La tesis doctoral leída recientemente por Lorena Yepes Bellver se centra en la optimización del diseño de puentes de losa de hormigón pretensado para pasos elevados con el fin de mejorar la sostenibilidad económica y ambiental mediante la minimización de costes, energía incorporada y emisiones de CO₂. Con el fin de reducir la elevada carga computacional del análisis estructural, la metodología emplea un marco de optimización de dos fases asistido por modelos sustitutos, en el que se destaca el uso de Kriging y redes neuronales artificiales (RNA).
En concreto, la optimización basada en Kriging condujo a una reducción de costes del 6,54 % al disminuir significativamente el consumo de hormigón y acero activo sin comprometer la integridad estructural. Si bien las redes neuronales demostraron una mayor precisión predictiva global, el modelo Kriging resultó más eficaz para identificar los óptimos locales durante el proceso de búsqueda. El estudio concluye que las configuraciones de diseño óptimas priorizan el uso de altos coeficientes de esbeltez y suponen una reducción del hormigón y del acero activo en favor del acero pasivo, con el fin de mejorar la eficiencia energética. Finalmente, la investigación integra la toma de decisiones multicriterio (MCDM, por sus siglas en inglés) para evaluar de manera integral los diseños en función de sus objetivos económicos, estructurales y ambientales.
Cuando pensamos en la construcción de grandes infraestructuras, como los puentes, suele venirnos a la mente la imagen de proyectos masivos, increíblemente caros y con un gran impacto ambiental. Son gigantes de hormigón y acero que, aunque necesarios, parecen irrenunciablemente vinculados a un alto coste económico y ecológico.
Sin embargo, ¿y si la inteligencia artificial nos estuviera mostrando un camino para que estos gigantes de hormigón fueran más ligeros, económicos y respetuosos con el planeta? Una reciente tesis doctoral sobre la optimización de puentes está desvelando hallazgos impactantes y, en muchos casos, sorprendentes. Este artículo resume esa compleja investigación en cinco lecciones clave y a menudo sorprendentes que no solo se aplican a los puentes, sino que anuncian una nueva era en el diseño de infraestructuras.
1. La sostenibilidad cuesta mucho menos de lo que crees.
Uno de los descubrimientos más importantes de la investigación es que la idea de que la sostenibilidad siempre implica un alto sobrecoste es, en gran medida, un mito. La optimización computacional demuestra que la viabilidad económica y la reducción del impacto ambiental no son objetivos opuestos.
La tesis doctoral lo cuantifica con precisión: un modesto aumento de los costes de construcción (inferior al 1 %) puede reducir sustancialmente las emisiones de CO₂ (en más de un 2 %). Este dato es muy relevante, ya que demuestra que con un diseño inteligente asistido por modelos predictivos se puede conseguir un beneficio medioambiental significativo con una inversión mínima. La sostenibilidad y la rentabilidad pueden y deben coexistir en el diseño de las infraestructuras del futuro.
2. El secreto está en la esbeltez: cuanto más fino, más eficiente.
En el diseño de un puente, la «relación de esbeltez» es un concepto clave que define la proporción entre la altura del tablero (su grosor) y la longitud del vano principal. Tradicionalmente, podríamos pensar que «más robusto es más seguro», pero la investigación demuestra lo contrario.
El estudio identificó una relación de esbeltez óptima para minimizar el impacto ambiental. Concretamente, el estudio halló una relación de esbeltez de aproximadamente 1/30 para optimizar las emisiones de CO₂ y de aproximadamente 1/28 para optimizar la energía incorporada. Esto significa que, en lugar de construir puentes masivos por defecto, los modelos de IA demuestran que un diseño más esbelto y afinado no solo es estructuralmente sólido, sino también mucho más eficiente en el uso de materiales. Este diseño más esbelto se logra no solo usando menos material en general, sino también mediante un sorprendente reequilibrio entre los componentes clave de la estructura, como veremos a continuación.
3. El equilibrio de materiales: menos hormigón, más acero (pasivo).
Quizás uno de los descubrimientos más sorprendentes es que el diseño más sostenible no consiste simplemente en utilizar menos cantidad de todos los materiales. La solución óptima es más un reequilibrio inteligente que una simple reducción general.
La investigación revela que los diseños optimizados lograron reducir el uso de hormigón en un 14,8 % y de acero activo (el acero de pretensado que tensa la estructura) en un 11,25 %. Sin embargo, este descenso se compensa con un aumento de la armadura pasiva (el acero convencional que refuerza el hormigón). Esto resulta contraintuitivo, ya que la intuición ingenieril a menudo favorece una reducción uniforme de los materiales. Sin embargo, los modelos computacionales identifican un complejo intercambio —sacrificar un material más barato (hormigón) por otro más caro (acero pasivo)— para alcanzar un diseño globalmente óptimo en términos de coste y emisiones de CO₂, un equilibrio que sería extremadamente difícil de lograr con métodos de diseño tradicionales.
4. Precisión frente a dirección: El verdadero poder de los modelos predictivos.
Al comparar diferentes modelos de IA, como las redes neuronales artificiales y los modelos Kriging, la tesis doctoral reveló una lección fundamental sobre su verdadero propósito en ingeniería.
El estudio reveló que, si bien las redes neuronales ofrecían predicciones absolutas más precisas, el modelo Kriging era más eficaz para identificar las regiones de diseño óptimas. Esto pone de manifiesto un aspecto crucial sobre el uso de la IA en el diseño: su mayor potencial no radica en predecir un valor exacto, como si fuera una bola de cristal, sino en guiar al ingeniero hacia la «región» del diseño donde se encuentran las mejores soluciones posibles. La IA es una herramienta de exploración y dirección que permite navegar por un universo de posibilidades para encontrar de forma eficiente los diseños más prometedores.
5. La optimización va directo al bolsillo: reducción de costes superior al 6 %.
Más allá de los objetivos medioambientales, la investigación demuestra que estos modelos de IA son herramientas muy potentes para la optimización económica directa. Este descubrimiento no se refiere al equilibrio entre coste y sostenibilidad, sino a la reducción pura y dura de los costes del proyecto.
La tesis doctoral muestra que el método de optimización basado en Kriging consigue una reducción de costes del 6,54 %. Esta importante reducción se consigue principalmente minimizando el uso de materiales: un 14,8 % menos de hormigón y un 11,25 % menos de acero activo, el acero de pretensado más especializado y costoso. Esto demuestra de forma contundente que los modelos sustitutivos no solo sirven para alcanzar metas ecológicas, sino que también son una herramienta de gran impacto para la optimización económica en proyectos a gran escala.
Conclusión: Diseñando el futuro, un puente a la vez.
La inteligencia artificial y los modelos de optimización han dejado de ser conceptos abstractos para convertirse en herramientas prácticas que permiten descubrir formas novedosas y eficientes de construir la infraestructura del futuro. Los resultados de esta investigación demuestran que es posible diseñar y construir puentes que sean más económicos y sostenibles al mismo tiempo.
Estos descubrimientos no solo se aplican a los puentes, sino que abren la puerta a una nueva forma de entender la ingeniería. Si la IA puede rediseñar algo tan grande como un puente para hacerlo más sostenible, ¿qué otras grandes industrias están a punto de transformarse con un enfoque similar?
En este audio podéis escuchar una conversación sobre este tema.
Este vídeo resume las ideas principales.
Aquí tenéis un documento resumen de las ideas básicas.
Acaban de publicar un artículo nuestro en Results in Engineering, una de las revistas de mayor impacto científico, ubicada en el primer decil del JCR. Este trabajo trata sobre un sistema avanzado para el seguimiento de la salud estructural (SHM, por sus siglas en inglés) y la optimización de puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados (hiperestáticos).
La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Además, muestra la internacionalización de nuestro grupo de investigación, en este caso, con China. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.
El problema central que se aborda en este trabajo es la insuficiencia de los métodos de supervisión tradicionales, ya que no permiten una vigilancia continua, en tiempo real y a distancia, crucial para garantizar la seguridad, la longevidad y el mantenimiento rentable de estas complejas infraestructuras.
La solución propuesta es una plataforma inteligente en la nube para el control y la alerta temprana que integra la informática, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este sistema combina los datos de supervisión en tiempo real, obtenidos mediante la tecnología de Internet de las Cosas (IoT), con modelos de elementos finitos (FEM) para evaluar con precisión el estado de la estructura.
Su eficacia se demostró mediante un estudio de caso del Puente del Río Amarillo en China (LZYB). El análisis de los datos de seguimiento y las simulaciones por elementos finitos revelaron que el diseño original del puente era excesivamente conservador, ya que la deflexión vertical real bajo cargas operativas representaba entre el 26,5 % y el 33,9 % del valor predicho en el diseño.
Con base en este hallazgo, se optimizó el diseño de la viga principal del puente, lo que permitió reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo en un 15 %. Un análisis posterior del ciclo de vida (LCA) cuantificó los beneficios de esta optimización, que incluyen una reducción de 2009,65 toneladas de emisiones de CO₂ y un ahorro económico de 2 694 189,55 CNY, sin comprometer la seguridad ni el rendimiento estructural. Este enfoque representa un nuevo paradigma para el mantenimiento seguro, económico y sostenible de infraestructuras críticas.
1. Introducción y desafíos de la auscultación estructural.
Los puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados están sometidos a múltiples factores que pueden afectar a su integridad, como la respuesta dinámica de la estructura y el daño por fatiga acumulada debido a la interacción de cargas múltiples y condiciones ambientales complejas. Las microfisuras internas pueden propagarse hasta convertirse en fisuras macroscópicas y provocar la inestabilidad y el fallo de la estructura.
1.1. Limitaciones de los métodos tradicionales.
Inspección visual: los métodos iniciales, basados en la inspección visual realizada por personal cualificado para detectar defectos superficiales, como las grietas por fatiga, son imprecisos y propensos a errores.
Supervisión de la salud estructural (SHM) convencional: ha mejorado la precisión, pero enfrenta desafíos como la falta de sensores adecuados para el monitoreo autónomo a largo plazo y de algoritmos eficaces para predecir y diagnosticar daños locales por fatiga.
Enfoques basados en algoritmos: existen dos métodos principales: los basados en modelos, que utilizan un modelo de elementos finitos preciso, pero que consumen mucho tiempo, y los basados en datos, que analizan series temporales continuas, pero que pueden verse limitados por las bajas tasas de transmisión de datos de las redes inalámbricas.
El estudio aborda estas limitaciones combinando las ventajas de ambos enfoques e integrando algoritmos innovadores de alta eficiencia para avanzar en la monitorización continua de la salud estructural.
2. Marco teórico e innovación del sistema.
El trabajo establece un modelo teórico complejo y una plataforma inteligente que integra múltiples disciplinas para superar las barreras técnicas del seguimiento tradicional.
2.1. Puntos clave de la innovación.
Modelo interdisciplinario: se desarrolló un modelo teórico modal complejo, multifactorial y de múltiples fuentes que combina la ciencia de la computación, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este modelo analiza el impacto de múltiples factores en las estructuras de los puentes y permite realizar un seguimiento de alertas tempranas en una plataforma en la nube.
Supervisión basada en IoT: se adopta un monitoreo en línea, automatizado y en tiempo real basado en el Internet de las cosas (IoT). De este modo, se soluciona la incapacidad de la tecnología tradicional para lograr un seguimiento espaciotemporal continuo y a gran distancia, y se transforma el seguimiento de un «basado en puntos, indirecto y de ajuste de curvas» a otro «espacial, directo y continuo».
Sistema de alerta temprana: proporciona un modelo eficaz de control y de alerta temprana para diversos tipos de deterioro, como grietas, deformaciones, envejecimiento y vibración dinámica. Valida la viabilidad de la estructura en términos de integridad, seguridad, durabilidad y control de la resistencia.
2.2. Componentes del modelo teórico.
El modelo matemático integra varios análisis para evaluar el estado de la estructura:
Daño por fatiga estructural: utiliza un modelo de daño por fatiga acumulativa no lineal para analizar la propagación de las fisuras y la degradación continua del módulo de elasticidad del hormigón.
Daño por fatiga del acero: se considera que la vida útil del puente está determinada principalmente por la fatiga de las barras de acero. El modelo calcula la profundidad crítica de la fisura y la tensión residual del acero.
