Figura 1. Encofrado deslizante. https://es.wikipedia.org/wiki/Encofrado_deslizante
Los encofrados deslizantes son una técnica de construcción de gran interés, especialmente cuando nos encontramos ante el desafío de estructuras altamente esbeltas, como pilares de puentes, chimeneas industriales, silos o torres solares. Este procedimiento se basa en el uso de un encofrado rígido que se desplaza verticalmente a un ritmo controlado de 5 a 20 cm/h. El proceso comienza con la colocación del hormigón en el encofrado en capas sucesivas. A medida que el hormigón se endurece, el encofrado se eleva gradualmente mediante dispositivos de elevación, como gatos hidráulicos, impulsado por un sistema hidráulico. Sobre esta técnica ya escribimos un artículo anterior. Ahora vamos a dar unas recomendaciones relacionadas con los aspectos constructivos de la técnica.
Se lleva a cabo un deslizamiento continuo durante las 24 horas del día para evitar la formación de juntas frías. Por tanto, es crucial garantizar un suministro constante de materiales como hormigón y acero, así como electricidad y acceso a la obra. Es de vital importancia garantizar que el hormigón presente características uniformes, pues cualquier variación en su dosificación puede ocasionar arrastres en la superficie y defectos que requerirán reparación. Además, los cambios en las condiciones climáticas pueden afectar al tiempo de fraguado, por lo que es necesario controlar la consistencia y dosificación del hormigón, junto con el control de la resistencia. Otro factor relevante es asegurar un suministro continuo de hormigón, ajustado a la frecuencia y cantidad necesarias de acuerdo con el ritmo de elevación del encofrado.
En cuanto al proceso constructivo, se recomienda llevar a cabo el hormigonado, la colocación de armaduras y el montaje de puertas, ventanas y placas de manera progresiva a medida que el encofrado se eleva desde una plataforma de trabajo ubicada al nivel del borde superior en ambas caras. Se emplean plataformas adicionales para el control y revisión de la superficie. El peso de estas plataformas y del encofrado deslizante se carga mediante los gatos en los tubos de trepa, los cuales permanecen en el hormigón hasta que se complete el deslizamiento. Luego, se retiran junto con la camisa exterior elevada con el encofrado, creando un espacio fraguado debajo donde se alojan los tubos a lo largo de toda la altura.
Con el fin de prevenir posibles accidentes por caídas de objetos, es necesario delimitar una zona alrededor del área de construcción, a una distancia equivalente a la cuarta parte de la altura de los trabajos, medida desde el borde exterior de la obra. Se recomienda contar con un especialista en encofrado deslizante en la obra para garantizar un manejo adecuado y una respuesta eficiente ante situaciones complejas.
Dadas las condiciones particulares de cada obra y la necesidad de trabajar de forma continua durante 24 horas, se deben implementar medidas adicionales de seguridad, como señalización de advertencia, iluminación nocturna y redes de protección. Asimismo, resulta fundamental prestar especial atención a la nivelación de la superficie de apoyo del encofrado durante el montaje y llevar a cabo un replanteo inicial preciso. Para lograr un rendimiento óptimo, se requiere un equipo con experiencia en el sistema para minimizar los tiempos de inactividad entre las distintas actividades.
En cuanto al control de la verticalidad, es importante realizar un seguimiento periódico de la nivelación de los gatos y realizar los ajustes necesarios de forma manual. Esto contribuirá significativamente a prevenir desplomes. Además, se debe verificar la verticalidad de la obra una vez finalizada, utilizando plomadas de gravedad, plomadas ópticas o plomadas láser. Asimismo, se debe evitar la rotación en planta de la sección transversal mediante la disposición de perfiles longitudinales lo suficientemente rígidos.
Un documental extenso sobre este sistema de encofrados deslizantes lo podéis ver aquí.
Referencias:
DINESCU, T.; SANDUR, A.; RADULESCU, C. (1973). Los encofrados deslizantes. 1ª edición. Espasa-Calpe, S.A. Pozuelo de Alarcón, 496 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Figura 1. Cimbra estandarizada. https://www.peri.es/productos/andamios/cimbras-y-torres-de-carga/peri-up-flex-shoring.html
La cimbra se define como un elemento estructural utilizado para sostener el hormigón durante su fraguado y adquisición de resistencia suficiente para soportar su propio peso, así como cargas temporales en situaciones provisionales, como el apuntalamiento de estructuras en condiciones transitorias. Para ello, antes de emplear cualquier tipo de cimbra en una obra, es necesario contar con un proyecto firmado por un técnico especializado en estructuras, indicando claramente su nombre, apellidos y titulación.
En el contexto de España, la Orden Circular 3/2006 establece las medidas de seguridad a adoptar en el uso de instalaciones y medios auxiliares de obra. Según esta normativa, es obligatorio que el proyecto específico completo de la cimbra sea redactado por un técnico titulado competente, con al menos 5 años de experiencia probada en estructuras, respaldada por un curriculum vitae firmado. Además, dicho proyecto debe ser visado por el colegio profesional correspondiente. Este documento debe incluirse como anejo en el Plan de Seguridad y Salud.
De acuerdo con la Orden FOM 3818/2007, que establece instrucciones complementarias para el empleo de elementos auxiliares en la construcción de puentes de carretera, el jefe de obra de la empresa contratista asume la responsabilidad de garantizar que el uso de los medios auxiliares durante la ejecución de la obra se realice de acuerdo con lo indicado en el proyecto y sus manuales correspondientes. Además, debe establecer los volúmenes y rendimientos que pueden lograrse en cada unidad, teniendo en cuenta las características del elemento auxiliar, de manera que se cumplan en todo momento las condiciones de seguridad estipuladas en el proyecto. Asimismo, es obligatorio que el contratista adjudicatario de la obra redacte un proyecto específico completo para la utilización de cualquier tipo de medio auxiliar en la construcción de un puente, el cual deberá ser visado por el Colegio Profesional correspondiente.
