido el proceso, se recorre una trayectoria de una solución a otra vecina hasta que este concluye. En el segundo grupo se incluyen los procedimientos que actúan sobre poblaciones de soluciones, evolucionando hacia generaciones de mayor calidad. El tercero lo constituyen las redes neuronales artificiales. Esta clasificación sería insuficiente para aquellas metaheurísticas híbridas que emplean, en mayor o menor medida, estrategias de unos grupos y otros. Esta eventualidad genera un enriquecimiento deseable de posibilidades adaptables, en su caso, a los distintos problemas de optimización combinatoria.
Referencias
GONZÁLEZ-VIDOSA-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; CARRERA, M.; PEREA, C.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I. (2008) Optimization of Reinforced Concrete Structures by Simulated Annealing. TAN, C.M. (ed): Simulated Annealing. I-Tech Education and Publishing, Vienna, pp. 307-320. (link)
YEPES, V. (2002). Optimización heurística económica aplicada a las redes de transporte del tipo VRPTW. Tesis Doctoral. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València. 352 pp. ISBN: 0-493-91360-2. (pdf)
El ferrallista, también llamado ferralla, es el profesional que, en una obra de construcción, se encarga de la elaboración y colocación del hierro con el que se construyen las estructuras de hormigón armado. Las principales tareas de estos trabajadores son las siguientes:
Interpretar la documentación técnica para preparar los trabajos de elaboración de armaduras, de modo que estos puedan realizarse de manera coherente.
Medir, cortar y doblar las barras de acero que formarán parte de la armadura de los elementos constructivos de hormigón armado, de acuerdo con las especificaciones técnicas suministradas.
Montar armaduras para elementos constructivos de hormigón armado, con barras preformadas y siguiendo las especificaciones técnicas que se indiquen
Instalar y montar en obra las armaduras realizadas en el taller, así como complementarlas o confeccionar otras in situ, de acuerdo con los requerimientos del proyecto.
Un aspecto a tener en cuenta, pero que será objeto de otro artículo, es la industrialización progresiva de la fabricación de la ferralla. La normalización de los esquemas de armaduras y los procesos de industrialización en su montaje proporcionan ventajas evidentes a tener en cuenta.
Os adjunto dos vídeos, uno de Structuralia y otro de la Junta de Andalucía que describen este oficio. En uno de ellos podréis descubrir algunas malas prácticas de seguridad. Espero que os gusten.
Un falso túnel es una infraestructura que se construye cuando un obstáculo natural de escasa altura debe ser atravesado por una línea ferroviaria o por una carretera, de forma que no resulta conveniente perforar un túnel debido al escaso recubrimiento y al riesgo de que la construcción de una trinchera convencional desencadene desprendimientos. En otras ocasiones, la construcción de falsos túneles se justifica simplemente por la necesidad de minimizar el impacto ambiental de la vía de comunicación, especialmente cuando el trazado pasa cerca de zonas urbanas.
Una forma de construir un falso túnel consiste en ejecutar unas pantallas, ya sea con pilotes o con una hidrofresa. Tras esas pantallas laterales, se ejecuta la losa de cubrición que constituye el techo del túnel. Una vez fraguado el hormigón de la losa, se puede proceder a trabajar bajo tierra, vaciando la caverna generada entre las pantallas y la losa, hasta el nivel del suelo del túnel. La ejecución de pantallas con pilotes consiste en hacer “taladros” consecutivos, que luego son rellenados con acero y hormigón. Si utilizamos una hidrofresa, el principio es el mismo, solo que la perforación es rectangular.
Si el falso túnel se realiza a una profundidad mayor de 5-10 m es necesario ejecutar losas intermedias, para garantizar la integridad de las pantallas laterales. Este método es muy seguro, habiéndose construido bastantes kilómetros de túneles de todo tipo, por ejemplo, en Madrid, tanto de metro (línea 11 en la avenida de Abrantes, línea 1 en la calle Congosto…) como de cercanías (Pasillo Verde, Getafe…), sin incidentes a reseñar. Incluso en terrenos particularmente complicados como la Vega del Manzanares, este método ha dado un gran rendimiento en la ejecución del soterramiento de la M30.