Efecto de cargas múltiples: se aplica un modelo de mezcla gaussiana para analizar los datos de monitorización, que presentan una distribución de picos múltiples, y se calcula la deflexión total considerando la carga viva, la tensión térmica, la pérdida de pretensado y la retracción y la fluencia del hormigón.
Acoplamiento vehículo-puente: Construye una ecuación de un sistema de movimiento acoplado para analizar las interacciones mecánicas entre los vehículos y el puente.
Optimización dinámica estructural: utiliza un modelo matemático basado en la función lagrangiana para realizar un diseño de optimización dinámica con un ritmo de convergencia rápido.
3. Estudio de caso: el puente del río Amarillo (LZYB)
La metodología se aplicó a esta estructura atirantada, con un vano principal de 360 metros, ubicada en China.
3.1. Descripción del puente y sistema de control
Especificaciones: El LZYB es un puente extragrande para autopista de cuatro carriles con torres romboidales de hormigón armado (C50), una altura de torre de hasta 151 metros y cables atirantados de haces de alambre de acero paralelos galvanizados.
Sistema de monitorización: se instalaron 374 dispositivos de 10 tipos diferentes, incluidos sensores de temperatura y de humedad, acelerómetros, extensómetros y sensores de fibra óptica, entre otros. Estos dispositivos se ubicaron en puntos críticos de momento flector y de fuerza cortante, determinados mediante principios de mecánica y el modelo FEM. Los datos se transmiten en tiempo real a una plataforma en la nube basada en internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) para su análisis y alerta temprana.
Número
Elementos de control
Indicadores de alerta
Método de adquisición
1
Análisis del modelo de vehículo
Identificación de carga nominal (nº de ejes, longitud)
Videovigilancia
2
Análisis del flujo de tráfico
Autopista de 4 carriles (ADT 2 500-55 000 vehículos)
Videovigilancia; captura de video
3
Análisis de sobrepeso
Límite de 49 toneladas (se detectaron 82.5; 110 ton)
Frecuencia natural inferior al valor teórico calculado
Equipo de monitorización de fibra óptica
3.2. Análisis de los datos de monitorización en tiempo real (abril-julio).
Cargas de tráfico: se observó un crecimiento mensual significativo en el volumen total de tráfico, en el número de vehículos con sobrepeso y en el de vehículos que circulaban a exceso de velocidad. El tráfico medio diario osciló entre 7319 y 14 431 vehículos, con picos en junio y julio.
Respuesta estructural (deformación): la respuesta de deformación bajo cargas de vehículos mostró una distribución de picos múltiples. El análisis identificó que dicha respuesta se concentraba en la sección de 3.50 L a 5.50 L del lado oeste.
Acoplamiento temperatura-deflexión: se halló una fuerte correlación positiva entre la temperatura ambiental y la deflexión de la viga principal (R² = 0,6953). La deflexión máxima registrada fue de 628,9 mm. El análisis identificó las zonas de la viga principal en las que la influencia de la temperatura sobre la deflexión era más marcada.
3.3. Acoplamiento y análisis mediante el modelo de elementos finitos (MEF).
Se creó un modelo 3D del LZYB en Abaqus/CAE 2021 para simular su comportamiento bajo cargas de diseño. Los resultados de la simulación fueron los siguientes:
Energía: la energía máxima se concentró en la losa de fondo de la viga principal, entre los vanos 2 y 3.
Deformación: la máxima deformación (0,004813 µε) se observó en la parte media de los cables atirantados.
Tensión: La tensión máxima (991,175 MPa) se localizó también en los cables atirantados, concretamente en el cable 3-1.
Desplazamiento: El desplazamiento vertical máximo calculado fue de 0,002267 metros en el centro del vano principal (sección 6L/12 de la viga).
4. Discusión: optimización y evaluación de la sostenibilidad.
La comparación entre los datos de supervisión en tiempo real y los resultados del FEM sirvió de base para optimizar el diseño.
4.1. Redundancia estructural identificada.
El análisis comparativo reveló una discrepancia significativa: la deflexión vertical global del puente durante su funcionamiento (entre 0,0021 y 0,5944 m) representaba entre el 26,50 % y el 33,90 % del valor máximo predicho por el modelo FEM con cargas de diseño (hasta 2,2434 m). Este hecho indica que el diseño estructural es significativamente conservador o «redundante».
4.2. Optimización del diseño de la viga principal.
Aprovechando la redundancia identificada, se llevó a cabo un proceso de optimización del diseño acoplado de la viga principal. Se analizó el impacto de reducir el volumen de hormigón de la viga de forma iterativa.
Resultado de la optimización: se determinó que era posible reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo de la viga principal en un 15 % (es decir, reducir su espesor a 70 mm) sin comprometer el cumplimiento de los requisitos de rendimiento bajo las cargas de diseño originales.
4.3. Evaluación del ciclo de vida (LCA) y de los beneficios.
Se realizó una evaluación del ciclo de vida (LCA) para cuantificar los beneficios ambientales y económicos del diseño optimizado.
Beneficios ambientales y económicos: la reducción del 15 % del hormigón utilizado en la viga principal se traduce en un ahorro significativo a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto.
Indicador de evaluación
Reducción
Calentamiento global (GWP100a)
2009,65 toneladas de CO2 eq.
Acidificación (AP)
8,86 toneladas de SO2 eq.
Eutrofización (FEP)
7,12 toneladas de PO4 eq.
Polvo en suspensión (PMFP)
79,63 toneladas
Ahorro económico (coste de material)
2 694 189,55 CNY
5. Conclusiones y hallazgos clave
La investigación demuestra con éxito la viabilidad de un sistema inteligente de supervisión en la nube, acoplado a un modelado FEM, para analizar la seguridad y optimizar el diseño de puentes de gran envergadura.
Resultados clave:
Fallo de cables: el fallo de los cables es un factor crítico para la estabilidad de los puentes atirantados y debe ser un objetivo principal del seguimiento.
Ubicación de la tensión máxima: la tensión más alta se concentra en los cables más largos (en este caso, el cable n.º 10), específicamente en la zona situada a menos de 2 metros de la parte superior de la torre principal.
Diseño del sistema de monitorización subóptimo: el diseño actual de los puntos de control resulta ineficiente. No hay sensores en la parte superior de la torre, donde la tensión es máxima, mientras que hay demasiados en la viga principal.
Enfoque del mantenimiento: el mantenimiento rutinario de los cables atirantados debe centrarse en las zonas de conexión de la parte superior de la torre y de la viga principal.
Innovación y limitaciones: La principal innovación del estudio consiste en aplicar de manera sistemática datos medidos y el modelado FEM 3D para resolver problemas de seguridad y optimización en puentes complejos. Esto ofrece un ejemplo práctico de supervisión en tiempo real y de análisis de la solidez de los datos. Una limitación reconocida es la falta de un estudio en profundidad sobre los efectos destructivos de las sobrecargas de peso y de velocidad, lo que sugiere una línea de investigación para el futuro.
Acaban de publicar un artículo nuestro en Structural Engineering and Mechanics, una de las revistas de referencia del JCR. Este trabajo sintetiza los resultados de un estudio en el que se presenta un marco de optimización multiobjetivo innovador para el diseño de pasarelas peatonales con estructuras mixtas de acero y hormigón.
La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información contextual.
El objetivo principal de esta investigación ha sido equilibrar la eficiencia económica y medioambiental con la seguridad estructural y el confort del usuario, integrando de manera única la resiliencia ante incendios. A diferencia de investigaciones previas, este trabajo incorpora seis escenarios distintos de exposición al fuego, desde 320 hasta 720 segundos, para evaluar el rendimiento de la estructura en condiciones extremas.
Los resultados revelan una relación directa y lineal entre el coste y las emisiones de CO₂, lo que demuestra que por cada dólar estadounidense (1 USD) ahorrado en el coste por metro de la estructura, se reduce la emisión de 0,7727 kg de CO₂. Este descubrimiento posiciona la optimización de costes como una estrategia que favorece la sostenibilidad económica y medioambiental.
Un descubrimiento clave es que se pueden lograr mejoras sustanciales en la seguridad contra incendios con inversiones moderadas. Un aumento del 23 % en el coste permite que la estructura resista casi 8 minutos (460 segundos) de exposición al fuego antes de colapsar, mientras que incrementos menores, del 3,91 % y 15,06 %, aseguran la estabilidad durante 320 y 400 segundos, respectivamente. El estudio también pone de manifiesto un cambio fundamental en la configuración del diseño óptimo: mientras que los diseños esbeltos son más eficientes en términos de coste y emisiones en condiciones normales, las configuraciones más compactas son necesarias para garantizar la seguridad en caso de exposición prolongada al fuego. Estos resultados ofrecen directrices prácticas para el desarrollo de infraestructuras urbanas más seguras, resilientes y sostenibles.
1. Marco de optimización multiobjetivo.
El estudio aborda una brecha crítica en ingeniería estructural: la falta de investigaciones que apliquen métodos de optimización a infraestructuras reales, integrando simultáneamente criterios de sostenibilidad (económicos, medioambientales y sociales) y de seguridad, especialmente en condiciones extremas, como la exposición al fuego.
1.1. Metodología aplicada
El análisis se centra en una pasarela peatonal de estructura mixta de acero y hormigón, con una luz de 17,5 metros, ubicada en el sur de Brasil. Con el fin de hallar las soluciones óptimas, se empleó un algoritmo de Búsqueda de Armonía Multiobjetivo (MOHS, por sus siglas en inglés), desarrollado a medida en Python. El proceso de optimización busca minimizar simultáneamente tres funciones objetivo:
Coste: coste de los materiales necesarios para construir la estructura, basado en los precios del mercado brasileño.
Emisiones de CO₂: el impacto ambiental, medido por las emisiones de CO₂ asociadas a la producción de los materiales, para lo que se han utilizado indicadores específicos de la región objeto de estudio.
Aceleración vertical máxima: medida del confort de los peatones, calculada a partir de las vibraciones inducidas por su movimiento.
El modelo tiene en cuenta ocho variables de diseño discretas, como el espesor de la losa de hormigón y las dimensiones de las vigas de acero, lo que da como resultado un espacio de búsqueda de 7×10¹¹ soluciones posibles.
Ilustración de la pasarela mixta
1.2. Escenarios de exposición al fuego.
Una de las innovaciones centrales del estudio es incorporar la resiliencia al fuego en el proceso de optimización. Se ha simulado un escenario de incendio de un vehículo debajo de una pasarela utilizando una curva tiempo-temperatura específica, desarrollada a partir de pruebas experimentales realizadas en puentes no confinados. Además de la condición a temperatura ambiente (0 segundos), se analizaron seis periodos de exposición al fuego que provocaron una degradación significativa de las propiedades mecánicas del acero.
Periodo de exposición al fuego (s)
Temperatura del acero (°C)
Factor de reducción (límite elástico)
Factor de reducción (módulo de elasticidad)
0
20
1,00
1,00
320
200
1,00
0,90
400
300
1,00
0,80
460
400
1,00
0,70
510
500
0,78
0,60
560
600
0,47
0,31
720
700
0,23
0,13
2. Hallazgos clave y análisis de resultados.
El proceso de optimización generó un frente de Pareto tridimensional que muestra los equilibrios entre coste, emisiones y confort en los distintos escenarios de incendio.
2.1. Relación lineal entre el coste y las emisiones de CO₂.
Se identificó una relación directa y consistente entre el coste de fabricación y las emisiones de CO₂ en todos los escenarios analizados. Los datos demuestran que cada real brasileño (R$) ahorrado mediante la optimización equivale a una reducción de 0,1358 kg de CO₂. Convertido a dólares estadounidenses, esto equivale a una reducción de 0,7727 kg de CO₂ por cada dólar estadounidense ahorrado por metro de pasarela.
Esta correlación confirma que la optimización económica es una herramienta eficaz para promover la sostenibilidad medioambiental, especialmente en regiones que necesitan desarrollar infraestructuras sin sacrificar la eficiencia económica.
2.2. Intercambio entre la resistencia al fuego y el coste.
Como era de esperar, aumentar la resistencia de la estructura al fuego implica un mayor coste y, por tanto, más emisiones. Sin embargo, el estudio demuestra que es posible lograr mejoras significativas en la seguridad con incrementos de coste relativamente bajos o moderados.
Un incremento del 3,91 % en el coste permite que la estructura resista durante 320 segundos (5 minutos) de fuego.