El alcance de la documentación del proyecto puede variar dependiendo de la complejidad o estandarización de la cimbra. Para ello se clasifican las cimbras en diferentes grupos o clases. Sin embargo, es importante destacar que los criterios de dimensionamiento, detalles y bases de cálculo utilizados para dimensionar cualquier tipo de cimbra no deben diferir de los que se aplican a otras estructuras metálicas según la normativa vigente.
El proyecto debe incluir, al menos, la siguiente información:
Una memoria descriptiva donde se detallen las instrucciones para el montaje y uso de las piezas. Esta descripción debe contener todos los datos necesarios para utilizar correctamente los materiales en todas las etapas del trabajo. También se deben indicar las posibles interferencias con el entorno, como líneas eléctricas u otros servicios, y cómo resolverlas. Además, se deben proporcionar recomendaciones para el montaje y desmontaje de la cimbra. En esta memoria descriptiva se deben incluir también los criterios de aceptación y rechazo de los materiales, como deformaciones o corrosión, así como las tolerancias permitidas para el montaje, los desplomes y las excentricidades. Es posible que parte de estas condiciones estén especificadas en un Pliego de Prescripciones Técnicas.
Los planos deben definir la disposición de los diferentes elementos de la cimbra. En caso de usar material estándar, es necesario adjuntar documentación gráfica correspondiente.
Se debe proporcionar un anejo de cálculo que justifique los elementos dispuestos. Se considerarán todas las hipótesis de cálculo más desfavorables previsibles durante el hormigonado y el movimiento de la cimbra, con el cálculo de las flechas de la cimbra en situación de hormigonado y las reacciones en apoyos. En el caso de utilizar material estándar, se puede realizar la justificación a través de ensayos, incluyendo la documentación de dichos ensayos, las condiciones en las que se llevaron a cabo y las especificaciones de uso que se deduzcan.
En el caso de cimbras autolanzables, lanzadores, u otros dispositivos similares, puede ser necesario proceder a una prueba de carga para validar el diseño y la fabricación, o para obtener datos precisos sobre las deformaciones. En el proyecto se deben indicar las diferentes posiciones de la prueba, así como las magnitudes de las deformaciones. También se debe incluir una historia cronológica de la utilización de la cimbra, con el resumen de las distintas reutilizaciones que ha tenido, especificando las características de los viaductos realizados (número de ellos, longitud, luces de los vanos y su número, secciones, pendientes, radios en planta, etc.).
Se deben establecer los requerimientos geotécnicos, especificando las presiones admisibles que el terreno debe soportar. Un técnico competente debe verificar que estas presiones sean adecuadas para el terreno en cuestión.
Os dejo a continuación una nota de servicio del Ministerio de Fomento sobre las instrucciones para la utilización de cimbras autolanzables (móviles) en la construcción de puentes de carretera.
También os paso la Circular Nº 3/2006 sobre medidas a adoptar en materia de seguridad en el uso de instalaciones y medios auxiliares en obra, del Ministerio de Fomento.
Asimismo, os paso la Orden FOM/3818/2007, de 10 de diciembre, por la que se dictan instrucciones complementarias para la utilización de elementos auxiliares de obra en la construcción de puentes de carretera.
Figura 1. Cimbra. https://www.alsina.com/es-es/productos-y-soluciones/puntales-cimbras-y-andamios/cimbra-cl/
Es vital garantizar la seguridad de los trabajadores encargados del montaje, uso, maniobras y desmontaje de las cimbras. Esto implica proporcionarles recursos adecuados y superficies de trabajo seguras para prevenir accidentes graves, como colisiones o caídas desde alturas peligrosas. Para lograrlo, se deben tomar medidas en cuatro áreas clave: proporcionar recursos adecuados, fomentar una mentalidad proactiva, asegurar la integridad estructural de los elementos y minimizar las consecuencias de fallos o errores. Además, todas las operaciones deben ser supervisadas por el proveedor de la estructura y la persona encargada de su ejecución, independientemente de la presencia del coordinador de seguridad y salud en la obra. Esto asegura un cumplimiento adecuado de las normas de seguridad y prevención de riesgos.
Para cada proyecto de cimbra, es obligatorio incorporar un “Anejo de Operación” redactado por el autor del proyecto de la cimbra. Este anejo debe presentarse al responsable de seguridad y salud de la obra, y debe describir explícitamente las operaciones que se ejecutarán durante su utilización, así como la manera de llevarlas a cabo. Es importante destacar que este anejo no debe oponerse a las disposiciones que se establecen en el Estudio de Seguridad y Salud y el consiguiente Plan de Seguridad y Salud de la obra, sino que debe cumplirlas. En particular, se deben incluir los siguientes aspectos:
El proceso de montaje y desmontaje requiere incluir los medios auxiliares requeridos, el peso y la ubicación de los elementos a colocar, la posición del personal para la unión o separación de los elementos sucesivos y cómo acceden a las respectivas posiciones, las herramientas necesarias y su transporte, los medios de seguridad requeridos y la forma en que deben utilizarse para garantizar la seguridad de los operarios. También se debe indicar en qué zonas está prohibida la presencia de operarios durante el desmontaje. En ciertos casos, puede ser necesario establecer puntos de agarre para facilitar el desmontaje de las piezas.
