Vista del extremo de bancada de tesado. Cortesía: ANDECE.
Los elementos de hormigón pretensado son productos habituales de las plantas de prefabricados. Para poder realizar el tesado de las armaduras activas, se utilizan bancadas de tesado. Estos elementos permiten anclar los cables en los extremos de la pista, donde se encuentra una solera de hormigón que servirá de base al molde. Estas bancadas suelen ser largas, de 100 a 150 m, pues a mayor distancia entre los elementos de anclaje, mayor economía, siempre y cuando no se contrarreste el momento flector a que se le somete.
Las bancadas son estructuras metálicas realizadas con chapas de resistencia suficiente para soportar la tracción de las armaduras. Además, presentan unas cimentaciones muy grandes capaces de estabilizar las fuerzas de pretensado que se apliquen. En otras ocasiones, el propio molde presenta los elementos de anclaje en sus extremos, sirviendo la bancada como fondo de molde. En este caso el molde es autorresistente y se puede mover a otro lugar de la planta.
Extremo de la bancada de tesado. Cortesía: ANDECE.
Se pueden fabricar distintos tipos de piezas en una misma bancada, siempre que no se sobrepase el límite de la fuerza de pretensado capaz de soportar la bancada. La cantidad de cables colocados definirá la magnitud de la fuerza de pretensado aplicada.
Para comprobar que la relación fuerza de pretensado/altura de actuación de los cables se mantiene dentro de los márgenes de seguridad exigibles, las bancadas disponen de una placa visible con un gráfico donde se establecerá los valores máximos. A mayor altura de la resultante de la acción de los cables, menor será la fuerza total admisible.
Extendedora del cable de pretensado en la bancada. Fuente: www.resimart.com
Los moldes se comercializan y las bancadas se dimensionan para una fuerza máxima nominal determinada. Esto se corresponde con la fuerza y excentricidad de cables correspondientes al canto máximo que se pueda fabricar. Si la excentricidad es menor, se podría aplicar una fuerza de pretensado superior a la nominal.
A continuación os dejo algunos vídeos donde podemos ver cómo son algunas instalaciones de prefabricados. En este primer vídeo podemos ver cómo se fabrican viguetas pretensadas Tensyland (Prensoland).
Aquí vemos el mismo proceso de fabricación de viguetas, en este caso de la empresa VELOSA.
En este otro vídeo también vemos el proceso de fabricación de viguetas de hormigón pretensado.
Pasarela sobre el AVE en Lérida. 2001 Proyecto de PEDELTA. Arco biapoyado de 38 metros de luz y 3 de ancho. Elementos atornillados.
Los nuevos materiales compuestos basados en polímeros reforzados con fibras (PLR), están presentes en casi todos los objetos de nuestra vida diaria. También se usan en el mundo de la construcción: elementos estructurales, cerramientos opacos o traslúcidos, sanitarios, pavimentos, conducciones, elementos de instalaciones eléctricas, etc.
La historia de los plásticos podría iniciarse en 1839 con la vulcanización de la goma por Charles Goodyear, aunque los olmecas ya lo hacían hace 3500 años. En 1860 Parker patenta la parkesita, el primer celuloide. En 1869 Hyatt descubre el celuloide. En 1907 Baekeland descubre la baquelita, primer polímero sintético, y así hasta nuestros días.
Los PRF se empezaron a utilizar en la industria aeronáutica desde la década de los sesenta, pero ya en este siglo se están empezando a utilizar en los proyectos de puentes y pasarelas. Desde la construcción del primer puente de polímeros en Asturias en 2004, en España se han hecho realizaciones en otros sitios como Madrid o Cuenca, entre otros.
Suelen ser estructuras híbridas, donde se combinan elementos tradicionales con nuevos materiales. En general son de dos tipos:
Las que el tablero superior es de PRF que se apoya sobre vigas de acero, de madera o de hormigón
Las que las vigas son de PRF y sobre ellas apoya un tablero tradicional (hormigón armado, madera)
Entre las ventajas de los puentes y pasarelas realizados con plásticos reforzados con fibras, podemos resaltar las siguientes:
Ligereza
Elevada resistencia y rigidez específica
Gran resistencia a la corrosión y agentes ambientales
Baja conductividad térmica
No producen interferencias en campos electro-magnéticos
Gran libertad de formas, tamaños y diseños
Entre las desventajas:
Elevado precio inicial (necesario un análisis a lo largo de toda la vida)
Degradación de sus propiedades a temperaturas no excesivamente altas, especialmente de la matriz polimérica (100 °C)
Inercia del sector
Falta de experiencia
Inexistencia de normas y recomendaciones
Mal comportamiento en caso de incendio
A continuación os paso la serie de tuits que sobre este tema tuvimos ocasión de publicar el 15 de mayo de 2015. Espero que os gusten.