Un incremento del 15,06 % extiende la resistencia a 400 segundos (6,5 minutos).
Un incremento moderado del 23 % evita el colapso durante casi ocho minutos (460 segundos), lo que proporciona un tiempo valioso para la evacuación.
Diseñar para resistir un incendio de 12 minutos (720 segundos) incrementa el coste en más del 400 %, por lo que resulta inviable en la mayoría de los casos.
2.3. Impacto en el confort de los peatones.
Los objetivos de coste y confort son conflictivos: un mayor confort (menor aceleración vertical) exige una mayor rigidez estructural, lo que se traduce en un mayor consumo de materiales.
Pasar de un nivel de confort «mínimo» a «medio» implica un aumento del coste promedio del 44 %.
Mejorar el nivel de confort de «medio» a «máximo» solo requiere un aumento promedio del 6 % en el coste, lo que sugiere que es una inversión factible en la mayoría de los escenarios.
La excepción es el escenario de 12 minutos de fuego, en el que alcanzar el nivel de confort «máximo» supone un 68 % más que el «medio», debido a la grave degradación del rendimiento del acero.
3. Implicaciones prácticas y configuraciones óptimas de diseño.
El análisis de las variables de diseño de las soluciones óptimas revela patrones claros y ofrece implicaciones prácticas para la ingeniería.
3.1. Evolución del diseño en función de la exposición al fuego.
La configuración geométrica óptima de la pasarela varía drásticamente según el tiempo de exposición al fuego considerado.
En ausencia de fuego o con una exposición breve, la solución más eficiente es un diseño de alta esbeltez, con vigas de acero altas y delgadas que se acercan a los límites normativos. Así se minimiza el consumo de material, lo que reduce costes y emisiones.
Con una exposición prolongada al fuego (es decir, superior a 510 segundos), la solución óptima se desplaza hacia configuraciones más compactas y menos esbeltas. Se observa un aumento considerable del espesor del alma y de las alas de las vigas de acero.
Este cambio se debe a que, a altas temperaturas, el límite de esbeltez (que depende del módulo de elasticidad y del límite elástico del acero) disminuye considerablemente. En los escenarios más extremos, el límite de esbeltez deja de ser una restricción activa y el algoritmo prioriza la robustez geométrica para cumplir con otros requisitos de diseño.
Periodo de exposición (s)
Esbeltez óptima / Límite de esbeltez
0
99,17 %
460
99,54 %
560
68,45 %
720
46,98 %
3.2. Estrategias de materiales.
Preferencia por el acero: el estudio revela que, para aumentar la seguridad contra incendios, es más rentable y sostenible incrementar el consumo de acero (a pesar de la degradación de sus propiedades) que aumentar la rigidez mediante una losa de hormigón más gruesa.
Interacción total: en todas las soluciones óptimas de menor coste, el grado de interacción entre la viga de acero y la losa de hormigón es del 100 % (α = 1,0), lo que indica que el comportamiento compuesto completo es la opción más eficiente.
4. Conclusiones principales
El estudio presenta un marco sólido para el diseño de pasarelas mixtas de acero y hormigón y demuestra que es posible equilibrar sostenibilidad, economía y seguridad. Las conclusiones más relevantes son las siguientes:
Sostenibilidad y coste vinculados: existe una relación lineal y cuantificable entre la reducción de costes y la disminución de las emisiones de CO₂, por lo que la optimización económica puede utilizarse como herramienta para la sostenibilidad ambiental.
Seguridad contra incendios asequible: es posible mejorar significativamente la seguridad de una pasarela ante un incendio con incrementos de coste moderados y económicamente viables.
El diseño se adapta al riesgo: la configuración óptima de una estructura no es universal; los diseños esbeltos son ideales para condiciones normales, pero las configuraciones compactas son cruciales para la resiliencia en escenarios de incendio prolongados.
Implicaciones para el diseño: los resultados subrayan la importancia de incorporar escenarios de riesgo extremo en las primeras fases del diseño estructural para crear infraestructuras más seguras y resilientes sin comprometer desproporcionadamente los recursos.
Estas conclusiones se aplican únicamente a la tipología de estructura y al escenario de incendio estudiados, así como a los costes y a los factores de emisión regionales. Por tanto, se requieren más investigaciones para validar y extender estos resultados a otros contextos.
Figura 1. Construcción por voladizos sucesivos. By Störfix [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], from Wikimedia Commons
Al cruzar un gran viaducto que se alza sobre un profundo valle, es inevitable preguntarse cómo se construye una estructura de esa magnitud sin apoyos en el suelo. No hay andamios que se eleven cientos de metros hasta alcanzar el tablero. La respuesta reside en un método constructivo que, a primera vista, parece desafiar la gravedad: la construcción mediante voladizos sucesivos.
El sistema de construcción por voladizos sucesivosin situ es un método avanzado para la construcción de puentes de hormigón pretensado desarrollado en la década de 1950. Está diseñado específicamente para superar grandes luces, de entre 60 y más de 200 metros, un rango en el que las soluciones tradicionales con cimbradas o empujadas no son viables. El principio fundamental consiste en construir el tablero del puente de manera progresiva y simétrica a ambos lados de una pila. El tablero se divide en segmentos denominados «dovelas», que se hormigonan in situ y se anclan a la sección previamente construida mediante cables de pretensado.
A continuación, desvelamos cinco claves que explican cómo la ingeniería hace posible levantar estos gigantes de hormigón «en el aire».
1. El equilibrio perfecto: construir hacia el vacío.
El principio esencial de este sistema es el equilibrio. En lugar de avanzar desde el terreno hacia arriba, el puente se construye hacia los lados desde la parte superior de cada pilastra, extendiéndose en voladizo en ambas direcciones simultáneamente. Cada nuevo segmento, o dovela, se añade alternativamente en ambos sentidos, manteniendo las cargas compensadas. Así, la pila actúa como un eje de un balancín: si un lado crece, el otro debe crecer también para mantener la estabilidad.
Figura 2. Esquema del principio de la construcción por voladizos. Dibujo: V. Yepes
Cuando, por necesidades de la obra, se avanza más en un extremo que en otro, se instalan apoyos provisionales para garantizar la seguridad. Por lo general, cada ciclo constructivo permite ejecutar un par de dovelas por semana. Estas piezas se fijan a la parte ya construida mediante pretensado, tensando cables de acero internos que comprimen el hormigón y le confieren una gran resistencia.
2. Las máquinas colgantes: los carros de avance.
La construcción en voladizo es posible gracias a unas máquinas tan ingeniosas como espectaculares: los carros de avance. Estas estructuras móviles se suspenden del tablero ya construido y sirven como plataformas de trabajo desde las cuales se colocan las armaduras, el encofrado y el hormigón fresco del siguiente tramo.
Históricamente, se empleaban dos tipos: los de vigas superiores y los de vigas inferiores. Los primeros, más ligeros, tendían a deformarse bajo el peso del hormigón, lo que podía provocar fisuras en las juntas. Los segundos resolvían este problema, pero requerían tensiones de pretensado mayores. La evolución tecnológica ha llevado a los carros autoportantes, sistemas más rígidos y precisos en los que el propio encofrado actúa como estructura indeformable. En la actualidad, son auténticas fábricas colgantes que avanzan paso a paso sobre el vacío construyendo el puente del que dependen.
Figura 3. Carro de avance moderno, anclado al tablero. http://www.sten.es/encofrados/viaductos/
3. El puente no es «un» puente hasta el final.
Durante gran parte del proceso, el puente no existe como estructura continua. Cada pila soporta dos voladizos independientes que se acercan sin tocarse. Solo al final del proceso se unen mediante dos operaciones críticas. En primer lugar, se ejecuta la dovela de cierre, es decir, el segmento que une físicamente los extremos de los voladizos. Sin embargo, en ese momento, la estructura aún se comporta como dos piezas simplemente apoyadas. La verdadera transformación se produce con el tesado de continuidad: se introducen nuevos cables de acero a lo largo del eje del tablero y se tensan, de modo que el conjunto se convierte en una viga continua. Tras este paso, el puente empieza a comportarse como una unidad estructural, aunque el proceso de ajuste no termina ahí. Con el tiempo, el hormigón experimenta una redistribución lenta de esfuerzos debido a la fluencia, una deformación progresiva que lleva la estructura a su estado de equilibrio final.
4. La dovela más compleja: el punto de partida.
Aunque una pareja de dovelas estándar puede ejecutarse en una semana, la dovela 0 —la primera— requiere una atención especial. Se construye directamente sobre la pila y sirve de base para instalar los carros de avance. A diferencia del resto, no se ejecuta con el sistema en voladizo, sino mediante procedimientos convencionales en tres fases: losa inferior, almas y losa superior.
Además, incorpora riostras interiores robustas para resistir las grandes cargas iniciales. Su ejecución puede prolongarse hasta cuatro semanas, a las que hay que sumar otro mes para el montaje de los equipos auxiliares. Es un proceso lento, pero esencial para que el resto del proceso se desarrolle con rapidez y seguridad.
5. Apuntar alto para acabar recto: el arte de la contraflecha.
A medida que el tablero avanza, su propio peso hace que los voladizos tiendan a descender ligeramente. Para compensar este efecto, los ingenieros aplican una contraflecha: cada dovela se construye unos milímetros por encima de su posición final. Cuando la estructura está terminada y las cargas se equilibran, el puente alcanza la alineación horizontal perfecta.
Este ajuste requiere un control predictivo extraordinario. Hay que tener en cuenta variables como el peso de cada dovela, la posición de los carros, la magnitud del pretensado, la fluencia del hormigón, la relajación de los cables y las deformaciones diferidas. Durante toda la obra se realiza un control topográfico continuo que compara la posición real con los cálculos previstos. Si se detectan desviaciones, se corrigen en el ciclo siguiente. Gracias a esta precisión, las dos mitades del puente que avanzan desde pilas opuestas pueden encontrarse en el centro del vano perfectamente alineadas y a la cota prevista.
La ingeniería invisible que nos sostiene.
Cada gran viaducto que vemos como una estructura estática es, en realidad, el resultado de una compleja coreografía de equilibrio, maquinaria y cálculo. La construcción mediante voladizos sucesivos combina precisión geométrica, control estructural y un profundo conocimiento del comportamiento del hormigón. La próxima vez que cruces un gran puente, quizá recuerdes que, durante meses, hubo bajo tus pies una auténtica danza de ingeniería suspendida en el aire.
Os dejo esta conversación en la que se habla sobre esta técnica de construcción de puentes.
En este vídeo tenéis un resumen de las ideas básicas, explicadas de forma divulgativa.
La madera fue el primer material estructural utilizado en la construcción de puentes, mucho antes que la piedra, el metal o el hormigón. La madera permite fabricar piezas lineales aptas para resistir esfuerzos de compresión y tracción y, por tanto, también de flexión. Su uso ha evolucionado desde los rudimentarios troncos apoyados en los cauces hasta las complejas estructuras actuales de madera laminada y materiales compuestos. En la actualidad, este material está experimentando un notable resurgimiento, impulsado por sus virtudes técnicas: una excelente relación resistencia-peso, facilidad de mecanizado y de transporte, y la capacidad de crear elementos prefabricados de gran longitud.
A diferencia de la mampostería, que requiere morteros y recurre al arco para salvar grandes luces, la madera permite ensamblajes con continuidad estructural. Esto permite diseñar diseños lineales, ligeros y flexibles que se adaptan a una amplia variedad de vanos. El desarrollo de la madera laminada encolada (en inglés, glulam), los adhesivos estructurales, los tratamientos de protección en autoclave y las normativas estandarizadas, como el Eurocódigo 5, han consolidado la madera como una alternativa duradera y viable frente a los materiales convencionales.
Clasificación estructural
Los puentes de placas de madera son estructuras que funcionan como placas continuas, normalmente compuestas por tableros de madera contralaminada (CLT), y tienen luces limitadas o se combinan con vigas para alcanzar dimensiones mayores. Por otro lado, los puentes de barras de madera están formados por piezas lineales que configuran vigas, arcos o cerchas (vigas reticuladas), lo que les permite cubrir luces más amplias.
Tipo estructural
Descripción
Luz típica
Vigas
Vigas macizas o de glulam, a menudo en configuraciones triarticuladas.
3 a 24 m
Viga reticulada (cercha)
Sistema triangulado (p. ej., tipo Howe o Pratt) de barras que operan bajo esfuerzo axial.