Para garantizar una ejecución satisfactoria del cimbrado y descimbrado: Es necesario proporcionar instrucciones claras sobre el posicionamiento de la cimbra, incluyendo la accesibilidad a los elementos de maniobra y unión, la secuencia de operaciones, la asignación del personal, y los medios y herramientas indispensables. En relación con el descimbrado, además de las instrucciones antes mencionadas, se deben detallar los procedimientos de desmontaje del encofrado y la ubicación precisa de los materiales retirados.
Se debe indicar la ubicación permitida para el personal durante las diferentes operaciones como el ferrallado, hormigonado o pretensado, las áreas designadas para el acopio y su capacidad de carga y la distribución precisa de cargas para evitar desequilibrios. Además, se debe especificar, la ubicación de pasillos de circulación, los puntos de conexión para los cables de seguridad y vías de paso entre niveles. Es esencial incluir precauciones que garanticen la seguridad de los trabajadores que no están familiarizados con el manejo de la cimbra.
En el caso de cimbras estandarizadas, es obligatorio que el fabricante proporcione una “Guía de Operación” que abarque todas las aplicaciones posibles. En tal caso, basta con presentar esta guía junto con un informe sucinto que pueda adaptarse al caso específico, en lugar de un anejo detallado.
En el caso de utilizar componentes de la cimbra suministrados por la obra, como pasillos y barreras, es importante incluirlos en el anejo junto con los suministrados por el fabricante, diferenciando claramente su origen. Para todos estos elementos, se deben especificar las características necesarias, incluidas, entre otras, la resistencia, el método de sujeción y la geometría.
Os dejo a continuación un par de documentos sobre normas constructivas de cimbras montadas con elementos prefabricados.
Figura 1. Hormigonado en tiempo frío. https://madridsurarquiobras.es/blog/?p=199
La temperatura del hormigón es un factor crítico, especialmente en climas fríos, donde se debe evitar su congelación durante todas las etapas del proceso. La temperatura de amasado depende del grosor mínimo de las piezas que se van a hormigonar, de la temperatura del aire y de la pérdida de temperatura durante el transporte hasta el lugar de trabajo. A medida que aumenta el volumen de la sección hormigonada, la pérdida de calor se vuelve más lenta y el calor generado durante la hidratación adquiere más importancia. Por lo tanto, se recomienda una temperatura más baja para la masa de hormigón que se va a colocar y también una temperatura de salida más baja en el amasado. En el caso de estructuras de gran volumen, es crucial limitar la temperatura del hormigón para evitar problemas de fisuración.
Es importante tener en cuenta que las pérdidas de calor aumentan en proporción a la diferencia de temperaturas. Por lo tanto, elevar la temperatura del hormigón por encima de los valores recomendados no garantiza una protección proporcional contra la congelación, sino que puede generar efectos no deseados, como un mayor consumo de agua, una rápida disminución de la consistencia, un fraguado acelerado o un incremento de la retracción térmica.
También es relevante considerar que las superficies expuestas del hormigón pueden experimentar una rápida pérdida de humedad debido a que, al estar en contacto con el aire frío, calientan el aire circundante, lo que disminuye la humedad relativa y provoca la evaporación del agua superficial. Por tanto, se recomienda que la temperatura del hormigón durante su colocación sea lo más baja posible, tal y como se comentó anteriormente. A partir de la temperatura de colocación y de la pérdida de temperatura durante el transporte hasta el lugar de trabajo, se puede determinar la temperatura de amasado del hormigón.
La temperatura de amasado del hormigón se puede lograr calentando los distintos materiales que lo componen. El cálculo de la temperatura de la mezcla se obtiene a partir del balance térmico de los diferentes materiales, ya que la cantidad total de calor de los materiales antes y después del amasado es la misma, siendo la única incógnita la temperatura final. No se debe olvidar el calor latente de fusión del hielo en caso de que el agua de los áridos esté congelada.
A continuación os dejo un problema resuelto que, espero, os sea de interés.
AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.
Figura 1. Esquema de estribo cerrado. Imagen: V. Yepes
El estribo cerrado es uno de los tipos más comunes de estribos utilizados en puentes. Consiste en un muro frontal, que constituye la estructura principal del estribo, aletas laterales (con o sin muro lateral), un murete guarda y una losa de transición. En la Figura 1 se puede ver el esquema de su sección transversal. El muro frontal se encarga de recibir la carga del tablero a través de los apoyos, los cuales permiten que el tablero se mueva de forma independiente a los movimientos ocasionados por las tierras circundantes. Además, el estribo cerrado se apoya en el terreno natural, en lugar de hacerlo sobre el terraplén, lo que ayuda a reducir los asientos a largo plazo. Esto es especialmente beneficioso para evitar asentamientos que podrían afectar al tablero si este fuera hiperestático.
El diseño de la parte superior del estribo se determina según el tipo de carga y los movimientos del tablero. Por otro lado, la parte inferior está influenciada por las acciones del tablero y el empuje de las tierras, especialmente cuando el estribo es alto. En el caso de puentes ferroviarios, donde el empuje horizontal en la parte superior debido al frenado es significativo, el diseño de la parte inferior del estribo, incluyendo la variación de los espesores, el tamaño del cimiento, entre otros aspectos, también se ve afectado por este efecto. En los viaductos destinados a trenes de alta velocidad, es común utilizar anclajes tipo Gewi o cables de pretensado para sujetar el tablero a uno de los estribos. Este estribo se denomina estribo fijo, mientras que la junta de dilatación se ubica en el estribo opuesto.