A continuación, os paso una animación realizada por la empresa Proin 3D para Adif del túnel ferroviario de alta velocidad Barcelona Sants-La Sagrera, también conocido como túnel del Eixample. El túnel, que une la estación de Barcelona Sants con la futura estación de La Sagrera, forma parte de la línea de alta velocidad Madrid-Zaragoza-Barcelona-Frontera francesa.Fue inaugurado el 8 de enero de 2013, juntamente con el tramo entre Barcelona Sants y Figueras-Vilafant de la LAV Madrid-Barcelona-Francia, y el 9 de enero de 2013 comenzó su explotación comercial con trenes de Renfe Operadora.
En la animación podemos ver la ejecución del falso túnel, tanto con pilotadoras como con hidrofresas. Espero que os guste.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
El viento constituye una acción de gran importancia que debe considerarse debidamente en el cálculo de las estructuras. Constituye una acción de tipo dinámico que, a veces, se acopla a determinadas estructuras (como el colapso del puente de Tacoma Narrows) y, en otras ocasiones, provoca accidentes con víctimas.
Os paso varios vídeos sobre este tema con el fin de propiciar cierta reflexión. El cálculo de estructuras no debería ser una labor mecánica, sino una profunda reflexión sobre el comportamiento de nuestras futuras infraestructuras. Os recomiendo la página web siguiente: www.patologiasconstruccion.net. Espero que os gusten los vídeos.
Colapso del puente de Tacoma, que, aunque ya tiene sus años, no deja de sorprender sus imágenes y creemos que es muy adecuado para nuestros alumnos de ingeniería:
Es difícil añadir algo nuevo sobre un puente tan famoso como el Golden Gate, en la ciudad californiana de San Francisco. Sin embargo, no puedo dejar pasar la oportunidad de hablar de él en mi blog y recomendar un vídeo de National Geographic que nos acerca a esta obra. Se trata de uno de los puentes colgantes más fotografiados. La construcción comenzó el 5 de enero de 1933. El proyecto costó más de $35 millones y se inauguró el 27 y 28 de mayo de 1937. El ingeniero jefe del proyecto fue Joseph Strauss, junto con el ingeniero estructural Charles A. Ellis, aunque tampoco hay que olvidar a otros colegas que colaboraron como I. F. Morrow, O. H. Ammann, C. Derleth Jr., L. S. Moisseiff y R. G. Cone.
Antes de la construcción del puente, la única forma de cruzar la bahía de San Francisco era el ferry, de forma que, en el siglo XX, la bahía estaba obstruida por la gran cantidad de ferries que circulaban.
Catalogado como puente colgante, con una longitud aproximada de 1.280 m, está suspendido entre dos torres de 227 m de altura. Colgados entre dos elegantes torres, los dos cables principales del puente pesan 11.000 toneladas cada uno y están formados por 25.000 cables individuales. Tiene una calzada de seis carriles (tres en cada dirección) y dispone de carriles protegidos accesibles para peatones y bicicletas. El puente también transporta de un lado a otro del canal gran cantidad de la energía necesaria para el desarrollo de la zona en tendidos eléctricos y conducciones de combustible. Bajo su estructura, deja 67 m de altura para el paso de los barcos a través de la bahía. El Golden Gate constituyó la mayor obra de ingeniería de su época.
Puente colgante Golden Gate, en San Francisco. La segunda imagen corresponde al color que la Armada estadounidense quería. Crédito: Joan Campderrós-i-Canas/CC BY 2.0; Golden Gate Bridge, https://www.californiasun.co/stories/6-fascinating-facts-about-california-avocado-and-bumble-bee-bridge-edition/
Os paso el vídeo que os comenté antes. Espero que os guste.
Las III Jornadas Internacionales de Enseñanza de la Ingeniería Estructural de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructural (ache) serán un punto de encuentro para todas las personas relacionadas con la docencia de la ingeniería estructural, entendida en un sentido amplio que abarca cualquier material, entorno profesional y nivel educativo. Serán bilingües en español-inglés, con posibilidad de presentar y redactar las ponencias en cualquiera de los dos idiomas.
Las Jornadas se celebrarán en Valencia los días 12 y 13 de junio del año 2013 (un día y medio) y se pretende que sean un foro para compartir experiencias relacionadas con aspectos como la implantación de las nuevas titulaciones adaptadas a las ideas de la Declaración de Bolonia, la internacionalización de la docencia y de la actividad profesional, las nuevas materias o la conexión entre la universidad y la empresa.