Pasarela en Lleida sobre la línea de AVE. 38 m de luz. Íntegramente con perfiles pultruídos de fibra de vidrio pic.twitter.com/QbkmD0NBJ3
El método de construcción acelerada de puentes tiene un gran arraigo en Estados Unidos, y únicamente se puede llevar a cabo mediante el empleo de soluciones industrializadas. Este caso que traemos es llamativo, pues la demolición del puente anterior y su restitución por uno nuevo, solo necesitó 80 horas para realizarlo, en lugar del año aproximado que hubiera tardado en caso de haberlo realizado enteramente por la vía tradicional. En su construcción, se recurrió al empleo de elementos prefabricados de hormigón que conformaron un único vano de 36 metros, mediante losas prefabricadas de cierre, muros de contención, pretiles y losas peatonales. Con este ejemplo, se ilustra una vez más que una construcción rápida y ordenada, es la ideal para la creación de pasos elevados nuevos o reposición de los antiguos, y normalmente acaba siendo la solución más económica al término de la obra. Y es que cuanto más tarde una construcción en ejecutarse, los gastos (personal, grúas, plataformas elevadoras de personal, otra maquinaria, imprevistos, etc.) más se disparan, sin contar con el perjuicio ocasionado para las zonas contiguas (desvíos provisionales del tráfico, atascos, etc.) que también repercuten social y económicamente.
Os paso un vídeo que me ha recomendado Alejandro López (ANDECE) para que lo veáis:
Acaban de publicarnos un artículo donde se utilizan cuatro algoritmos heurísticos: Descent Local Search, Threshold Accepting Algorithm with Mutation Operation, Genetic Algorithm y Memetic Algorithm para el diseño automático de puentes pretensados.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. DOI: 10.1016/j.acme.2017.02.006
Abstract:
This paper deals with the cost optimization of road bridges consisting of concrete slabs prepared in situ and two precast-prestressed U-shaped beams of self-compacting concrete. It shows the efficiency of four heuristic algorithms applied to a problem of 59 discrete variables. The four algorithms are the Descent Local Search (DLS), a threshold accepting algorithm with mutation operation (TAMO), the Genetic Algorithm (GA), and the Memetic Algorithm (MA). The heuristic optimization algorithms are applied to a bridge with a span length of 35 m and a width of 12 m. A performance analysis is run for the different heuristics, based on a study of Pareto optimal solutions between execution time and efficiency. The best results were obtained with TAMO for a minimum cost of 104184 euros. Among the key findings of the study, the practical use of these heuristics in real cases stands out. Furthermore, the knowledge gained from the investigation of the algorithms allows a range of values for the design optimization of such structures and pre-dimensioning of the variables to be recommended.
Figura 1. Moldes para hormigón prefabricado. Cortesía: ANDECE
El molde es el elemento que contiene al hormigón fresco, respondiendo su diseño a las exigencias de las piezas que se van a prefabricar. Se exige que los moldes presenten la máxima calidad posible para garantizar la precisión dimensional, la estabilidad, la versatilidad para adaptarse a otras formas, que sean fáciles de usar y durables. Por tanto, los moldes deben mantener su integridad durante el vertido del hormigón y en la aplicación del pretensado, si lo hubiese.
Para elementos lineales como vigas y pilares se emplean moldes estáticos, ligeramente elevados del suelo, con gran flexibilidad en cuanto a cantos, ménsulas, longitud, etc. En el caso de paneles de hormigón arquitectónico, lo usual son moldes horizontales, con un sistema de vibración adaptado al molde. En el caso de paneles no vistos, lo más económico son moldes verticales de caras paralelas, pues ocupan menos espacio en la fábrica, apuran el curado y permiten mayor precisión. Para placas alveolares, se fabrican grandes longitudes de placa, bien por extrusión o por moldeadoras continuas.
Los moldes deben reutilizarse el máximo número de veces posible, sin que ello suponga una merma en la calidad, por la repercusión económica que presenta en el producto final. La reutilización se puede realizar con piezas diferentes, aunque es deseable que se mantenga la tipología, cambiando en este caso solo la longitud o la altura con pequeñas modificaciones. Suelen disponerse en horizontal y de forma continua, aunque también es posible disponerlos en algunos casos en vertical (en batería).
Los moldes suelen ser de acero, pues permite alargar el número de usos y adaptarse a la geometría necesaria. Estos moldes son fáciles de transportar y reubicar dentro de la planta. De hecho, los moldes suelen llenar las plantas de fabricación y a veces es un verdadero problema ubicarlos para facilitar las maniobras y el resto de actividades sin que molesten. El problema que pueden presentar es la corrosión del acero, que puede atenuarse con aditivos inhibidores de la corrosión y con un buen agente desencofrante.