El cierre lateral del estribo depende de si hay posibilidad de derrame de tierras por delante de él. En el caso poco frecuente de estribos cerrados donde se pueda producir derrame, se soluciona colocando una pequeña aleta triangular perpendicular al muro frontal del estribo. La altura y longitud de la aleta dependerán del grosor del tablero y la inclinación del derrame del terraplén. En el caso más frecuente, donde no hay derrame de tierras por delante del estribo, existen dos soluciones posibles. La primera es extender muros en continuación del muro frontal, conocidos como “aletas en prolongación”. La segunda es disponer muros adyacentes al propio muro frontal y perpendiculares a este, conocidos como “muros en vuelta”. En este último caso, dependiendo de la altura del estribo y la inclinación de las tierras, puede ser necesario construir verdaderos muros de contención para contener el terraplén.
Este tipo de estribo permite no verter tierras por delante de él, lo cual es especialmente útil cuando se desea evitar invadir la vía inferior. En caso de que haya edificaciones cercanas, se puede extender lateralmente el estribo mediante la construcción de un muro en vuelta, que puede prolongarse según sea necesario. Estos muros en vuelta pueden tener un ángulo de 90º con el estribo (Figura 2), siguiendo la disposición del vial en caso de que el estribo se desvíe, o pueden formar un ángulo (generalmente de 30º) siguiendo la inclinación del terraplén.
Figura 2. Paso elevado sobre la línea del ferrocarril en el término municipal de Lodosa. http://www.navarra.es/NR/rdonlyres/36F08D42-4369-4D8F-B831-194DE72E5827/103157/110408op61b2.JPG
En el caso de estribos de gran altura, generalmente a partir de unos 8 m, existen dos opciones alternativas en lugar de mantener un espesor constante, que suele ser significativo y solo necesario en los últimos metros inferiores, donde el cortante y el momento flector son más altos. La primera opción es establecer un espesor variable, en la cual se suele cambiar el espesor cada 4 m, que coincide con la altura típica de las capas de hormigonado. La segunda opción es utilizar un muro frontal nervado con rigidizadores verticales. En este caso, el muro frontal transmite el empuje de las tierras a través de la flexión horizontal a los nervios, y estos, a su vez, lo transmiten verticalmente a la cimentación.
La impermeabilización es un elemento esencial en un estribo, tanto para garantizar su funcionalidad como para reducir los empujes del trasdós. Por esta razón, todos los estribos deben contar con una capa de material filtrante en el trasdós, así como con un tubo de drenaje en el fondo que permita la evacuación de las aguas acumuladas detrás del muro frontal hacia el exterior.
Los asientos que ocurren en el terraplén de acceso son más significativos que los que se producen en el muro. En los puentes de carretera, se evita el resalto abrupto que se generaría en la unión entre ambos elementos mediante el uso de una losa de transición. Esta losa se apoya en las tierras de un lado y en el muro del otro, proporcionando una transición suave entre ambos extremos. El tamaño de esta losa dependerá de la diferencia de asientos entre el muro y el terraplén, así como de la altura y calidad del terraplén. Por lo general, una losa de transición de 4 a 5 m de longitud suele ser suficiente (Manterola, 2006).
Os dejo un pequeño vídeo donde se explican los estribos de los puentes, incluido el estribo cerrado. Espero que os sea de interés.
Referencias:
ARENAS, J.J.; APARICIO, A.C. (1984). Estribos de puente de tramo recto. Santander: Universidad de Cantabria.
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1994). Manual para el proyecto y ejecución de estructuras de suelo reforzado. Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente.
JURADO, C. (2016). Puentes (I). Evolución, tipología, normativa, cálculo. 2ª edición, Madrid.
MANTEROLA, J. (2006). Puentes II.Apuntes para su diseño, cálculo y construcción. Colección Escuelas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
Figura 1. Florentino Regalado Tesoro (1950-2023), en su despacho del estudio de ingenieros. https://www.informacion.es/alicante/2023/06/13/fallece-ingeniero-caminos-florentino-regalado-88628877.html
Hoy, martes 13 de junio de 2023, al momento de escribir estas palabras, me he enterado con pesar del fallecimiento de Florentino Regalado Tesoro.
Con su partida, no solo hemos perdido a un destacado ingeniero, sino también a un ser humano excepcional y querido amigo. Aunque de manera apresurada y sin poder abarcar todo lo que quisiera, no puedo evitar dedicar unas breves líneas en su memoria. Pido disculpas por lo mucho que me dejo en el tintero, pero seguro que me sabréis perdonar.
Florentino nació en Cáceres en 1950, en el seno de una humilde familia vinculada a unas tierras de la Marquesa de Camarena, cerca de Trujillo. Tras finalizar sus estudios de ingeniero de caminos, canales y puertos en Santander, se vino a Alicante para reunirse con su hermano Ricardo.