9 a 45 m
Arco triarticulado
Fabricado en glulam, sometido predominantemente a compresión.
12 a 70 m
Colgante
El tablero está suspendido mediante cables de acero anclados a mástiles.
Luces variables
De apertura
Tablero con piezas móviles o deslizantes.
Hasta 24 m
2. Evolución histórica de los puentes de madera.
Orígenes antiguos e ingeniería primitiva: La madera es uno de los materiales estructurales más antiguos que la humanidad ha utilizado para superar obstáculos naturales. Desde la prehistoria, concretamente desde la invención del hacha de piedra, alrededor del año 15 000 a. C., los seres humanos utilizaban troncos como puentes sobre ríos o arroyos. Los palafitos eran construcciones de madera levantadas sobre el agua, similares a los puentes. En algunas culturas subtropicales también empleaban lianas, que prefiguraban los puentes colgantes. No obstante, los ejemplos más sofisticados datan de épocas posteriores. Aunque en la Antigüedad clásica los puentes de piedra en arco fueron los más duraderos, la madera desempeñó un papel esencial en la ingeniería militar. Uno de los ejemplos más conocidos es el puente que Julio César construyó sobre el Rin, diseñado para montarse y desmontarse rápidamente aprovechando las corrientes del río para estabilizar sus uniones. Otro ejemplo es el legendario Ponte Sublicio (c. 642 a. C.) sobre el Tíber, concebido para ser destruido en caso necesario, lo que subraya la importancia estratégica de los puentes de madera en la Antigüedad.
Puente de Julio César en el Rin. https://www.cienciahistorica.com/2015/08/25/acojonar-enemigo/
Edad Media, Renacimiento y «siglo de oro» europeo: Aunque durante la Edad Media predominaban las estructuras de mampostería, la madera seguía utilizándose en puentes, especialmente en forma de cubiertas que protegían la superestructura de las inclemencias del tiempo. Ya desde el Renacimiento, ingenieros como Leonardo da Vinci idearon puentes de madera desmontables o de montaje rápido, lo que evidencia una notable anticipación técnica. En Suiza, por ejemplo, los puentes cubiertos como el Kapellbrücke y el Spreuerbrücke (siglos XIV-XVI) demuestran que la cubierta de madera prolongaba la vida útil de la estructura al protegerla de la humedad y del sol. El siglo XVIII se considera un periodo de auge de los puentes de madera en Europa. Ingenieros como Hans Ulrich Grubenmann, en Suiza, desarrollaron puentes de madera laminada empernada y arcos rebajados, logrando luces de más de 50 metros, lo que situó a la madera, en términos de vano, en niveles comparables a los de la piedra.
Puente Kapellbrücke de Lucerna (Suiza). https://worldcitytrail.com/es/2025/01/04/spreuerbrucke-en-lucerna/
El impulso industrial y las cerchas reticuladas: El gran salto tecnológico en la construcción de puentes de madera se produjo en el siglo XIX, como resultado de la Revolución Industrial y del desarrollo de las redes ferroviarias, sobre todo en Norteamérica. La necesidad de construir puentes de forma rápida y con luces mayores impulsó el uso de conexiones metálicas y de tipos estructurales más eficientes. Aparecieron patentes como las de Ithiel Town (cercha Town), William Howe (cercha Howe) y Thomas Pratt (cercha Pratt). Un ejemplo histórico es el puente Colossus Bridge, construido por Lewis Wernwag en 1812 sobre el río Schuylkill, en Filadelfia. Con un vano de 103,7 metros y conectores de hierro, en su época se consideró el puente de madera de vano único más largo de Estados Unidos. Estas innovaciones permitieron que la madera compitiera con otros materiales estructurales.
Puente Colossus Bridge, construido por Lewis Wernwag en 1812 sobre el río Schuylkill, en Filadelfia. https://www.structuremag.org/article/the-colossus-of-the-schuylkill-river/
Siglos XX y XXI: innovación tecnológica y sostenibilidad: Durante gran parte del siglo XX, los materiales dominantes fueron el acero y el hormigón, que relegaron en parte a la madera. No obstante, en ese periodo se sentaron las bases para su renacimiento: la invención de la madera laminada encolada (glulam), los adhesivos estructurales de alto rendimiento y los tratamientos en autoclave mejoraron sustancialmente la estabilidad dimensional, la durabilidad y la fiabilidad de la madera como material estructural. En la actualidad, la madera está experimentando un notable resurgimiento en la ingeniería de puentes, gracias también a los criterios de sostenibilidad y de ecología. Normativas como el Eurocódigo 5 (EN 1995-2: Puentes de madera) han aportado solidez a su uso desde el punto de vista ingenieril. Además, la aparición de la madera contralaminada (CLT) y el desarrollo de estructuras híbridas (madera-acero o madera-hormigón), junto con las herramientas de modelado digital (BIM) y la prefabricación, han devuelto a la madera su papel esencial en las infraestructuras sostenibles.
Puente de madera laminada sobre el Pisuerga. http://www.mediamadera.com/es/puentes-de-madera
3. Consideraciones técnicas y materiales
Los puentes modernos se construyen con madera de ingeniería, un material estable y de alto rendimiento.
A. Materiales estructurales clave
Madera laminada encolada (glulam): permite fabricar vigas curvadas o rectas de gran sección y longitud, optimizando la resistencia.
Madera contralaminada (CLT): paneles de gran formato y rigidez bidireccional, muy utilizados en tableros de placa por su capacidad de prefabricación modular.
Maderas compuestas estructurales (LVL, PSL): productos derivados de chapas o de virutas que ofrecen uniformidad y alto rendimiento mecánico.
B. Durabilidad, protección y mantenimiento
La longevidad de un puente de madera depende fundamentalmente de un diseño inteligente que controle la humedad:
Protección constructiva: el diseño debe evitar la acumulación de agua mediante drenajes e inclinaciones y asegurar una ventilación adecuada. La cubierta protectora sigue siendo la mejor defensa a largo plazo.
Tratamiento: selección de especies duraderas (según EN 350) o aplicación de tratamientos protectores en autoclave (sales de cobre, etc.) para alcanzar las clases de uso 3 y 4.
Mantenimiento: revisiones periódicas y reaplicación de protectores superficiales para combatir la radiación UV solar.
El diseño estructural de los puentes de madera se basa en normativas internacionales rigurosas. En Europa, la referencia principal es el Eurocódigo 5 (EN 1995-2: Puentes), que establece los criterios esenciales de cálculo por el método de estados límite, la durabilidad de la madera y el dimensionamiento de las uniones e incorpora factores de modificación críticos. Además, el Manual de diseño de puentes AASHTO LRFD (Load and Resistance Factor Design) ofrece una metodología de diseño basada en factores de carga y resistencia que predomina en Norteamérica y otras regiones. Estas dos directrices se complementan con las guías técnicas detalladas del US Forest Service, que ofrecen buenas prácticas especializadas para la construcción y la durabilidad de estas estructuras.
4. Aplicaciones y mercado
Los puentes de madera tienen una amplia gama de usos:
Vehiculares: carreteras secundarias y entornos rurales, diseñados para soportar cargas moderadas.
Peatonales y para ciclistas: son los más comunes y destacan por su estética cálida y su excelente integración paisajística en parques y entornos naturales.
Sistemas híbridos: la combinación de glulam con losas de hormigón o acero permite construir puentes con vanos más largos y con mayor resistencia al tráfico pesado.
La sostenibilidad es el motor actual. La madera es un material renovable, reciclable y que captura carbono, y se suministra mediante sistemas de construcción industrializados (prefabricación), lo que asegura una rápida ejecución en obra. En el mercado actual se integran fabricantes de glulam, ingenierías especializadas y constructoras modulares, capaces de producir estructuras completas mediante sistemas industrializados.
5. Comparativa de materiales estructurales para puentes
Propiedad / criterio
Madera estructural
Acero
Hormigón armado / pretensado
Piedra
Resistencia específica (resistencia/peso)
Muy alta (estructuras ligeras).
Alta.
Media.
Baja.
Durabilidad natural
Limitada si no se protege; mejorable con tratamientos.
Alta si se protege contra la corrosión.
Muy alta.
Muy alta.
Mantenimiento
Requiere revisiones y repintado o reaplicación de protector.
Requiere control de la corrosión y de la pintura.
Bajo.
Mínimo.
Coste inicial
Medio o bajo (según el tipo de madera y el diseño).
Alto.
Medio.
Alto.
Coste de mantenimiento
Moderado.
Alto.
Bajo.
Muy bajo.
Comportamiento frente al fuego
Predecible (carbonización superficial).
Excelente.
Muy bueno.
Excelente.
Comportamiento ante agentes climáticos
Sensible a la humedad y a los rayos UV; requiere protección.
Lejos de ser obras provisionales, los puentes de madera son una síntesis de tradición e innovación tecnológica. Desde los primeros troncos prehistóricos hasta los diseños actuales con madera laminada encolada, contralaminada y estructuras híbridas, la madera ha demostrado su versatilidad, sostenibilidad y competitividad técnica. Gracias a la ingeniería moderna y a las normativas internacionales, la madera se consolida como un material estructural de referencia en el ámbito de las infraestructuras sostenibles.
Los procedimientos de montaje por movimientos horizontales de puentes atirantados se aplican cuando el puente —total o parcialmente— se construye fuera de su posición definitiva y se traslada posteriormente hasta ella. Este enfoque permite reducir la interferencia con el cauce, el tráfico o las infraestructuras existentes, además de mejorar la seguridad y el control de calidad, ya que la mayor parte de los trabajos se realizan en condiciones estables sobre tierra firme.
En todos los casos, las torres y el tablero deben comportarse de forma solidaria durante el desplazamiento, apoyándose el conjunto en pilas o apoyos provisionales que garanticen la estabilidad global. La elección del método depende de las condiciones geométricas del emplazamiento, de las luces principales, de la rigidez del sistema atirantado y de la disponibilidad de medios auxiliares.
Se distinguen tres métodos fundamentales de ejecución:
a) Puentes empujados longitudinalmente
Este procedimiento es similar al empleado en los puentes de vigas lanzadas incrementalmente, pero está adaptado a la configuración atirantada. El tablero se construye por tramos en una orilla y se empuja progresivamente hacia el vano principal mediante gatos hidráulicos. Para compensar los momentos negativos en el frente de avance, se coloca una nariz de lanzamiento o una estructura auxiliar ligera.
Durante el empuje, los apoyos provisionales y las torres soportan cargas variables, por lo que es necesario controlar continuamente la tensión en los tirantes y realizar ajustes secuenciales para evitar sobreesfuerzos o deformaciones excesivas. Para ello, se utilizan dispositivos deslizantes de baja fricción, como placas de neopreno-PTFE sobre acero inoxidable o carros rodantes en combinación con gatos sincronizados. Además, se realiza una instrumentación topográfica y extensométrica en tiempo real para controlar la geometría de avance.
Un ejemplo representativo es el puente de la calle Jülicher, en Düsseldorf, donde este sistema se aplicó con éxito, combinando el control hidráulico de las tensiones en los tirantes con el uso de apoyos provisionales sobre las pilas intermedias durante el avance del tablero. El mismo procedimiento se empleó en el puente de la calle Franklin, también en Düsseldorf, siguiendo una metodología constructiva similar.
Puente de la calle Jülicher en Düsseldorf, Alemania. https://de.wikipedia.org/wiki/Br%C3%BCcke_J%C3%BClicher_Stra%C3%9Fe
b) Puentes girados
Cuando las condiciones del terreno o del cauce hacen inviable el empuje longitudinal, se puede recurrir al giro del puente completo o de sus semitableros desde una posición lateral de montaje. El conjunto se apoya temporalmente sobre una articulación o pivote reforzado bajo la torre principal, mientras el extremo libre describe un sector circular hasta alcanzar su posición definitiva.
Durante la maniobra, es fundamental mantener el equilibrio del centro de gravedad y la estabilidad frente al vuelco o la torsión, por lo que suelen emplearse lastres temporales y gatos hidráulicos sincronizados. La precisión se garantiza mediante un control topográfico y de tensiones en los tirantes antes y después del giro.
