prefabricación – Página 6 – El blog de Víctor Yepes

Construcción prefabricada de puentes “vano a vano”

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.

A3-M45 1 — 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.

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Optimización en costes y emisiones de puentes de hormigón con fibras

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.

Keywords: hybrid evolutionary algorithm, precast-prestressed concrete, steel fiber-reinforcement, U-shape cross-section.

Reference:

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.

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Prefabricación de puentes: retos de futuro, sostenibilidad y BIM

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.

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Hacia el “cero residuos” en los prefabricados de hormigón

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.

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Montaje de puente prefabricado en la carretera Betxí-Borriol

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.

Seguridad en el montaje de prefabricados de hormigón

http://gbprefabricados.placasalveolares.com/

Los prefabricados de hormigón contemplan una gran cantidad de productos que van desde los elementos estructurales como pilares, vigas, etc., hasta los elementos más decorativos. Su uso ha crecido en los últimos años acompañado de una mayor especialización de los fabricantes que permite resolver casi cualquier dificultad técnica.

Las piezas se fabrican en taller a partir de los despieces que el propio proyecto de ejecución marca. Posteriormente son trasladados a obra, pudiéndose necesitar transportes especiales. Finalmente se montan en obra, unas veces desde el propio transporte y otras acopiándose primero.

Los riesgos y medidas de seguridad en este tipo de trabajos se relacionan con el manejo de cargas, trabajos en altura, etc. Os recomiendo para mayor detalle el documento llevado a cabo por ANDECE, que es un extracto de la monografía desarrollada en el grupo GT de Seguridad de ACHE (Asociación Científico Técnica del Hormigón Estructural), y cuyo título es“Recomendaciones relativas a Seguridad y Salud para la ejecución de estructuras de hormigón. – Puentes y Estructuras de Edificación Convencional”.

También os podéis descargar un documento de ANDECE, más actual sobre buenas prácticas preventivas: http://www.andece.org/images/BIBLIOTECA/buenas_practicas_preventivas_PH.pdf

Además, os dejo el siguiente vídeo explicativo sobre este tema.

Montaje de un arco flexible de hormigón prefabricado

puente-prefabricado-hormigon-armado-59280-3586967 En un artículo reciente del blog Fieras de la Ingeniería, tuvimos ocasión de ver un sistema ingenioso de construcción de arcos flexibles de hormigón prefabricado. Este sistema, denominado FlexiArch, fue desarrollado por los ingenieros de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Belfast. Se trata de unos arcos flexibles de hormigón prefabricado que permite agilizar enormemente las labores de construcción de puentes en arco, de modo sencillo y rápido. El concepto fue patentado en la década del 2000, y gracias a la colaboración con Macrete Ireland, pudo finalmente llevarse a la realidad por primera vez en septiembre de 2007 durante la construcción de un puente cerca de Belfast.

Os dejo un vídeo explicativo de la técnica. Espero que os guste.

Algoritmos meméticos para el diseño de puentes de carretera de vigas prefabricadas de hormigón pretensado con fibras de acero

Nos han publicado un artículo científico en la prestigiosa revista Journal of Structural Engineering, del ASCE (American Society of Civil Engineers). Esta investigación se enmarca dentro del proyecto HORSOST que está desarrollando nuestro equipo de investigación, y he pensado que puede ser de interés comentarla brevemente en el blog.

En este trabajo se describe la influencia de las fibras de acero en el diseño de coste mínimo de puentes de carretera de vigas prefabricadas con sección transversal en doble U pretensadas y vanos isostáticos. Para ello se utiliza un algoritmo memético con una búsqueda en entornos variable (MA-VDNS) para optimizar el coste de estas estructuras contando las fases de fabricación, transporte y construcción del puente. El problema implica 41 variables de diseño discretas que definen la geometría de la viga y de la losa, los materiales en ambos elementos, las armaduras pasiva y activa y la resistencia residual a tracción de las fibras. El uso de las fibras disminuye el peso medio de la viga en un 1,72% y reduce el número medio de tendones en un 3,59%; sin embargo, incrementa un 8,71% de media la armadura pasiva necesaria. Por último, y a pesar del mayor coste del hormigón con fibras, se comprueba que su uso es económicamente viable, pues se consigue una diferencia relativa media de coste respecto al hormigón sin fibras, inferior al 0,19%.