Alguno de vosotros podéis conocerlo por haber sido el fundador de la empresa CYPE, otros por su faceta docente, por sus innumerables proyectos. Su huella se extiende por toda la provincia de Alicante, con miles de proyectos destacados en edificios de gran altura, centros comerciales, hospitales, puentes y más. Pero yo lo tengo que recordar en sus últimos años como una gran persona. Una pequeña reseña la podéis ver en el periódico Información de Alicante, un periódico donde solía escribir sobre múltiples temas, porque como me dijo un día: “quien no escribe en Información, no es nadie en Alicante”: https://www.informacion.es/alicante/2020/12/12/alicante-cabeza-26233920.html
La última vez que estuve con él personalmente fue en el VIII Congreso de la Asociación Española de Ingeniería Estructural, ACHE, que tuvo lugar en Santander el año pasado. Este congreso se tuvo que retrasar varias veces debido a la pandemia y fue un punto de reencuentro para muchos de nosotros. Aproveché para preguntarle todo aquello de lo que tenía curiosidad. Su sentido común era abrumador y su experiencia en estructuras, desbordante. A modo de ejemplo, le insinué que hoy en día, abordar el cálculo de un rascacielos supone un trabajo de modelización matemática importante que, hace apenas 30 años, era absolutamente impensable. Y la pregunta era clara: ¿cómo calculábais los rascacielos de Benidorm? Claro, quería saber cómo a finales de los 80 se podía abordar el proyecto de la estructura de un edificio como el Gran Hotel Bali de Benidorm, de 186 metros de altura y 53 plantas. Su respuesta fue de lo más inteligente: “con un par de números en una servilleta, pe ele dos partido por ocho (sic)”. Lo que me quería decir es que lo relevante es la experiencia y la comprobación conceptual con grandes números y que, luego, ya vendrían los modelos matemáticos para afinar los resultados. Ingeniería pura. Hablando en ese mismo momento sobre el desastre del terremoto de Lorca, me dio una lección en dos minutos de lo que realmente era importante en un cálculo estructural en un sismo: los detalles constructivos. También hablamos de la salud, de la familia, y de todo tipo de temas. El último día del congreso me despedí de él. Estaba alegre, se iba con su familia a su tierra natal. Luego pude ver algunas fotografías que compartió. Fue la última vez que tuve la ocasión de verle en persona.
Florentino era un apasionado del “patrimonio construido”. Hace unos años ya me contó su preocupación por dejar un montón de escritos sobre este tema que había elaborado a lo largo de su vida y que no sabía bien a quién dejar. Me dejó una fracción pequeña de sus legajos en formato digital. Afortunadamente, no se ha perdido la totalidad de sus escritos, pues me consta que el Colegio de Ingenieros de Caminos ha recibido dicho legado, que hay que ordenar, clasificar y, en su momento, hacer visible.
También fue Florentino una voz independiente y libre que, sin problema alguno, compartía con cualquier interlocutor. Las redes sociales nos han permitido, a través de un grupo de WhatsApp de los ingenieros de caminos de Alicante, conocer sus ideas, sus puntos de vista y sus debates de todo tipo. Eso sí, siempre respetuoso con las ideas de los demás. Esta misma mañana, sin conocer la fatal noticia, algún compañero le preguntaba su opinión sobre el manifiesto de la Asociación de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos y de la Ingeniería Civil sobre la normativa sísmica. No llegamos a tiempo.
Voy a poner un par de anécdotas personales en ese tipo de debates que, como veréis, rezumaban sentido común por todos sus poros. El último intercambio de mensajes ocurrió el 1 de junio pasado. Hacía partícipe a mis compañeros del Premio a la Excelencia Docente que había recibido del Consejo Social de la Universidad Politécnica de Valencia. Florentino me dijo: “Lástima no haberte conocido siendo estudiante”, a lo cual le contesté: “Florentino, lástima no haber coincidido contigo profesionalmente para haber aprendido lo mucho que sabes”. Son unas palabras que valen mucho más que cualquier premio, pues vienen de alguien a quien admiro mucho.
Pero no siempre coincidíamos en nuestras opiniones. Especialmente en el ámbito de las nuevas tecnologías y de la inteligencia artificial. A una noticia recogida en la prensa sobre nuestras investigaciones en optimización de estructuras con algoritmos heurísticos, Florentino me dijo lo siguiente (el lenguaje es coloquial, escrito en WhatsApp, pero sin omitir ni cambiar nada): “Víctor no acabo de explicarme cuando más sabemos, más algoritmos, más normas, más laboratorios, más de todo, mucho más costosas resultan las estructuras. LAS ECONOMÍAS SON UN MITO. Una torre en Benidorm, podía llevarse entre 25 y 30 kg de acero m2. En la actualidad ha subido como poco a los 40. Y si te descuidas puedes fabricar un Titanic. ¿Qué puñetas está pasando?”. Mi respuesta: “Florentino, un ingeniero en su vida, puede calcular 1000 estructuras. Un algoritmo inteligente revisa más de un millón en media hora. Los ahorros existen, no es un mito. El tema es que ahora las consultoras no están aprovechando las ventajas de la investigación de vanguardia. Pero en poco tiempo lo harán”. Sin embargo, no acababa de estar de acuerdo Florentino conmigo y me replicaba: “Lamento discrepar de ti, pero si para la inteligencia natural es un mito absoluto (nadie podrá darnos lo que no tiene), ya me dirás en qué consiste una construcción inteligente, frente a una construcción bien parida y bien construida. Estamos dejándonos arrastrar por un lenguaje que yo ya no entiendo su significado”. Y para zanjar el tema, y terminar de forma elegante este pequeño debate, yo le contesté: “Florentino, estoy encantado de discutir este tipo de temas en un foro como este, de técnicos. A veces se nos olvida lo que somos con otros temas. Los algoritmos no son inteligencia. Son estrategias que utilizan la fuerza bruta del ordenador para hacernos fácil el trabajo. Ingenieros como Florentino son imprescindibles para dar sentido común a lo que se investiga. La experiencia es un grado”. Ya no me pudo rebatir más, ya notábamos todos que sus fuerzas estaban mermando. ¡Maldita enfermedad!
Para acabar esta pequeña reseña personal, me he bajado a la primera planta para rebuscar entre las tesis doctorales defendidas en el Departamento de Ingeniería de la Construcción de la Universidad Politécnica de Valencia. He encontrado los dos tomos de su tesis doctoral: “Investigación y revisión crítica del conocimiento y uso de los forjados reticulares en España, con propuestas de nuevos criterios para su diseño, análisis y construcción”, dirigida por el catedrático Juan José Moragues Terrades, y defendida en el año 2001. Como podéis ver, una tesis presentada ya en la madurez profesional de Florentino. Era otra época, donde el grado de doctor solo se buscaba en el ámbito académico, y donde la publicación de artículos en revistas científicas internacionales no dejaba de ser una anécdota frente a la valía profesional. En mi caso, aunque 14 años más joven, leí la tesis también tarde, en 2002, un año después, tras casi dos décadas de experiencia profesional en empresas constructoras y en la administración pública. Pero algo ya empezaba a cambiar, tanto en nuestra universidad como en la profesión.