El puente sobre el canal del Danubio, en Viena, es un ejemplo clásico de dos semipuentes girados hasta su posición final. Otro caso notable es el puente de Ben-Ahin (Père Pire) sobre el río Mosa, en Bélgica, que se construyó por completo en una orilla y se giró alrededor de su pila principal en 1987. La maniobra, que desplazó decenas de miles de toneladas, supuso en su momento un récord europeo por el peso movilizado mediante una rotación controlada. Este puente, construido en 1988, fue en su momento el de mayor masa girada del mundo. La pila tiene 84 metros de altura; el tablero mide 341 metros de largo y pesa 16 000 toneladas. Lo soportan 40 cables en abanico situados en un plano.
Puente de Ben-Ahin, Bélgica. Imagen: C. Pujos. Fuente: http://www.puentemania.com/3502
c) Puentes ripados transversalmente
El ripado o traslación transversal consiste en construir el puente en su ubicación final y trasladarlo lateralmente mediante sistemas de deslizamiento controlado. Este método requiere alineamientos precisos entre la posición inicial y la definitiva, así como patines o cojinetes de deslizamiento lubricados, que a menudo se combinan con transportadores modulares autopropulsados (SPMT, por sus siglas en inglés) o con gatos de empuje y freno.
El puente de Oberkassel, en Düsseldorf, es un ejemplo representativo de este tipo de maniobra. La estructura principal se desplazó lateralmente desde su zona de ensamblaje hasta el eje del río mediante carros rodantes y guías transversales, bajo una monitorización topográfica en tiempo real que garantizó la precisión del posicionamiento final. El puente tiene una luz principal de 257,75 m y una torre central de 100 m de altura sobre el tablero. Su superestructura metálica, de 35 m de ancho, está formada por una viga cajón de tres células con losa ortótropa.
Puente sobre el Rin Düsseldorf-Oberkassel. Fuente: https://www.visitduesseldorf.de/en/attractions/oberkasseler-bruecke-bridge-b2338616ec
El ripado presenta ventajas en emplazamientos con suficiente espacio lateral, ya que reduce los trabajos en el cauce y minimiza las afecciones medioambientales o de tráfico. No obstante, exige un estudio detallado del coeficiente de fricción, de las reacciones en los apoyos provisionales y de los esfuerzos transitorios en los tirantes y en las pilas durante el movimiento.
Consideraciones generales
En los puentes atirantados, los movimientos horizontales requieren una planificación constructiva precisa y un análisis estructural temporal que contemple la evolución de las tensiones, las deformaciones y la estabilidad global en cada fase. Es fundamental modelar los estados transitorios y definir procedimientos de tensado, destensado y control geométrico con el apoyo de instrumentación avanzada (celdas de carga, inclinómetros y estaciones totales automatizadas).
En la práctica, estos métodos ofrecen varias ventajas: permiten trabajar en seco y en condiciones controladas, reducen los riesgos laborales y minimizan la interferencia con el entorno. Entre sus principales limitaciones se encuentran el coste de los equipos especializados, la complejidad de las maniobras y la necesidad de personal altamente cualificado.
En resumen, el montaje por movimientos horizontales es una técnica versátil y segura, plenamente consolidada en la ingeniería de puentes moderna, que combina la precisión geométrica con la eficiencia constructiva. Ha demostrado su viabilidad en numerosos puentes atirantados europeos, como los de Düsseldorf, Viena y Ben-Ahin.
Cuando pensamos en la construcción de grandes infraestructuras, como los puentes, a menudo nos viene a la mente una imagen de fuerza bruta: toneladas de hormigón y acero ensambladas con una precisión monumental. Se trata de una proeza de la ingeniería física, un testimonio de la capacidad humana para dominar los materiales y la geografía.
Sin embargo, detrás de esta fachada de poderío industrial se está produciendo una revolución silenciosa. La inteligencia artificial y los modelos computacionales avanzados, que pueden ejecutar el equivalente a décadas de diseño y pruebas de ingeniería en cuestión de horas, están redefiniendo las reglas del juego. Lejos de ser un mero ejercicio teórico, estas herramientas permiten a los ingenieros diseñar puentes que son no solo más resistentes, sino también sorprendentemente más económicos y respetuosos con el medio ambiente.
Las lecciones que siguen se basan en los hallazgos de una tesis doctoral, defendida por la profesora Lorena Yepes Bellver, innovadora en la optimización de puentes. La tesis obtuvo la máxima calificación de sobresaliente «cum laude». Las lecciones demuestran que el futuro de la construcción no radica únicamente en nuevos materiales milagrosos, sino en la aplicación de una inteligencia que permita aprovechar los ya existentes de forma mucho más eficiente.
De izquierda a derecha: Julián Alcalá, Salvador Ivorra, Lorena Yepes, Tatiana García y Antonio Tomás.
1. El pequeño coste de un gran impacto ecológico: pagar un 1 % más para emitir un 2 % menos de CO₂.
Uno de los principales obstáculos para la adopción de prácticas sostenibles ha sido siempre la creencia de que «ser verde» es significativamente más caro. Sin embargo, la investigación en optimización de puentes revela una realidad mucho más alentadora. Gracias a los diseños perfeccionados mediante metamodelos, es posible lograr reducciones significativas de la huella de carbono con un impacto económico mínimo.
El dato clave del estudio es contundente: «Un modesto aumento de los costes de construcción (menos del 1 %) puede reducir sustancialmente las emisiones de CO₂ (más del 2 %)». Este hallazgo demuestra que la sostenibilidad no tiene por qué ser un lujo, sino el resultado de una ingeniería más inteligente.
«Esto demuestra que el diseño de puentes sostenibles puede ser económicamente viable».
Esta lección es fundamental, ya que pone fin a una falsa dicotomía entre la economía y la ecología. Demuestra que no es necesario elegir entre un puente asequible y otro respetuoso con el medio ambiente. Gracias a las decisiones de diseño inteligentes, guiadas por la optimización avanzada, es posible alcanzar ambos objetivos simultáneamente, de modo que la sostenibilidad se convierte en una ventaja competitiva y no en una carga.
2. La paradoja de los materiales: añadir más componentes para reducir el consumo global.
La lógica convencional nos diría que, para construir de forma más sostenible, el objetivo debería ser reducir la cantidad total de materiales utilizados. Menos hormigón, menos acero, menos de todo. Sin embargo, uno de los hallazgos más sorprendentes de la tesis es una paradoja que desafía esta idea tan simple.
El diseño óptimo y más sostenible aumenta, de hecho, la cantidad de uno de sus componentes: la armadura pasiva (el acero de refuerzo convencional). A primera vista, esto parece contradictorio: ¿cómo puede ser más ecológico añadir más material?
La explicación se debe a un enfoque sistémico. Este aumento estratégico y calculado del refuerzo pasivo permite reducir considerablemente el consumo de otros dos materiales clave: el hormigón y la armadura activa (el acero de pretensado). La producción de estos materiales, especialmente la del cemento y del acero de alta resistencia, es intensiva en energía y, por tanto, genera numerosas emisiones de CO₂. En esencia, se sacrifica una pequeña cantidad de un material de menor impacto para ahorrar una cantidad mucho mayor de materiales de alto impacto.
Este enfoque, que podría describirse como «sacrificar una pieza para ganar el juego», es un ejemplo perfecto de cómo la optimización avanzada supera las reglas simplistas de reducción. En lugar de aplicar un recorte general, se analiza el sistema en su conjunto y se determina el equilibrio más eficiente. Este equilibrio inteligente de materiales solo es posible si se afina otro factor clave: la geometría de la estructura.
Retos en la optimización de puentes con metamodelos
3. Más esbelto es mejor: el secreto de la «delgadez» estructural para la sostenibilidad.
En el ámbito de la ingeniería de puentes, el concepto de «esbeltez» es fundamental. En términos sencillos, se refiere a la relación entre el canto de la losa y la luz que debe cubrir. Una mayor esbeltez implica un diseño estructural, en palabras comunes, más «delgado» o «fino».
La investigación revela un hallazgo crucial: los diseños que son óptimos tanto en términos de emisiones de CO₂ como de energía incorporada se logran con relaciones de esbeltez altas, concretamente de entre 1/30 y 1/28. En otras palabras, los puentes más sostenibles son también los más delgados y se complementan con hormigones óptimos situados entre 35 y 40 MPa de resistencia característica.
¿Por qué es esto tan beneficioso? Un diseño más esbelto requiere, inherentemente, una menor cantidad de materiales, principalmente de hormigón. Lo realmente notable es cómo se consigue. Los métodos tradicionales suelen basarse en reglas generales y márgenes de seguridad amplios, mientras que la optimización computacional permite a los ingenieros explorar miles, e incluso millones, de variaciones para acercarse al límite físico de la eficiencia sin sacrificar la seguridad. El resultado es una elegancia estructural casi contraintuitiva: puentes que alcanzan su fuerza no a través de la masa bruta, sino mediante una delgadez inteligentemente calculada, donde la sostenibilidad es una consecuencia natural de la eficiencia.
4. La optimización inteligente genera ahorros reales: una reducción de costes de hasta un 6,5 %.
Más allá de los beneficios medioambientales, la aplicación de estas técnicas de optimización tiene un impacto económico directo y medible. El diseño de infraestructuras deja de ser un arte basado únicamente en la experiencia para convertirse en una ciencia precisa que busca la máxima eficiencia económica.
El resultado principal del estudio sobre la optimización de costes es claro: el uso de modelos sustitutos (metamodelos Kriging) guiados por algoritmos heurísticos, como el recocido simulado, logró una reducción de costes del 6,54 % en comparación con un diseño de referencia.
Estos ahorros no son teóricos, sino que provienen directamente de la reducción de materiales. En concreto, se consiguió una disminución del 14,8 % en el uso de hormigón y del 11,25 % en el acero activo (pretensado). Es crucial destacar que estas reducciones se consiguieron sin afectar a la integridad estructural ni a la capacidad de servicio del puente. No se trata de sacrificar la calidad por el precio, sino de diseñar de manera más inteligente. Esta metodología convierte la optimización del diseño en una tarea académica en una herramienta práctica y altamente eficaz para la gestión económica de grandes proyectos de ingeniería civil.
5. No todos los cerebros artificiales piensan igual; la clave está en elegir el modelo computacional adecuado.
Una de las lecciones más importantes de esta investigación es que no basta con aplicar «inteligencia artificial» de forma genérica. El éxito de la optimización depende de elegir la herramienta computacional adecuada para cada tarea específica.
La tesis comparó dos potentes metamodelos: las redes neuronales artificiales (RNA) y los modelos de Kriging. Se descubrió una diferencia crucial en su rendimiento: si bien las RNA ofrecían predicciones absolutas más precisas sobre el comportamiento de un diseño concreto, el modelo de Kriging demostró ser mucho más eficaz para identificar los «óptimos locales», es decir, las zonas del mapa de diseño donde se encontraban las mejores soluciones.
Esto revela una capa más profunda de la optimización inteligente. Un modelo puede ser excelente para predecir un resultado (RNA), mientras que otro es más eficaz para guiar la búsqueda del mejor resultado posible (Kriging). No se trata solo de utilizar IA, sino de comprender qué «tipo de pensamiento» artificial es el más adecuado para cada fase del problema: predecir frente a optimizar. La verdadera maestría de la ingeniería moderna consiste en saber elegir las herramientas adecuadas para cada fase del problema.
Conclusión: la nueva frontera del diseño de infraestructuras.
La construcción de nuestras infraestructuras entra en una nueva era. La combinación de la ingeniería estructural clásica con el poder de los modelos computacionales avanzados, como el metamodelado Kriging y las redes neuronales artificiales, está abriendo una nueva frontera en la que la eficiencia y la sostenibilidad no son objetivos opcionales, sino resultados intrínsecos de un buen diseño.
Como hemos visto, los grandes avances no siempre provienen de materiales revolucionarios. A menudo, los «secretos» mejor guardados residen en la optimización inteligente de los diseños y materiales que ya conocemos. Obtener un mayor beneficio ecológico pagando menos, utilizar estratégicamente más de un material para reducir el consumo global o diseñar estructuras más esbeltas y elegantes son lecciones que van más allá de la construcción de puentes.
Nos dejan con una pregunta final que invita a la reflexión: si podemos lograr esto con los puentes, ¿qué otras áreas de la construcción y la industria están esperando a ser reinventadas por el poder de la optimización inteligente?
Os dejo un audio en el que se discuten las ideas de la tesis doctoral. Espero que os guste.