Resultados interesantes:

A pesar del mayor coste económico del hormigón con fibras y de que el estado de decompresión del hormigón no ocurre en ninguna fibra de la sección de la viga por el pretensado, el hormigón con fibras es competitivo económicamente respecto al no uso de fibras, puesto que la diferencia relativa es inferior al 5,36% en el peor de los casos.
El estudio paramétrico realizado indica una buena correlación del coste, canto y peso de la viga y número de tendones respecto a la luz del puente. Esto permite un predimensionamiento ajustado.
Se ha comprobado que las fibras reducen de media un 3,59% el número de tendones necesarios, lo cual significa que su uso puede compensar parte del pretensado necesario.
Sorprende comprobar que el uso de fibras incrementa de media un 8,71% la armadura necesaria por unidad de superficie de losa. Esto se puede explicar debido a que la carestía del hormigón con fibras hace que el algoritmo intente disminuir su volumen, lo cual se compensa con el incremento de armadura pasiva.
En el caso de las estructuras óptimas, se ha encontrado una reducción del 6% del peso de las vigas realizadas con fibras, lo cual puede ser relevante para el transporte e izado de los elementos.

Referencia:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058 , 04014114.

Abstract

This paper describes the influence of steel fiber-reinforcement on the design of cost-optimized, prestressed concrete, precast road bridges, with a double U-shaped cross-section and isostatic spans. A memetic algorithm with variable-depth neighborhood search (MA-VDNS) is applied to the economic cost of these structures at different stages of manufacturing, transportation and construction. The problem involved 41 discrete design variables for the geometry of the beam and the slab, materials in the two elements, active and passive reinforcement, as well as residual flexural tensile strength corresponding to the fibers. The use of fibers decreases the mean weight of the beam by 1.72%, reduces the number of strands an average of 3.59%, but it increases the passive reinforcement by 8.71% on average, respectively. Finally, despite the higher cost of the fibers, their use is economically feasible since the average relative difference in cost is less than 0.19%.

Keywords: Heuristic optimization; precast beam; prestressed concrete bridge; steel fiber; structural design.

Link: http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29ST.1943-541X.0001058

Investigación e innovación en puentes y torres eólicas prefabricadas de hormigón pretensado

A continuación os dejo una ponencia presentada por el catedrático de la UPC Antonio Marí dentro de la Jornada de Recerca i Innovació celebrada en Barcelona el 15 y 16 de noviembre de 2011. Los autores de la ponencia son, además, Jesús M. Bairán, Eva Oller y Noemí Duarte.

Se trata de una ponencia sobre investigación e innovación en puentes y torres prefabricadas de hormigón pretensado. Espero que os guste.

Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón (y IV)

UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (y IV)

Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)

Próximos retos de la industria del prefabricado de hormigón

La propia industria reconoce que no sólo tiene una responsabilidad para mejorar su comportamiento por la creciente demanda de soluciones sostenibles, sino que parte de su competitividad futura crecerá si es capaz de sacar provecho del potencial inherente que tiene el propio concepto de construcción industrializada con elementos prefabricados de hormigón, tal y como hemos ido destacando anteriormente, algo que cada vez es más apreciado por proyectistas e ingenieros, promotores, empresas constructoras, compañías aseguradoras y en general, los usuarios finales (que al fin y al cabo, acabamos siendo todos).

Una de las aparentes desventajas de los productos de hormigón es su contenido en cemento, y más en particular la cantidad de Clinker incorporada, causante de una parte importante de las emisiones globales de CO2. De esta forma, las industrias cementeras y del prefabricado deben invertir enormes esfuerzos en optimizar el uso del cemento, mejorando la hidratación del mismo y ajustando la proporción del mismo para reducir el CO2 embebido. El uso de adiciones como las escorias granuladas de altos hornos, las cenizas volantes y el humo de sílice está en pleno crecimiento, lo que supone una reducción de las emisiones de CO2 que conllevan con respecto al cemento Portland^[9].

La sostenibilidad en las plantas de prefabricados se traslada a la eficiencia de los recursos, mediante la reducción de residuos o a través de la certificación bajo normas como la ISO 14001 y EMAS. Las nuevas fábricas suelen incorporar grandes sistemas de reciclado para la reutilización del agua sobrante del proceso productivo, o cualquier otro material de desecho. Nada de esto sería posible sin la aportación de una capacitación humana de gran desempeño y que se implique para el éxito de la empresa en este enfoque sostenible, que en muchos casos acaban siendo el motor de la introducción de nuevas técnicas de ahorro de energía, iniciativas de reciclaje e incluso programas con la comunidad local.