Para los que tengáis curiosidad, os dejo el breve resumen de su tesis doctoral, tal y como lo escribió:
“Partiendo de la realidad española del uso de los forjados reticulares, la tesis pretende sistematizar los criterios que se emplean y la razón y ser de los mismos, analizándolos arquitectónica, mecánica y constructivamente a la luz de las principales normas del mundo. Basándonos en nuestra experiencia, ensayos e investigaciones, de tipo numérico realizados sobre esta tipología de forjados, se establece, en nuestra opinión, toda una filosofía operativa que racionaliza y sistematiza el uso de los mismos, reflejando plenamente su comportamiento físico real al margen de consideraciones teóricas y escasamente representativas”.
Os dejo un par de entrevistas, también un par de conferencias donde podéis profundizar algo más en su visión personal de la ingeniería. Descansa en paz, Florentino. Te echaremos mucho de menos.
Figura 1. Gran Puente de Akashi Kaikyō, el puente colgante de mayor vano del mundo. Wikipedia.
El sistema de construcción de puentes colgantes condiciona directamente su comportamiento estructural, ya que la estructura evoluciona progresivamente hasta alcanzar su configuración definitiva. La secuencia de ejecución se organiza en varias fases: construcción de cimientos, anclajes y torres, tendido de cables principales, instalación de péndolas o tirantes verticales y montaje del tablero suspendido. A lo largo de este proceso, el sistema resistente atraviesa estados intermedios en los que no responde al esquema final, pasando de configuraciones parcialmente autoportantes a un sistema en el que los cables principales adoptan una directriz de catenaria que transmite las cargas hacia las torres y los anclajes. Por este motivo, resulta necesario un análisis detallado de las fases constructivas, junto con un control riguroso de las tensiones y deformaciones en cada etapa.
En las primeras fases, la construcción suele iniciarse con la ejecución de los anclajes y de las torres. Los anclajes implican importantes trabajos de movimiento de tierras y se materializan, en general, mediante macizos de hormigón armado de gran volumen, diseñados para resistir las fuerzas horizontales de tracción de los cables principales mediante su peso propio y la interacción con el terreno. A continuación, se construyen las torres o mástiles, que pueden ser de acero o de hormigón, lo que introduce condicionantes específicos asociados a la ejecución en altura. En torres metálicas, el montaje se realiza mediante módulos prefabricados unidos por soldadura o por tornillos de alta resistencia, y los módulos se izan mediante grúas trepadoras ancladas a la propia torre. En torres de hormigón, se emplean encofrados trepadores o deslizantes. En ambos casos, es necesario prever medios auxiliares capaces de elevar cargas de gran peso a cotas elevadas, siendo habitual que las grúas crezcan solidariamente con la estructura. De forma simultánea, se deben controlar las tolerancias geométricas, la verticalidad y los efectos del viento, particularmente relevantes en elementos esbeltos.
Según el sistema de anclaje, la secuencia constructiva difiere significativamente. Cuando los cables se anclan externamente, los contrapesos resultan necesarios y constituyen un elemento fundamental del sistema, ya que permiten transmitir las fuerzas de tracción a los macizos de anclaje. La ejecución de estos sistemas requiere una colocación precisa de los dispositivos metálicos de anclaje, garantizando una adecuada transferencia de esfuerzos y evitando concentraciones de tensiones o deslizamientos. Desde el punto de vista resistente, el conjunto puede interpretarse como un sistema equivalente a un arco invertido que actúa a tracción. En cambio, en los puentes colgantes autoanclados, los cables principales se fijan al propio tablero, lo que elimina la necesidad de contrapesos. En este caso, el tablero pasa a ser el primer elemento a construir, lo que obliga a disponer de estructuras auxiliares provisionales que aseguren su estabilidad hasta el cierre del sistema estructural. Esta configuración implica la pérdida de la posibilidad de construir el tablero por etapas, independientemente de su posición definitiva, lo que condiciona el proceso constructivo.
Una vez completadas las torres y los anclajes, se inicia el montaje de los cables principales, que constituyen el elemento resistente fundamental del puente colgante y cuya correcta ejecución condiciona la geometría final y la distribución de esfuerzos en servicio. Estos cables están formados por miles de alambres de acero galvanizado de alta resistencia, agrupados para trabajar conjuntamente a tracción, siendo determinante la precisión en su trazado geométrico.
El proceso comienza con el tendido de un cable guía que conecta los anclajes entre sí y atraviesa las torres. Tradicionalmente, este cable se disponía mediante embarcaciones en zonas navegables; en la práctica actual, se emplean helicópteros o drones, lo que permite su instalación en emplazamientos de difícil acceso. Este cable guía sirve de soporte para las operaciones posteriores y define la dirección geométrica del cable principal.
A continuación, se instalan las pasarelas de servicio o catwalks, que permiten el acceso continuo a lo largo del vano. En estas pasarelas se monta el cableado mediante dos procedimientos principales. El primero es el método de devanado aéreo o air spinning, en el que los alambres individuales se transportan mediante un carro móvil que recorre repetidamente la distancia entre anclajes, acumulándose progresivamente hasta formar el cable. El segundo es el método de cordones paralelos prefabricados (PPWS), en el que se colocan directamente haces de alambres previamente fabricados en el taller. El método air spinning permite un control preciso del número y la distribución de alambres, mientras que el sistema de cordones prefabricados reduce los tiempos de ejecución en obra.