Con todo, también existen moldes de otros materiales como el polietileno expandido, que son desechables. Este material es ligero, barato y permite ahorros de tiempo, aunque su uso está muy centrado en piezas ornamentales. También es cierto que este tipo de materiales, junto con otros como el poliéster o la fibra de vidrio, permite reducir la disipación del calor interno durante el fraguado, lo que permite acelerar el proceso de curado.
Por tanto, una forma de acelerar el curado es usar moldes de acero calefactados. En ellos se permite un aporte de energía que garantice una temperatura fija o una curva de temperatura de curado adecuada a la reacción química interna del hormigón. Los moldes de acero también pueden ser “autorresistentes” en el caso de piezas pretensadas, donde el propio molde puede contener los elementos de anclaje de las armaduras activas, sirviendo de bancada de pretensado. Otra forma de disminuir el tiempo de desencofrado es utilizar aceleradores como aditivos en el hormigón que adelanten el fraguado, el endurecimiento o ambos.
También los moldes pueden disponer de un sistema de vibradores laterales o internos, de forma que se permita eliminar las burbujas de aire y mejorara la distribución de los áridos. Sin embargo, estos vibradores no se utilizan en el caso de emplear hormigón autocompactante. Además, como puede verse en la figura inferior, los moldes suelen presentar unas plataformas y accesos laterales para facilitar el acceso seguro de los operarios.
Apertura de caras laterales antes de retirar la viga prefabricada. Escaleras de acceso a la plataforma lateral para el control del proceso. Cortesía: ANDECE.
Con el uso repetido de los moldes, estos se deforman, pierden sección y cogen holguras en sus fijaciones. Todo ello perjudica la calidad de las piezas, por lo que resulta de gran importancia disponer de un buen plan de control y mantenimiento de estos moldes. De todas las operaciones, hay que cuidar la limpieza tras el uso. En el caso de elementos de gran longitud, hay que cuidar la alineación del conjunto del molde y su inmovilización para mantener la pieza dentro de las tolerancias exigidas.
En el siguiente vídeo, de Vifesa Fabricados Industriales, podemos ver moldes modulares para el prefabricado de marcos de hormigón de distintos tamaños.
Referencias:
AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Figura 1. Puente Long Key, Layton, Florida (1982). Fuente: http://www.figgbridge.com/long_key_bridge.html
La potencia de los actuales medios auxiliares permite la construcción prefabricada de puentes vano a vano, que puede ser mediante dovelas previamente ensambladas o bien de un vano completo prefabricado. La construcción del vano mediante dovelas prefabricadas supone ensamblar dichas dovelas sobre una cimbra auxiliar que se apoya sobre las pilas del vano, realizando posteriormente la transferencia del tramo del tablero formado con el resto de la estructura. En cambio, la construcción de un vano completo normalmente se realiza en tramos metálicos o mixtos (la losa se realiza en una segunda fase), estando condicionada la operación por la capacidad de los medios de elevación.
El puente Long Key, en Florida (Muller, 1980), se construyó mediante dovelas prefabricadas. En este caso se dispuso una viga metálica triangulada entre las pilas que actuaba como cimbra y sobre ella se colocaban una a una las dovelas mediante grúa. Posteriormente, se unían las dovelas mediante el pretensado, apoyándose el vano sobre las pilas y descargando la cimbra. En el caso del puente de Seven Mile (Florida, 1978), las dovelas se ensamblaron sobre una pontona flotante, izándose posteriormente.
La otra opción es el montaje del vano de una sola pieza. Esta posibilidad solo sería rentable en el caso de una repetición elevada en el número de vanos, pues los medios auxiliares de elevación son muy costosos. En tramos de hormigón, esta forma de construir deriva de la evolución de los tableros de vigas artesa, dejando la incorporación de la losa superior en una segunda fase, de igual forma que en las estructuras mixtas. Un ejemplo de construcción con vigas por vanos completos es el viaducto en el enlace A3-M45 de Madrid (Álvarez et al., 2008), donde las vigas se montan por vanos completos, con un peso máximo de 170 t para una luz máxima de 41,6 m. Se trata en este caso de vigas artes que trabajan como isostáticas de forma provisional hasta que se da más adelante un pretensado de continuidad. Posteriormente, se colocan las prelosas pretensadas colaborantes.
Figura 2. Vista con cuatro vigas montadas en el viaducto del enlace A3-M45 de Madrid (Álvarez et al., 2008)Figura 3. Montaje de prelosas sobre jabalcones provisionales (Álvarez et al., 2008)
A continuación os dejo un vídeo donde se ve el montaje del tramo completo de una viga artesa.