Debe destacarse por encima de todas el plan estratégico “Precast Sustainability Strategy and Charter” de la Asociación Británica de Prefabricados de Hormigón ^[10]. Firmado por primera vez en 2007 por 17 empresas, está incluido ya hoy dentro del programa de acción “Raising the Bar” y al que todas las compañías asociadas están comprometidas a cumplir. Este plan anima a dichas empresas a ir más allá de lo que exige la legislación vigente, de tal forma que lleven a cabo acciones voluntarias que permitan una mayor sostenibilidad en los productos y operaciones que realizan. Para cumplir estos retos, se han desarrollado un conjunto de principios sostenibles adaptados a la dinámica propia de la industria. El primer periodo se enmarcó entre 2008 y 2012, en el que 12 de los 14 objetivos fueron alcanzados. En 2013, el Consejo Británico del Prefabricado aprobó una nueva batería de medidas a cumplir en el año 2020, tomando como base algunos datos de 2012.

10% de reducción de la energía total utilizada en la fabricación
20% de reducción de las emisiones de CO2
10% de reducción de los residuos en las fábricas
Reducir a menos de 0,5 kg/Tn los residuos de fábrica a enviar a vertedero
Incremento al 25% de la proporción de adiciones alternativas al cemento
Incremento al 25% de la proporción de áridos reciclados o secundarios
20% de reducción del consumo total de agua
Reducción a la mita del riesgo de accidentes laborales entre 2015 y 2020
Ampliar el peso total fabricado, así como el número de centros productivos, certificados bajo algún sistema de gestión medioambiental (p.ej. ISO 14001) al 95%. Mismo objetivo para la certificación bajo algún sistema de gestión de calidad (p.ej. ISO 9001) o cubiertos por alguna norma de uso de fuentes responsables
Reducción de condenas por vertidos a la atmósfera y al agua a cero
Mejorar la captación de datos de transporte en 2015 (se fijará un Nuevo objetivo en 2016)
Incrementar el número de empleados cubiertos por un sistema de gestión certificado (p.ej. ISO 9001/ ISO 14001/ OHSAS 18001) al 100%
Incrementar el número de empleados cubiertos por el programa de formación y cualificación de la MPA al 100%
Mantenimiento del 100% de centros productivos que cuentan con programas de apoyo a la comunidad local

Otro asunto importante a tratar será el cumplimiento de las empresas de prefabricados con el nuevo requisito básico “Uso sostenible de los recursos naturales” que se incluyó en el Reglamento UE 305/2011 de Productos de Construcción ^[11]. Las obras de construcción deberán proyectarse, construirse y demolerse de tal forma que la utilización de los recursos naturales sea sostenible y garantice en particular:

La reutilización y la reciclabilidad de las obras de construcción, sus materiales y sus partes tras la demolición;
La durabilidad de las obras de construcción;
La utilización de materias primas y materiales secundarios en las obras de construcción que sean compatibles desde el punto de vista medioambiental.

La industria está analizando cómo presentar de la forma más clara y creíble los datos para los análisis de ciclo de vida (ACV), mediante el empleo de declaraciones ambientales de producto verificadas por tercera parte que cumplan con las nuevas normativas, como es el caso europeo. Esta información además resultará de interés porque podrá ir incluida en los sistemas BIM (Modelo de información de la Construcción). Esto permitirá a que los técnicos alcancen durante el desarrollo del proyecto un impacto reducido de los indicadores de la sostenibilidad tanto en edificios como en infraestructuras, todo ello basado en datos fiables que se ajusten a la realidad a lo largo de su vida útil. Esto además servirá para que los fabricantes optimicen sus procesos de producción, a partir de una mejora en la eficiencia de los recursos (materias primas, agua y energía), la minimización de residuos e incluso un incentivo para el empleo de materiales y fuentes de energía alternativos

Esta preocupación medioambiental (sostenible) debería ir convirtiéndose en un estímulo creciente en cualquier empresa. Este enfoque ya se está implementando en las tomas de decisiones de las compañías, motivado especialmente por la mayor apuesta de las administraciones públicas, como puede ser el caso de las políticas y procedimientos de compra verde que ya están instaurados en países como Suecia o Noruega, o ha sucedido más recientemente en el País Vasco ^[12], que promueve un mayor uso de elementos prefabricados como vía para la no generación de residuos.

Referencias

[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment

[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design

[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works

[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works

[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products

[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.

[7] “EPD Arroyo Valchano railway bridge”. Acciona Infraestructuras, EPD. 2013

[8] YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134

[9] “Little Green Book of Concrete – sustainable construction with precast concrete”. British Precast, 2008

[10] “Precast Sustainability Strategy and Charter”. British Precast Concrete Association, 2013

[11] Reglamento (UE) No 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo

[12] “Manual práctico de compra y contratación pública verde. Modelos y ejemplos para su implantación por la administración pública vasca”. ihobe. 2011

Sobre los autores:

Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.

Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.