Temas de las Jornadas
Los temas que se tratarán serán los siguientes:
Innovación educativa
Metodologías activas de enseñanza-aprendizaje
Aplicación de nuevas tecnologías
Coordinación horizontal y vertical
Nuevos sistemas de evaluación
Enseñanza y/o formación multidisciplinar en la ingeniería estructural
Formación continua en la ingeniería estructural
Nuevos retos y temas en la enseñanza de la ingeniería estructural
Ingeniería estructural, sociedad y empresa
Nuevas titulaciones e ingeniería estructural
Compatibilización de docencia e investigación
Desarrollo de la creatividad
Arte estructural, historia de la ingeniería estructural, tipología estructural
Cooperación al desarrollo
Sostenibilidad
Ética en el contexto de la ingeniería estructural
Nuevos materiales
Patología, mantenimiento y rehabilitación de estructuras
Otros retos y temas
Ingeniería estructural en un contexto internacional
Enseñanza para el desarrollo profesional en un entorno internacional (ubicación de proyectos, normativas aplicables, equipos de trabajo)
Experiencias en la implantación del Espacio Europeo de Educación Superior
A continuación, os dejo un vídeo, realizado por la empresa Proin 3D para ADIF, realmente interesante, que trata de la construcción de un gran viaducto de 1488 m que cruza el río Tajo en una zona ensanchada por el embalse de Alcántara. Se trata de un tramo de la Línea de Alta Velocidad Madrid-Extremadura, en el subtramo Cañáveral-Embalse de Alcántara. Este viaducto presenta como característica principal un vano central tipo arco, con una luz de 324 m y una altura superior a 90 m sobre el nivel medio del río.
El vídeo muestra el proceso constructivo de esta estructura singular. El arco se realiza mediante voladizos sucesivos atirantados, a partir de dos torres de atirantamiento situadas sobre las pilas ubicadas en los arranques del arco, en ambas márgenes del río. Cada torre se atiranta desde las cimentaciones de las pilas adyacentes, que requieren unidades de anclaje en el terreno. La construcción del tablero se realiza vano a vano mediante una cimbra autoportante dispuesta desde ambos estribos. Estas autocimbras son como encofrados apoyados sobre las pilas previamente construidas y sostienen vanos completos de hasta 60 metros de longitud, mientras se endurece el hormigón, que le da la forma y la capacidad final al tablero.
El tesado del tablero de un puente se realiza mediante la técnica del postesado o postensado, prácticamente imprescindible en los sistemas constructivos con voladizos sucesivos y dovelas. Se denomina hormigón pretensado a la tipología de construcción de elementos estructurales de hormigón sometidos intencionadamente a esfuerzos de compresión antes de su puesta en servicio. Dichos esfuerzos se consiguen mediante cables de acero que son tensados y anclados al hormigón. Esta técnica se emplea para superar la debilidad natural del hormigón frente a esfuerzos de tracción y fue patentada por Eugène Freyssinet en 1920. El objetivo es aumentar la resistencia a la tracción del hormigón mediante la introducción de un esfuerzo de compresión interno que contrarreste en parte el esfuerzo de tracción generado por las cargas de servicio en el elemento estructural.
Con la técnica del postesado se trata de aplicar la compresión tras el vertido y el secado in situ del hormigón. En el interior del encofrado se coloca una vaina de plástico, acero o aluminio, para seguir el trazado más conveniente en el interior de la pieza, siguiendo la franja donde, de otra manera, se registrarían tracciones en el elemento. Una vez que el hormigón se ha endurecido, los tendones se introducen a través de los conductos. Después, dichos tendones se tensan mediante gatos hidráulicos que reaccionan contra la propia pieza de hormigón. Cuando los tendones se han estirado lo suficiente, de acuerdo con las especificaciones de diseño, estos quedan atrapados en su posición mediante cuñas u otros sistemas de anclaje y mantienen la tensión después de que los gatos hidráulicos se retiren, transfiriendo así la presión hacia el hormigón. El conducto se rellena con grasa o con lechada de cemento para proteger los tendones de la corrosión.
Os paso un par de vídeos para que veáis cómo se realiza la técnica. Espero que os gusten.
El otro día, al entrar al despacho de los doctorandos del Departamento de Ingeniería de la Construcción, vi junto a la mesa de Esteban Camacho una silla realmente sorprendente, pues, contrariamente a lo que pudiera parecer, estaba fabricada con hormigón y, aunque uno se sentara encima, increíblemente no se rompía.