En este otro vídeo se puede ver un lanzavigas, ampliándose la longitud del vano por medio de vigas partillo en las pilas.
Referencias:
Álvarez, J.J.; Lorente, G.; Ortega, M.; Matute, L. (2008). Viaducto en el enlace A3-M45 (Madrid). IV Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructura-Congreso Internacional de Estructuras, 24-27 de noviembre.
Muller, J. (1980). Construction of Long Key Bridge. Journal – Prestressed Concrete Institute, 25(6), 97-111.
Recientemente hemos publicado un artículo donde hemos empleado un algoritmo evolutivo híbrido para optimizar tanto el coste como las emisiones de CO2 de puentes en viga artesa, con la particularidad de usar hormigones con fibras de acero. Se trata de un problema combinatorio complejo, con 41 variables de diseño, que se aplicó a un puente de 30 m de luz y una anchura de calzada de 12 m. Os dejo a continuación el artículo completo.
Abstract:
In this paper, the influence of steel fiber-reinforcement when designing precast-prestressed concrete (PPC) road bridges with a double U-shape cross-section is studied through heuristic optimization. A hybrid evolutionary algorithm (EA) combining a genetic algorithm (GA) with variable-depth neighborhood search (VDNS) is formulated to minimize the economic cost and CO2 emissions, while imposing constraints on all the relevant limit states. The case study proposed is a 30-m span-length with a deck width of 12 m. The problem involved 41 discrete design variables. The algorithm requires the initial calibration. Moreover, the heuristic is run nine times so as to obtain statistical information about the minimum, average and deviation of the results. The evolution of the objective function during the optimization procedure is highlighted. Findings show that heuristic optimization is a forthcoming option for the design of real-life prestressed structures. This paper provides useful knowledge that could offer a better understanding of the steel fiber-reinforcement in U-beam road bridges.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2017). Design optimization of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement by a hybrid evolutionary algorithm.International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements, 5(2):179-189.
Desde que en 1936 Eugène Freyssinet construyera el primer puente de hormigón pretensado del mundo, en el que las vigas y tableros eran prefabricados, la tecnología ha experimentado un avance imparable. Sin embargo, existen importantes retos de futuro que pasan, sin duda, por la sostenibilidad y por las tecnologías BIM. En relación con lo primero, la generalización de las declaraciones ambientales de producto servirá, sin duda, para valorar con mayor criterio la conveniencia de unas soluciones constructivas frente a otras, sin olvidar los aspectos sociales y económicos. Por otra parte, las tecnologías BIM impondrán un mayor rigor y definición en el proyecto, que sin duda, favorecerán los procesos de industrialización y prefabricación. En este sentido iniciativas como la creación de bibliotecas de elementos prefabricados modelados en BIM favorecerá claramente su uso. Os dejo a continuación un artículo de Alejandro López Vidal, gerente técnico de la ANDECE, que espero os sea de interés.
La economía circular es una estrategia que tiene por objeto reducir tanto la entrada de los materiales como la producción de desechos vírgenes, cerrando los «bucles» o flujos económicos y ecológicos de los recursos. Actualmente es la principal estrategia de Europa para generar crecimiento y empleo, con el respaldo del Parlamento Europeo y el Consejo Europeo. De hecho, la Comisión Europea, como órgano colegiado, ha adoptado la eficiencia de los recursos como un pilar central de su estrategia económica estructural Europa 2020».
Os dejo un pequeño vídeo sobre la fabricación del cemento y economía circular de la Fundación Cema.
A continuación os dejo un artículo de Alejandro López Vidal sobre este concepto aplicado a los prefabricados de hormigón. El autor es actualmente el director técnico de la Asociación Nacional de la Industria del Prefabricado de Hormigón (ANDECE). En artículo se publicó recientemente en la Revista Técnica CEMENTO HORMIGÓN, nº 976 (2016) sobre la economía circular en los prefabricados de hormigón, en línea con el uso más eficiente de los recursos auspiciada por la Comisión Europea.
La prefabricación en elementos de puentes comenzó en España a principios de los años 50, con los primeros tableros de vigas prefabricadas pretensadas. Hoy día existen soluciones prefabricadas para casi todas las tipologías de puentes de hormigón, aunque habitualmente sólo se prefabrica el tablero.
Siguiendo con los posts relacionados con el montaje de puentes prefabricados, os dejo a continuación un vídeo de Grúas Rigar donde se puede ver el montaje de un puente en la carretera Betxí-Borriol. Resulta interesante ver el grado de precisión y maestría necesario para encajar las grandes piezas. Espero que os guste.