Y en este vídeo, tenemos resumidas las ideas principales de esta tesis.
Antonio da Ponte (Venecia, 1512-1595). https://www.urbipedia.org/hoja/Antonio_da_Ponte
Antonio da Ponte (Venecia, 1512-1595) fue un arquitecto e ingeniero italiano recordado principalmente por dirigir la reconstrucción del Puente de Rialto de Venecia, una de las obras más emblemáticas del Renacimiento tardío. Aunque es conocido sobre todo por esta estructura, su trayectoria profesional estuvo marcada por su amplia participación en proyectos públicos y arquitectónicos de gran relevancia para la ciudad.
De origen suizo —nació en Ponte Capriasca, en el actual cantón del Tesino—, se trasladó muy joven a la región del Véneto, donde comenzó su formación participando en la construcción de la basílica del Santo de Padua. Posiblemente, era hermano de Paolo da Ponte, otro arquitecto de Padua, lo que sugiere una tradición familiar ligada a este oficio. En 1535 se estableció definitivamente en Venecia, donde primero trabajó como aprendiz y, posteriormente, como propietario de su propio taller.
Su habilidad técnica y sus conocimientos de construcción le valieron pronto el reconocimiento de las autoridades venecianas. En 1563 fue nombrado Proto al Sal, un cargo vitalicio de superintendente de las obras públicas dependientes de la Magistratura del Sale, institución encargada de supervisar las construcciones financiadas con los ingresos del comercio de la sal. Este puesto lo consolidó como una figura clave en la ingeniería y la arquitectura venecianas del siglo XVI.
Uno de sus primeros trabajos destacados fue en el Palacio Ducal, donde, en 1575, proyectó el Salón de las Cuatro Puertas, una antecámara de honor que daba acceso a las salas del Senado y de la Señoría, basándose en un diseño original de Andrea Palladio. Sin embargo, tras el devastador incendio que sufrió el edificio el 20 de diciembre de 1577, Da Ponte desempeñó un papel decisivo en su reconstrucción. Ya en 1574 había sido nombrado arquitecto jefe de las obras de restauración del palacio. Tras el incendio, fue seleccionada su propuesta entre las quince presentadas por los arquitectos invitados para la rehabilitación del edificio, que devolvió al palacio su esplendor original. Además, dirigió la restauración de los arcos y pórticos que daban al oeste y al sur del conjunto.
A partir de entonces, Da Ponte recibió una gran cantidad de encargos públicos. En 1579 asumió nuevas responsabilidades en el Arsenal de Venecia, donde se encargó de elevar la cubierta principal. Entre 1577 y 1592 colaboró con Palladio en la construcción de la iglesia del Redentor. En 1589, continuó también las obras de las nuevas cárceles de Venecia, situadas frente al Palacio Ducal, al otro lado del canal, una obra que había sido iniciada por Giovanni Antonio Rusconi en 1563. Tras su fallecimiento, sus sobrinos Antonio y Tommaso Contin finalizaron la obra en 1614, tras haber trabajado estrechamente con él en sus últimos años.
Sin embargo, el proyecto que marcaría definitivamente su carrera fue el Puente de Rialto. Esta estructura, que cruzaba el Gran Canal, había sido originalmente de madera, pero su fragilidad había provocado su derrumbe en varias ocasiones a lo largo de los siglos. Tras su último derrumbe, las autoridades venecianas decidieron reconstruirlo en piedra, en busca de una solución definitiva y monumental. En 1587, se convocó un concurso público al que se presentaron algunos de los arquitectos más célebres del momento, como Miguel Ángel, Andrea Palladio y Jacopo Sansovino. Contra todo pronóstico, el proyecto ganador fue el de Antonio da Ponte.
El puente de Rialto sobre el Gran Canal. Por kallerna – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=168185275
Su diseño retomaba la idea básica del antiguo puente de madera, pero la reinterpretaba con una claridad estructural y una elegancia técnica admirables. El nuevo puente consta de un único arco de piedra sobre el que se disponen dos hileras de arcadas laterales que albergan tiendas y dos rampas que confluyen en una plataforma central. A pesar de su aparente sencillez, la solución estructural ideada por Da Ponte supuso un desafío técnico formidable para su época.
Una peculiaridad del Puente de Rialto es que, a primera vista, parece romper con la tradición de los puentes romanos de arco de medio punto al ofrecer un arco rebajado. Sin embargo, esta innovación es solo visual, ya que en realidad se trata de un arco de medio punto cuyas dovelas basales están ocultas bajo el nivel del agua, lo que crea la ilusión de una estructura más achatada. Este recurso permitió combinar una gran estabilidad estructural con una apariencia más ligera y moderna, adelantándose al gusto arquitectónico de los siglos posteriores.
Las obras del puente se llevaron a cabo entre 1588 y 1591, con la colaboración de su sobrino Antonio Contin, que años más tarde alcanzaría la fama como autor del Puente de los Suspiros. También participaron sus nietos Antonio y Tommaso Contin, con quienes había trabajado en la construcción de la Cárcel Nueva desde 1589.
A pesar de su éxito, la autoría de Da Ponte sobre el diseño del puente de Rialto no estuvo exenta de controversia. En 1841, el arquitecto parisino Antoine Rondelet publicó un tratado en el que cuestionaba la originalidad del proyecto y señalaba las sospechosas similitudes entre el diseño de Da Ponte y el presentado por Vincenzo Scamozzi al mismo concurso. No obstante, la documentación histórica y la coherencia estilística de la obra respaldan la autoría de Da Ponte.
En la actualidad, el Puente de Rialto sigue siendo el más antiguo de Venecia y uno de los monumentos más reconocidos del mundo. Su equilibrio entre solidez estructural, elegancia visual y funcionalidad urbana refleja la maestría de Antonio da Ponte, un ingeniero que supo unir la tradición técnica con la visión estética del Renacimiento veneciano. Su legado no solo transformó la fisonomía de Venecia, sino que también consolidó el papel central del ingeniero en la evolución de la arquitectura moderna.
Os dejo un vídeo del puente de Rialto, que espero os guste.
Puente de Brooklyn. https://www.nuevayork.net/puente-brooklyn
Cuando pensamos en un puente, solemos verlo como una maravilla de la ingeniería, un símbolo de conexión y progreso. Es una estructura que nos lleva de un punto a otro, superando un obstáculo. Sin embargo, detrás de esa aparente simplicidad se esconde un desafío monumental: construir un puente que no solo sea funcional y seguro, sino también sostenible.
Esta tarea es mucho más compleja de lo que parece. La sostenibilidad en ingeniería no se reduce a marcar una casilla, sino que implica un complejo proceso de toma de decisiones para conciliar los objetivos a menudo contrapuestos de la economía, el medio ambiente y la sociedad. Esta complejidad es el tema central de un profundo estudio académico titulado A Review of Multi-Criteria Decision-Making Methods Applied to the Sustainable Bridge Design, que analiza 77 artículos de investigación publicados a lo largo de 25 años para comprender cómo toman los expertos estas decisiones cruciales.
Este artículo recoge las lecciones más impactantes y, en ocasiones, sorprendentes, de esa exhaustiva investigación. En él descubriremos qué aspectos dominan el debate sobre los puentes sostenibles, qué puntos ciegos persisten y cómo están evolucionando las herramientas para diseñar las infraestructuras del futuro.
Las 5 lecciones más sorprendentes sobre los puentes sostenibles.
El análisis de décadas de investigación revela patrones inesperados y desafíos ocultos en la búsqueda de la infraestructura perfecta. A continuación, exploramos los cinco hallazgos más sorprendentes.
Ecoducto en la Autopista A6 Austria-Eslovaquia. https://blogs.upm.es/puma/2019/01/14/ecoductos-puentes-verdes-para-la-fauna/
Lección 1: «Sostenible» no solo significa «ecológico», sino que es un delicado equilibrio a tres bandas.
La palabra «sostenible» a menudo se asocia exclusivamente con el medio ambiente. Sin embargo, el estudio subraya que la verdadera sostenibilidad se apoya en tres pilares fundamentales: los factores económicos (coste y mantenimiento), los ambientales (emisiones de CO₂ e impacto en el ecosistema) y los sociales (seguridad, impacto en la comunidad y estética).
Estos tres pilares suelen tener objetivos contrapuestos. Un material más barato puede tener un mayor impacto ambiental. Un diseño que minimice las molestias a la comunidad podría ser mucho más costoso. Lograr un consenso entre ellos es un acto de equilibrio complejo. Curiosamente, el estudio revela que los factores sociales son los menos estudiados y comprendidos de los tres. Esta brecha de conocimiento no es solo una curiosidad académica, sino una de las barreras más significativas que nos impiden conseguir infraestructuras que sirvan de verdad a la sociedad a largo plazo.
Lección 2: Nos obsesiona cómo viven los puentes, pero ignoramos cómo mueren.
El ciclo de vida de un puente abarca desde su diseño y construcción hasta su demolición o reciclaje final. El estudio presenta una estadística demoledora sobre en qué fase del ciclo de vida se centra la atención de los investigadores. De los 77 artículos analizados, un abrumador 68,83 % se centra en la fase de «operación y mantenimiento».
En un drástico contraste, solo un minúsculo 2,6 % de los estudios se dedica a la fase final de «demolición o reciclaje». Esta enorme diferencia pone de manifiesto una importante laguna. La investigación sugiere que esto podría deberse a que la fase final se percibe como de «menor impacto general». Sin embargo, a medida que la sostenibilidad se convierte en una preocupación primordial, esta suposición se está poniendo en tela de juicio, lo que nos obliga a considerar el impacto completo de nuestra infraestructura, desde su concepción hasta su eliminación.
Lección 3: La ingeniería de vanguardia a veces necesita lógica «difusa»
Dado que la investigación está tan fuertemente sesgada hacia la fase de mantenimiento, es lógico que las herramientas más populares sean las que mejor se adaptan a sus desafíos únicos. Esto nos lleva a una paradoja fascinante en la ingeniería: en un campo tan preciso, podría parecer contradictorio utilizar un método llamado «lógica difusa» (fuzzy logic). Sin embargo, el estudio la identifica como una de las herramientas más populares, ¿la razón? Muchas decisiones críticas se basan en información cualitativa, incierta o subjetiva.
Una inspección visual para evaluar el estado de una estructura, por ejemplo, no proporciona un número exacto, sino una apreciación experta que puede contener vaguedad («ligero deterioro», «corrosión moderada»). La lógica difusa permite a los sistemas informáticos procesar esta «incertidumbre o vaguedad» del lenguaje humano y convertirla en datos matemáticos para tomar decisiones más sólidas. Es una fascinante paradoja: utilizar un concepto que suena impreciso para tomar decisiones de ingeniería de alta tecnología con mayor fiabilidad.
Lección 4: Las herramientas que usamos para decidir no son infalibles.
Para tomar decisiones tan complejas, los ingenieros utilizan «métodos de decisión multicriterio» (MCDM). Sin embargo, el estudio advierte de que los métodos tradicionales tienen importantes limitaciones. Imagínese que tiene que elegir un nuevo material para un puente. Esa única elección afecta simultáneamente al coste final, a la durabilidad de la estructura y a su huella de carbono. Estos factores están profundamente interconectados. No obstante, una limitación significativa de las herramientas tradicionales de toma de decisiones es que suelen partir de la poco realista suposición de que estos criterios son independientes entre sí. Ignorar estas interdependencias puede llevar a soluciones subóptimas.
Los métodos tradicionales de toma de decisiones suelen partir de supuestos poco realistas en relación con los problemas del mundo real, como la independencia de los criterios, la agregación lineal o la elección de la mejor alternativa entre un conjunto fijo en lugar de la alternativa que permita alcanzar los niveles de aspiración deseados.
Lección 5: el futuro no consiste en elegir la «mejor» opción, sino en alcanzar la «meta» deseada.
Este último punto supone un cambio de paradigma. Los métodos de decisión tradicionales funcionan como un concurso: se presenta una lista fija de alternativas (puente de acero, de hormigón o mixto) y el método las clasifica para seleccionar la «mejor».