Una vez completado el montaje de los alambres o cordones, el cable se somete a un proceso de compactación mediante prensas hidráulicas hasta obtener una sección aproximadamente circular. Posteriormente, se recubre con alambre helicoidal y se aplican sistemas de protección frente a la corrosión, como pinturas o envolventes estancas. Estas operaciones permiten mejorar la densidad del cable, reducir los vacíos internos y optimizar su comportamiento frente a las acciones aerodinámicas y a los fenómenos de fatiga..
Figura 2. Montaje de cables en un puente colgante. https://www.ihi.co.jp/iis/en/technology/airspining/index.html
Durante la ejecución de los cables principales, el viento constituye la acción más condicionante, ya que puede provocar desplazamientos transversales en los carros de tendido y en las plataformas de trabajo. Por ello, se emplean sistemas de arriostramiento provisional y amortiguadores, estableciéndose límites operativos en función de la velocidad del viento que pueden obligar a la suspensión temporal de los trabajos.
Una vez finalizados los cables principales, se instalan las péndolas mediante dispositivos de fijación denominados cable bands, que se colocan en posiciones previamente definidas a lo largo de los cables. Cada péndola se dimensiona y ajusta a una longitud específica para garantizar la correcta rasante del tablero y la adecuada distribución de cargas en el sistema de suspensión.
En lo relativo al montaje del tablero, este puede realizarse mediante distintos procedimientos. Uno de los más habituales consiste en el avance mediante voladizos sucesivos, desarrollados de forma simétrica desde las torres hacia el centro del vano y hacia los extremos. Este método requiere el uso de grúas situadas sobre el tablero ya construido, capaces de izar dovelas de distintos tamaños; dichas grúas suelen desplazarse sobre carriles provisionales dispuestos sobre el propio tablero en construcción.
De forma alternativa, las dovelas pueden transportarse por flotación hasta su posición definitiva y elevarse mediante cabrestantes suspendidos de los cables principales, quedando finalmente colgadas mediante las péndolas. Este procedimiento suele presentar ventajas económicas y, en este caso, se ejecuta desde el centro del vano hacia las torres, manteniendo una secuencia simétrica. La elección del método depende de factores como la navegabilidad del entorno, las condiciones logísticas, la altura libre requerida o la disponibilidad de medios auxiliares.
Una vez finalizado el montaje estructural, se desarrolla una fase de ajuste y comprobación en la que se controlan las tensiones de los cables, la nivelación del tablero y la geometría de la catenaria. Estas operaciones pueden implicar el reajuste de las longitudes de las péndolas o la redistribución de tensiones en el sistema de suspensión. De forma complementaria, se realizan pruebas de carga estática y dinámica para verificar el comportamiento global de la estructura antes de su puesta en servicio y contrastar los resultados con los modelos de cálculo empleados en el proyecto.
El mantenimiento del puente se inicia desde su puesta en servicio. Los cables principales, las péndolas y los anclajes están sometidos a esfuerzos continuos y a la acción de agentes ambientales agresivos, lo que exige inspecciones periódicas. Las operaciones habituales incluyen la limpieza y repintado de los cables, el control de la corrosión, la sustitución de péndolas o alambres deteriorados y la supervisión del comportamiento aerodinámico frente al viento. En estructuras de gran luz, es frecuente la implantación de sistemas de monitorización estructural que permiten registrar variables como tensiones, deformaciones y vibraciones en tiempo real.
En este contexto, la durabilidad del puente depende de la eficacia de las estrategias de mantenimiento y de los sistemas de protección frente a la corrosión. Una planificación adecuada de estas actuaciones permite alcanzar vidas útiles superiores a los cien años, mantener condiciones de servicio adecuadas y limitar la necesidad de intervenciones estructurales de gran envergadura.
MANTEROLA, J. (2006). Puentes II.Apuntes para su diseño, cálculo y construcción. Colección Escuelas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
Figura 1. Marcos prefabricados en Vilaseca. Cortesía de ANDECE.
Un estudio realizado por investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), ofrece una alternativa más económica y sostenible para la construcción con marcos prefabricados de hormigón de infraestructuras de transporte, como túneles subterráneos, edificios y otras estructuras. Sus resultados han sido publicados en la revista Materials.
En su trabajo, enmarcado dentro del proyecto Hydelife, han desarrollado diferentes algoritmos cuya aplicación permite ahorros económicos de hasta un 24% en el coste final de la estructura, disminuyendo los costes asociados con la producción y el transporte de materiales.
Además, según las estimaciones que ha realizado el equipo del ICITECH-UPV, permitiría optimizar el uso de materiales en la estructura y reducir alrededor de un 30% de las emisiones de CO₂ asociadas a la construcción.
“Pensemos una obra lineal donde tengamos, por ejemplo, 1000 metros de un túnel subterráneo que se pueda ejecutar con marcos prefabricados. Además del ahorro económico, en nuestro trabajo, estimamos que la reducción de 1 euro en el coste final de un marco de hormigón armado es equivalente a evitar la emisión de cerca de 2 kg de CO₂”, destaca Víctor Yepes, investigador del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València.
Así, este estudio presenta una alternativa sostenible y eficiente en términos de recursos para los marcos tradicionales de hormigón armado in situ.
“Nuestro objetivo era ampliar el conocimiento sobre la tipología estructural de marcos prefabricados articulados de hormigón y su empleo como sustituto de los marcos tradicionales de hormigón armado colado in situ. Y los resultados que hemos obtenido constatan su enorme potencial para grandes infraestructuras. El estudio es de especial interés para ámbitos como la ingeniería civil y arquitectura y, sobre todo, para las empresas de prefabricados de hormigón”, concluye Víctor Yepes.