Sin embargo, los nuevos métodos híbridos que están surgiendo proponen un enfoque diferente. En lugar de elegir simplemente una opción de una lista, buscan soluciones que alcancen «niveles de aspiración» o metas predefinidas. Por ejemplo, el objetivo podría ser diseñar un puente que no supere un coste X, no genere más de Y toneladas de CO₂ y tenga una vida útil de Z años. Este cambio de un modelo de «el mejor de la clase» a otro de «cumplir el objetivo» transforma fundamentalmente el desafío de la ingeniería. Transforma la tarea de seleccionar de un catálogo de opciones en inventar activamente nuevas soluciones que puedan satisfacer múltiples objetivos de sostenibilidad, a menudo contradictorios.
Conclusión: un puente hacia el futuro.
El viaje hacia la construcción de puentes verdaderamente sostenibles nos enseña que la ingeniería moderna es mucho más que cálculos y materiales. Se trata de un proceso de toma de decisiones dinámico, lleno de matices, compensaciones y una profunda reflexión sobre el impacto a largo plazo de nuestras creaciones. No se trata de seguir una simple lista de verificación «verde», sino de navegar por una compleja red de factores económicos, sociales y medioambientales en constante tensión.
El camino a seguir, iluminado por esta investigación, está claro. Debemos ampliar nuestra definición de sostenibilidad más allá de lo puramente ecológico para valorar adecuadamente el impacto social. Debemos diseñar para la demolición con la misma seriedad con la que diseñamos para la durabilidad. Además, debemos adoptar herramientas nuevas y más sofisticadas que reflejen la realidad interconectada de estas complejas decisiones. La próxima vez que cruces un puente, ¿solo verás una estructura de acero y hormigón o el resultado de un complejo debate entre economía, sociedad y medio ambiente?
Os dejo este audio donde podéis aprender más sobre el tema.
En este vídeo se resumen las ideas más interesantes de este artículo.
Figura 1. Desencofrado en paso superior. Pista de Silla (Valencia). Imagen: V. Yepes
1. Introducción a los pasos superiores pretensados.
Los pasos superiores pretensados construidos in situ constituyen una de las soluciones estructurales más extendidas y fiables para el desarrollo de obras lineales, como carreteras y ferrocarriles, en España. Su prevalencia se debe a una combinación de eficiencia estructural, robustez y notable capacidad de adaptación a las geometrías de cruce requeridas por la infraestructura moderna.
Estas estructuras se definen por una serie de características geométricas fundamentales que optimizan su comportamiento y coste.
Relación canto/luz: La esbeltez del tablero es un indicador clave de su eficiencia. Esta relación se obtiene dividiendo el canto entre la distancia entre apoyos (luz). Por lo general, esta proporción es de aproximadamente 1/25, aunque puede llegar a un límite práctico de 1/30 cuando existen restricciones severas de gálibo vertical. Superar este umbral conduce a diseños que requieren un pretensado excesivo, lo que invalida la eficiencia del concepto estructural y obliga a replantear el diseño por completo.
Configuraciones de vanos: La disposición de los vanos se adapta al obstáculo que hay que salvar, lo que da lugar a configuraciones estandarizadas por la práctica. En autovías, las configuraciones más comunes responden a una lógica funcional:
Dos vanos (por ejemplo, 30-30 m): configuración ideal para autovías de doble calzada, ya que se aprovecha la mediana central para ubicar una pila de apoyo.
Tres vanos (por ejemplo, 20-36-20 m): trazado común para salvar obstáculos más anchos cuando no es factible o deseable una pila central.
Cuatro vanos (por ejemplo, 12-18-18-12 m): solución para cruces amplios que requieren una distribución de apoyos más regular.
Cuando el cruce es esviado (no es perpendicular), las luces aumentan para mantener los gálibos, lo que puede llevar a configuraciones como 14-20-20-14 m. En las líneas de alta velocidad (AVE), son habituales los puentes de tres vanos con luces de 12-17-12 m.
Tipos de estribos: Los estribos, apoyos extremos del puente, pueden ser abiertos o cerrados. Se desaconseja rigurosamente el uso de estribos flotantes en tableros hiperestáticos (continuos sobre múltiples apoyos) debido al elevado riesgo de asientos diferenciales en el terraplén, fenómeno para el que estas estructuras no están preparadas y que comprometería gravemente su integridad.
La preferencia por las soluciones construidas in situ frente a las prefabricadas se debe principalmente a su mejor comportamiento frente a impactos accidentales de vehículos que exceden el gálibo permitido. Su capacidad para redistribuir cargas imprevistas les confiere una resiliencia intrínseca, fundamental para garantizar la seguridad a largo plazo de la infraestructura.
El éxito de estas estructuras depende de una ejecución meticulosa en cada fase. A continuación, se detallará el proceso constructivo, comenzando por los cimientos de la obra: la ejecución de los alzados.
2. Construcción de cimentaciones y alzados (pilas y estribos).
Los alzados del puente (pilas y estribos) representan entre el 30 % y el 50 % del coste total de la estructura y constituyen un componente crítico. Su correcta ejecución, desde la cimentación hasta la coronación, es la garantía fundamental de la estabilidad global y de la transmisión adecuada de las cargas al terreno.
El proceso comienza con la construcción de las cimentaciones, siguiendo una secuencia rigurosa:
Excavación y verificación geotécnica: Se excava el terreno hasta la cota de cimentación definida en el proyecto. En este punto, es fundamental comprobar que el terreno de apoyo real posee las características de resistencia contempladas en el cálculo. Si el estrato esperado no se encuentra a la cota prevista, se debe profundizar la excavación hasta dar con él y rellenar el excedente de profundidad con hormigón pobre. Si el terreno adecuado no aparece, hay que detenerse y reconsiderar el diseño de la cimentación. Una práctica constructiva recomendable consiste en realizar una sobreexcavación de unos 5 cm para que el hormigón, que podría contaminarse con material de las paredes, quede fuera del recubrimiento estructural.
Hormigón de limpieza y armaduras de zapata: Sobre el terreno verificado, se vierte una capa de hormigón de limpieza de entre 10 y 15 cm de espesor. Su función es crear una superficie de trabajo nivelada y limpia, esencial para el montaje correcto de las armaduras pasivas de la zapata. A continuación, se colocan las mallas inferior y superior de armadura, separadas entre sí por barras denominadas «pates», que garantizan la geometría y permiten el tránsito de los operarios sin deformar la armadura.
Figura 2. Cimbra porticada. Imagen: V. Yepes
Una vez completada la cimentación, se procede a la ejecución de los soportes, como en el caso de un estribo abierto:
Montaje de armaduras y encofrados: Se coloca la armadura pasiva del soporte, que suele llegar premontada desde el taller. A continuación, se instalan los encofrados, que suelen ser metálicos en el caso de los paramentos no vistos. Estos se aploman y se arriostran con puntales inclinados para garantizar su estabilidad frente a la presión hidrostática del hormigón fresco.
Hormigonado de soportes: El hormigonado se realiza con un cubilote y una manguera que desciende hasta el fondo del encofrado para evitar la segregación del hormigón al caer desde gran altura. Se utiliza hormigón tipo HA-25 y se vibra en capas de unos 30 cm para asegurar una compactación homogénea.
Desencofrado: El encofrado se retira normalmente a las 24 horas. El acabado superficial de estos paramentos no vistos suele ser de calidad básica, ya que quedarán cubiertos por el relleno de tierras.
Una vez ejecutados los soportes, se procede al relleno de tierras en la parte trasera del estribo. Esta operación requiere una compactación rigurosa para evitar desprendimientos futuros bajo las cargas de tráfico. Es fundamental coordinar esta tarea con la construcción del cargadero, es decir, la viga de coronación que une los soportes. En la práctica, la coordinación entre los equipos de movimiento de tierras y los de estructuras suele ser un punto conflictivo, pero es imprescindible compactar el relleno antes de hormigonar el cargadero para poder acceder con la maquinaria de compactación.
En paralelo, se construyen las pilas intermedias. Un ejemplo común son las pilas circulares, que se ejecutan con encofrados metálicos semicirculares que se ensamblan para formar los diámetros más frecuentes: 1,00 m o 1,20 m.
Una vez finalizados los alzados, la obra está preparada para la siguiente fase crucial: el montaje de la estructura auxiliar que soportará el tablero.
3. Sistemas de cimbrado y encofrado del tablero.
La ejecución del tablero in situ requiere un sistema de soporte temporal robusto y preciso. Este sistema está compuesto por dos elementos funcionalmente distintos: la cimbra, que es la estructura de apoyo global que transmite las cargas al terreno, y el encofrado, que es el molde en contacto directo con el hormigón y que le confiere su geometría final. A continuación, se analizan las dos metodologías principales empleadas.
3.1 Método 1: cimbra tubular con encofrado de madera.
Este es el sistema más tradicional y versátil. La cimbra tubular (tipo PAL) está formada por torres de perfiles huecos de planta cuadrada o triangular que cubren toda la superficie inferior del tablero. Su montaje, realizado por una cuadrilla de cinco personas, suele durar una semana.
La seguridad y estabilidad de este sistema dependen de varios factores críticos:
Estabilidad y arriostramiento: Para evitar el colapso «en castillo de naipes», es imprescindible escalonar los terraplenes laterales de los vanos extremos y conectar las torres entre sí mediante barras de arriostramiento longitudinales y transversales.
Cimentación y apoyo: La cimbra requiere un terreno con una tensión admisible mínima de 0,10 MPa. Para cumplir este requisito, suele mejorarse el terreno con una capa de grava-cemento y se reparten las cargas de las torres mediante tableros de madera longitudinales o zapatas individuales bajo cada pie.
Drenaje: Una gestión deficiente de las aguas torrenciales puede erosionar el terreno de apoyo y provocar el desplome de la cimbra, por lo que el control de estas aguas es un aspecto fundamental de la seguridad.
Figura 3. Cimbra con torres modulares. Imagen: V. Yepes
Sobre la cimbra tubular se monta el encofrado de madera, cuyo montaje puede llevar de una a tres semanas:
Nivelación y ajuste fino: En la parte superior de cada torre hay husillos de nivelación que permiten ajustar la cota del encofrado con precisión milimétrica. Un aspecto notable de estos diseños es la omisión deliberada de la contraflecha (curvatura ascendente). Esto es posible porque la flecha descendente debida al peso propio y la contraflecha ascendente generada por el pretensado tienen magnitudes similares y se anulan mutuamente, lo que caracteriza un diseño de pretensado eficiente.
Componentes del encofrado: El sistema está compuesto por largueros (vigas longitudinales apoyadas en los husillos), costillas (elementos transversales que dan forma a la sección) y el forro de tabla, que es la superficie en contacto directo con el hormigón.
Elementos específicos: Se deben ejecutar encofrados particulares para elementos como los dados de apoyo sobre los neoprenos y los cajetines de los anclajes del sistema de pretensado.
3.2. Método 2: cimbra industrial con encofrado metálico.
Este sistema es una alternativa más moderna y rápida. Consiste en torres de carga metálicas de alta capacidad, separadas aproximadamente cada 12 metros, sobre las cuales se apoyan vigas en celosía que sostienen los paneles de encofrado metálicos.
Figura 4. Cimbra porticada. Imagen: V. Yepes
Las particularidades de este sistema frente al método tradicional son:
Cimentación: Cada pareja de torres puede soportar cargas de hasta 250 toneladas, por lo que es necesario construir zapatas de hormigón armado de unos 40 cm de espesor. Si el terreno no es adecuado, puede ser necesario realizar pilotajes en estas cimentaciones temporales.
Ventajas: Su principal ventaja es la rapidez de montaje, ya que permite alcanzar ciclos de hormigonado de un tablero al mes. Además, su diseño diáfano permite mantener el paso de los vehículos por debajo de la estructura durante la construcción.
Calidad de acabado: El acabado superficial que deja el encofrado metálico suele ser de peor calidad estética que el de la madera. Para mejorarlo, se pueden aplicar tratamientos al hormigón para dejar el árido visto.
Descimbrado: A diferencia del sistema tubular, el descimbrado se realiza mediante gatos de tornillo situados en la base de las torres, que permiten descender toda la estructura de forma controlada.
Una vez completado el montaje de la cimbra y el encofrado, la estructura está lista para recibir el esqueleto de acero que le conferirá su resistencia.
4. Colocación de armaduras pasivas y activas.
Esta fase consiste en montar el entramado de acero que reforzará el hormigón. Existen dos tipos de armaduras con funciones diferentes: las pasivas, que absorben esfuerzos locales y controlan la fisuración, y las activas, que conforman el sistema de pretensado que proporciona la capacidad portante principal del puente.