Figura 1. Esquema de estribo abierto. Imagen: V. Yepes
Se recomienda utilizar el estribo oculto bajo el terraplén en los puentes tipo paso superior, ya que esto mejora la visibilidad de los conductores que transitan por la vía inferior, lo cual a su vez aumenta la comodidad y la funcionalidad de la infraestructura. Si el estribo permite el paso de tierras a través de él, se considera un estribo abierto; de lo contrario, se clasifica como cerrado. En el caso de puentes con alturas superiores a 4 o 5 m, el uso de un estribo abierto ahorra materiales en comparación con uno cerrado. Estas alturas suelen ser comunes en los pasos superiores de las carreteras.
En esencia, un estribo abierto o falso se compone de un dintel o cargadero que sirve de apoyo para el tablero del puente. Este dintel descansa sobre pantallas o diafragmas que transfieren las cargas a la cimentación. Una característica importante del estribo abierto es que permite el vertido de tierra sobre él, lo cual ayuda a reducir el empuje horizontal ejercido por el terraplén. Para lograr esto, se crea una transición entre la viga cabezal que sostiene el dintel y el suelo de cimentación mediante el empleo de pantallas, pilotes u otros elementos que permiten el paso de la tierra. En esta solución, las pantallas desempeñan un papel crucial al reemplazar en gran medida el muro frontal del estribo cerrado, lo que resulta en un ahorro significativo de hormigón.
Estos estribos suelen estar compuestos por tres elementos principales (ver Figura 1): una viga cabezal que alberga los neoprenos y sirve como soporte y protección del tablero contra las tierras del terraplén; un murete de guarda o tape colocado sobre la viga para evitar la entrada de tierra en la zona de apoyo, con una aleta en cada extremo para mayor protección; dos pantallas que sustentan la viga cabezal o cargadero y permiten el paso del terraplén frente a ellas; y una zapata corrida que distribuye las cargas provenientes de las pantallas hacia el terreno de cimentación. Además, se incluye una losa de transición entre el terraplén y el tablero, la cual se apoya en la viga cabezal. Es frecuente que las alturas totales de los estribos y las tensiones admisibles de cimentación se encuentren en un rango de 6 a 15 m y de 0,2 a 0,5 MPa, respectivamente.
Figura 2. Geometría del estribo abierto: variables y principales parámetros (Luz et al, 2015).
La cantidad de pantallas a utilizar, así como su espesor y altura en la base, dependerán del ancho total del tablero y la altura del estribo. Incluso es posible contar con estribos abiertos que requieran solamente dos pantallas para tableros de aproximadamente 20 m de ancho, aunque en casos de tableros más anchos podrían ser necesarios diafragmas adicionales.
En este tipo de configuración, el dintel o cargadero se construye una vez completado el terraplén y los pilotes. Los pilotes, a su vez, se instalan después de finalizar los terraplenes para reducir en la medida de lo posible las presiones ejercidas por las tierras.
Sin embargo, este tipo de estribo no se considera apropiado para su uso en cauces fluviales debido a que la presencia de agua puede provocar la erosión del talud. Su utilización se limita a cruces de carreteras o vías férreas. Es imprescindible que el desbordamiento de tierras no cause inundaciones en la plataforma de tráfico inferior. Por lo tanto, el estribo debe estar adecuadamente separado de dicha plataforma, lo que implica que el tablero deba tener una longitud mayor.
Referencias:
ARENAS, J.J.; APARICIO, A.C. (1984). Estribos de puente de tramo recto. Santander: Universidad de Cantabria.
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1994). Manual para el proyecto y ejecución de estructuras de suelo reforzado. Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente.
LUZ, A., YEPES, V., GONZÁLEZ-VIDOSA, F., MARTÍ, J. V. (2015). Diseño de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimización híbrida de escalada estocástica.Informes de la Construcción, 67(540): e114, doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.089.
Mehrdad Hadizadeb-Bazaz, junto al trabajo galardonado.
Quisiera felicitar públicamente a nuestro estudiante de doctorado, Mehrdad Hadizadeb-Bazaz, por el Premio al mejor trabajo en la modalidad de póster, otorgado por la Escuela de Doctorado de la Universitat Politècnica de València, en el VIII Encuentro de Estudiantes de Doctorado. Tengo el honor y el placer de dirigir su tesis doctoral junto con el profesor Ignacio J. Navarro. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal.
En la actualidad, debido a los altos costos de construir grandes estructuras como puentes, resulta sumamente importante prestar atención a la reparación y mantenimiento de dichas estructuras, con el fin de aumentar su vida útil y utilizar los métodos adecuados para reducir los costos asociados a su mantenimiento y reparación. En este sentido, resulta crucial emplear métodos apropiados y no destructivos para diagnosticar y predecir los daños en estas estructuras. Además, es importante considerar la evaluación del ciclo de vida y la sostenibilidad de los distintos métodos de detección de daños.
En este estudio, se examina la precisión de diversos métodos de detección de daños, tanto dinámicos como no destructivos, para identificar la magnitud, la ubicación y el momento en que se produce el daño en la estructura a lo largo de su vida útil. Se evalúan la precisión y las posibles variaciones de cada uno de los métodos de detección de daños en distintos entornos, especialmente en entornos costeros y agresivos. Además, se realiza una evaluación del desempeño y la comparación de diferentes métodos de detección de daños no destructivos, teniendo en cuenta los casos de sostenibilidad de diseño y la evaluación del ciclo de vida, incluyendo aspectos económicos, ambientales e impactos sociales.
Os dejo el póster completo para que lo podáis leer.