Las armaduras pasivas presentan una cuantía que oscila entre 50 y 70 kg/m² de tablero, mientras que las armaduras activas tienen una cuantía menor, que varía entre 12 y 25 kg/m.
Figura 5. Aligeramientos de poliestireno entre armaduras pasivas.
El proceso de montaje se desarrolla de la siguiente manera:
Montaje de armaduras pasivas: Las barras de acero llegan a la obra cortadas y dobladas desde el taller. El montaje comienza con las armaduras transversales («barcas») y las barras maestras longitudinales, con las que se construye un armazón base estable. Una zona que requiere especial atención es el diafragma de estribos (riostra de estribos), una viga transversal integrada diseñada para distribuir las inmensas fuerzas concentradas de los anclajes del pretensado (de hasta 4548 toneladas) en el cuerpo del tablero. El armado en esta zona debe ser extremadamente denso; un armado deficiente podría provocar la rotura del hormigón durante el pretensado. No se trata de una preocupación teórica. En España se han producido accidentes mortales debido a un armado inadecuado en las zonas de anclaje. Por este motivo, considero que la revisión de este detalle específico del armado es uno de los puntos de control más críticos de todo el proceso constructivo.
Colocación de aligeramientos de poliestireno (porexpan): Para optimizar la sección, se emplean bloques de poliestireno como aligeramientos internos. Su función estructural consiste en mejorar la relación inercia/área, al reducir el peso propio y aumentar la eficiencia del pretensado. Estos bloques tienden a flotar en el hormigón fresco. Para evitarlo, se sujetan con barras de acero superiores y transversales. Aun así, la fuerza ascensional es tan elevada que obliga a hormigonar el tablero en tongadas.
Instalación de armaduras activas (pretensado):
Trazado de las vainas: Se colocan las vainas (tubos metálicos corrugados) que alojarán los cables. Su trazado se realiza siguiendo la ley de momentos flectores: se colocan en la parte superior del tablero, sobre los apoyos, y en la parte inferior, en el centro de los vanos, con una tolerancia de colocación de solo 1 cm. Es crucial garantizar un espacio horizontal mínimo de 5 a 6 cm entre las vainas, especialmente en vanos y sobre pilas. Si las vainas quedan alineadas verticalmente, las fuerzas radiales del pretensado pueden generar tracciones que rompan el hormigón entre ellas.
Tubos de purga: En los puntos más altos del trazado (generalmente, sobre las pilas) se instalan tubos de purga. Estos tubos son fundamentales para permitir la salida del aire durante la inyección posterior de mortero, lo que garantiza la protección completa del acero y la durabilidad del puente.
Enfilado de torones: El día antes del hormigonado, los torones de acero se enfilan en las vainas mediante una enfiladora mecánica, dejando un metro de cable sobrante en cada extremo para el anclaje del gato de tesado.
Figura 6. Enfilando cables de pretensado. Youtube.
Tras el meticuloso ensamblaje e inspección de las armaduras, se alcanza el punto de no retorno: el vertido monolítico que dará al puente su forma definitiva.
5. Hormigonado del tablero.
El hormigonado del tablero es una de las fases más críticas y logísticamente complejas. Debe ejecutarse de forma continua, de principio a fin y sin juntas de construcción, para garantizar la integridad monolítica de la estructura.
Una planificación logística adecuada es fundamental para garantizar un hormigonado ininterrumpido:
Volumen y suministro: Se manejan volúmenes de entre 300 y 700 m³, normalmente de hormigón HP-35. Para evitar paradas, la estrategia habitual consiste en contratar el suministro de dos plantas diferentes, de modo que una pueda cubrir a la otra en caso de avería.
Equipos: Es indispensable contar con una bomba de hormigón de repuesto en la obra para sustituir de inmediato la principal en caso de fallo.
Condiciones ambientales: La operación se pospone ante riesgo de heladas o si las temperaturas superan los 40 °C. No obstante, una vez iniciado, el hormigonado debe continuar incluso si comienza a llover.
Figura 7. Hormigonado del tablero. https://economis.com.ar/puente-san-francisco-en-andresito-se-avanzo-con-el-hormigonado-del-tablero/
El proceso de ejecución en obra se realiza con un estricto control de calidad:
Técnica de vertido en tongadas: Para evitar la flotación de los aligeramientos de poliestireno, el hormigonado se realiza en tres capas o tongadas sucesivas: primero la losa inferior, luego las almas y, por último, la losa superior. Es fundamental que el vibrador penetre en la capa anterior para asegurar un vínculo monolítico y evitar juntas frías entre vertidos.
Control de calidad del hormigón: Se comprueba la consistencia del hormigón con el cono de Abrams y se toman muestras cilíndricas (aproximadamente seis por cada tercio de las cubas) para realizar ensayos de rotura en el laboratorio y confirmar que la resistencia alcanza los valores requeridos a los 7 y 28 días.
La cuadrilla de trabajo se guía por «tochos», barras con marcas de cota establecidas según la topografía, para garantizar que la superficie final del tablero tenga la geometría exacta definida en los planos.
Cuando el hormigón alcanza la resistencia necesaria, se somete la estructura a su primera prueba de carga real: el pretensado.
6. Operaciones de pretensado del tablero.
Figura 8. Tesado de los cables.
El tesado de los cables es la operación estructuralmente más crítica, ya que somete al puente a una de sus situaciones de carga más exigentes: la combinación del pretensado máximo con únicamente el peso propio de la estructura.
Para llevar a cabo el tesado, deben cumplirse unos requisitos previos:
Resistencia del hormigón: El hormigón debe alcanzar una resistencia mínima especificada de 27,5 MPa para el hormigón HP-35. Este valor, que suele alcanzarse a los siete días, es necesario para que el hormigón soporte las altas cargas concentradas en los anclajes y para limitar las pérdidas de pretensado a largo plazo.
Equipo de tesado: El equipo consta de un gato de pretensado, una centralita hidráulica y un grupo electrógeno.
El procedimiento de tesado de cada tendón, que dura aproximadamente 45 minutos, sigue una secuencia metódica:
Secuencia: El tesado sigue un orden definido en los planos, generalmente desde los tendones centrales hacia los extremos para mantener la simetría de las cargas.
Preparación: Se enfilan los bloques de anclaje («quesos») y se colocan las cuñas cónicas que los bloquearán.
Aplicación de carga y control dual: Se aplica la presión hidráulica al gato de forma gradual. La correcta aplicación de la fuerza se verifica mediante un doble control: se mide la presión en el manómetro y, simultáneamente, el alargamiento real del cable.
Criterio de aceptación: El tesado se considera correcto si la desviación media entre el alargamiento real y el teórico es inferior al 5 %. Si la discrepancia es mayor, el primer paso es reevaluar el alargamiento teórico utilizando el módulo de elasticidad real del acero, obtenido de los ensayos de control de calidad, ya que esta es una causa frecuente de disparidad.
Tras tesar desde un extremo, se repite la operación desde el otro; el alargamiento total es la suma de ambos. Una vez aprobado el tesado, se cortan los sobrantes de los torones y se puede proceder al descimbrado.
Para garantizar la durabilidad a largo plazo de la armadura activa, es imprescindible realizar la siguiente operación: la inyección de las vainas.
7. Inyección de vainas.
La inyección consiste en rellenar los conductos (vainas) que alojan los cables de pretensado con un mortero específico. Cumple dos funciones fundamentales:
Protección contra la corrosión: El mortero aísla las armaduras activas del ambiente exterior, lo que previene su oxidación.
Adherencia: La inyección crea un vínculo mecánico sólido entre la armadura activa y el hormigón circundante.
El procedimiento se realiza de la siguiente manera:
Equipo y mezcla: Se utiliza una amasadora y una bomba de inyección. Está prohibido amasar a mano.
Proceso de relleno: El mortero se inyecta a presión (aproximadamente 0,50 N/mm²) desde un extremo de la vaina.
Purga de aire: A medida que el mortero avanza, se abren los tubos de purga en los puntos más altos para expulsar el aire atrapado. No se cierran hasta que por el tubo emane un «chorro sólido de inyección». Este paso es absolutamente crítico. Una inyección deficiente con aire ocluido «puede dar lugar, en un plazo de 10 a 20 años, a la corrosión de las armaduras activas y al desplome del puente».
Una vez asegurada la integridad estructural interna, se procede a las fases de acabado exterior y de superestructura.
8. Acabados y superestructura.
Esta fase incluye todos los trabajos destinados a la finalización estética y funcional del puente, desde el tratamiento de las superficies de hormigón hasta la instalación de los elementos de circulación.
La calidad de los acabados del hormigón visto depende directamente del tipo de encofrado utilizado:
Encofrado de madera: Proporciona un acabado de alta calidad que deja marcada la veta de la tabla y es ideal para entornos urbanos. Para mantener esta calidad, suele limitarse el número de usos. Si se busca la máxima calidad, suele exigirse madera de primera puesta.
Encofrado metálico: Puede dejar acabados de menor calidad, con marcas visibles en las juntas y manchas si no se toman precauciones.
Desde el punto de vista estético, la esbeltez del puente (con una relación luz/canto de 27,5, por ejemplo) es uno de sus principales atributos. Para preservar la elegancia visual que aporta la esbeltez del tablero, debe evitarse el uso de parapetos de hormigón macizo. Estos añaden un volumen visual que contradice la eficiencia estructural del diseño. Las barandillas metálicas abiertas son la opción más apropiada para mantener la estética deseada.
Finalmente, se ejecutan los elementos de la superestructura.
Aceras: Se forman mediante un bordillo, una solera de hormigón in situ y una imposta lateral. Es fundamental que dispongan de armaduras de conexión con el tablero que resistan los impactos de los vehículos sin desprenderse.
Otros elementos: La construcción se completa con la colocación del firme (pavimento asfáltico) y de las juntas de calzada en los estribos.
Una vez terminada la superestructura, el puente está listo para su validación final mediante la prueba de carga.
9. Prueba de carga.
La prueba de carga es la fase final y obligatoria para todos los puentes con una luz superior a 12 metros en España. Su objetivo es verificar experimentalmente el comportamiento real de la estructura y comprobar que este se corresponde con las previsiones del cálculo antes de su puesta en servicio.
Figura 9. Prueba de carga. https://www.laensa.com/prueba-carga-se40/
La prueba se diseña y ejecuta siguiendo estas pautas:
Objetivo y configuración: El propósito es someter al puente a un tren de cargas que genere esfuerzos cercanos al 70 % de los del tren de cargas del proyecto. Por ejemplo, para un puente cuyo tren de cargas de proyecto suma 348 toneladas, una prueba típica podría emplear ocho camiones de 30 toneladas cada uno, que sumarían 240 toneladas..
Estados de carga: Los camiones se disponen en distintas configuraciones diseñadas para provocar el máximo efecto en las secciones críticas: por ejemplo, en el centro de un vano para generar el máximo momento flector positivo o sobre las pilas para generar el máximo momento flector negativo.
Durante la prueba, se aplica un estricto criterio de aceptación:
Medición de deformaciones: Los desplazamientos verticales (flechas) del tablero se miden con gran precisión mediante pértigas y relojes comparadores.
Resultados típicos: La experiencia demuestra que las flechas medidas suelen representar aproximadamente el 85 % de las teóricas calculadas.
Ciclo de carga y descarga: Se mide la posición en vacío, con carga instantánea, con carga estabilizada y tras la descarga. Para que la prueba se considere satisfactoria, la recuperación de la flecha tras la descarga debe superar el 90 % de la deformación total medida.
La superación de la prueba de carga no es un mero trámite final, sino la validación final de un proceso riguroso. Representa la confirmación de que la intención del diseño se ha traducido meticulosamente en la realidad física mediante una ejecución disciplinada en cada etapa previa. El resultado se documenta en un acta oficial y el paso superior queda listo para entrar en servicio.
La tesis doctoral leída recientemente por Lorena Yepes Bellver se centra en la optimización del diseño de puentes de losa de hormigón pretensado para pasos elevados con el fin de mejorar la sostenibilidad económica y ambiental mediante la minimización de costes, energía incorporada y emisiones de CO₂. Con el fin de reducir la elevada carga computacional del análisis estructural, la metodología emplea un marco de optimización de dos fases asistido por modelos sustitutos, en el que se destaca el uso de Kriging y redes neuronales artificiales (RNA).
