Puente Fernando Reig, antes de la remodelación. By RafaMiralles (http://taxialcoy.net) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], vía Wikimedia Commons
Todos los creadores tienen derecho a que se reconozca su obra y a que esta perdure con la idea con la que fue concebida. Este es un aspecto con múltiples facetas, pues se podría discutir sobre los derechos de imagen y de marca, los derechos morales del autor, el plagio, la autoría propia o compartida por un equipo, etc. Pero a mí me interesa, en este momento, hablar del derecho a la integridad de una obra. No pretendo un análisis jurídico, sino simplemente reflexionar sobre este tema en el caso del puente Fernando Reig en Alcoy (Alicante). Mi interés es múltiple, no solo por ser alcoyano, ingeniero de caminos y catedrático de ingeniería de la construcción, sino también porque debería abrirse un fuerte debate sobre este tema.
Contextualicemos el problema: en abril de 1987, un flamante puente atirantado, el viaducto atirantado con mayor luz del mundo construido mediante tablero prefabricado, se inauguraba por el entonces ministro de Obras Públicas Javier Sáinz de Cosculluela. El proyecto lo suscribieron los ingenieros de caminos José Antonio Fernández Ordóñez, Julio Martínez Calzón, Manuel Burón Maestro y Ángel Ortiz Bonet. La estructura la realizó Dragados y Construcciones, S.A., según proyecto y dirección de obra de IDEAM, S.A. consultora de PACADAR, especializada en hormigones prefabricados y poseedora de la patente Freyssinet para hormigones pretensados. El puente fue el atirantado de mayor luz construido en ese momento con elementos prefabricados. En aquel año, el que suscribe estaba a punto de terminar su carrera de ingeniería de caminos y un puente como este en su pueblo natal era un auténtico acontecimiento. Desgraciadamente, la rotura de uno de los tirantes en 2016 provocó el cierre del puente. En el verano de 2017 comenzaron los trabajos de destensado, desmontaje y sustitución de los tirantes existentes, después de la rotura de uno de los tirantes. Tras 20 meses de obras, el ministro Íñigo de la Serna presidió la nueva inauguración del puente, cuyo coste de reparación ronda los 12 millones de euros. Independientemente del debate, necesario y profundo, respecto a la durabilidad de las infraestructuras actuales y de su mantenimiento, lo que ahora me interesa es hablar del concepto que inspiró el puente y si se ha respetado su espíritu.
Quisiera, por tanto, traer a colación y de forma textual lo que José Antonio Fernández Ordóñez (1933-2000), uno de los autores del proyecto, comentaba acerca de su obra (recogido por José Ramón Navarro Vera, 2009):
«El efecto estético conseguido en este puente es- en términos kantianos- sublime. La pila surge desde lo profundo del barranco como el único gran elemento vertical de la obra y, por tanto, entroncando simbólicamente -como principio organizador- con toda la tradición constructiva desde los menhires prehistóricos y obeliscos egipcios hasta nuestro siglo. La pila se prolonga hacia lo alto en un gran arco triunfal con un sentido simbólico idéntico al de su viejo y grandioso antepasado romano del puente de Alcántara, donde asimismo un gran arco triunfal corona y remata la alta pila central, lo que puede considerarse heterodoxo desde el punto de vista estético al disponer vanos pares«. (J.A. Fernández Ordóñez, 1988)
Este primer párrafo que saqué a colación demuestra claramente que este puente fue concebido con una idea clara de lo que se quería. No valía cualquier puente. Tenía que ser uno muy particular, capaz de competir con el catálogo de puentes incomparables que la ciudad de Alcoy tenía hasta entonces: el puente de María Cristina, el viaducto de Canalejas o el puente de San Jorge. Este puente no tenía una luz que hiciera necesaria la tipología de puente atirantado, pues, funcionalmente, se podría haber resuelto con un simple puente de viga, mucho más económico. Por tanto, el objetivo no era simplemente construir un puente, sino construir “el puente” capaz de enriquecer el patrimonio monumental urbano de la ciudad. Pero sigamos con el siguiente párrafo:
«Sobre la gran pila (línea del movimiento ascendente) se asienta el tablero prácticamente horizontal (línea de reposo). Ambas líneas se combinan con la máxima pureza respetando el principio sagrado de eje y simetría que organiza el conjunto. El color diferenciado del hormigón de la pila (rosa idéntico al de las rocas de las montañas adyacentes) y el hormigón del tablero (gris muy claro del hormigón) también contribuye a una mejor lectura del doble deseo simbólico de ambas líneas: la vertical, vínculo con el cosmos, y la horizontal, línea de reposo y de unión con la tierra, quedando ambos vínculos unidos, como la propia esencia del hombre, por el conjunto de familias de cables tensos que simbolizan la imposible utopía de querer ascender hacia lo alto al mismo tiempo que se avanza hacia adelante unido a la tierra. Con esta solución la ciudad de Alcoy completa la magnífica colección de puentes de que dispone». (J.A. Fernández Ordóñez, 1988)
Poesía pura. Seguro que más de un alcoyano, tras leer este párrafo, contempla este puente de otra forma. Nada falta, nada sobra.
En la Memoria del Proyecto del puente se hace una mención especial al pilono principal, un pórtico de hormigón armado formado por dos fustes rectangulares, ligeramente inclinados en la sección transversal, con un travesaño superior y otro intermedio, ubicado por debajo del tablero. La pila tiene una altura aproximada de 90 m y su punto superior está 50 m por encima de la rasante del tablero. Tal y como se dice en dicha memoria: “La pila central es el elemento fundamental del puente y, sin ella, todo el concepto estructural y estético perdería su sentido”. El material de la pila está cuidadosamente descrito para alcanzar su objetivo: un hormigón especial formado por cemento Portland gris muy claro, áridos y arenas rojas, y posteriormente tratado al chorro de arena. Con ello se consigue un color rosa, como ya ha comentado su autor, muy parecido al de la piedra de sillería del cercano puente de María Cristina, lo cual añade aún más singularidad a lo que ya son las enormes dimensiones y la potente forma de la pila. Además, se eligió pintar en gris la parte inferior de los tirantes hasta la altura de la barandilla para no distorsionar la línea horizontal del tablero.
¿Por qué entonces destrozamos la idea, la transformamos y la empeoramos? ¿Qué derecho tenemos a quebrar el lenguaje visual que, con tal alto contenido conceptual, el autor quería transmitirnos a través de su obra?
Tras la renovación, el puente luce “prácticamente nuevo”, con una capa de pintura blanca en pilas, tirantes y tablero que desgarra la idea y la concepción estética buscadas por su autor. Se podrán alegar razones técnicas, de durabilidad u de cualquier otro tipo. Pero estoy convencido de que se podría haber respetado la obra tal como la concibió su creador. No me atrevo, ni quiero, poner la imagen del renovado puente, de un blanco nuclear que hiere la vista. Quien quiera verlo, que lo busque en internet.
Acabo con una cita que el propio José Antonio Fernández Ordóñez señalaba al inicio de su artículo:
“El hecho artístico no debe juzgarse ni defenderse: solamente comprenderse”
(Julius Schlosser)
Referencias:
Navarro Vera, J.R. (editor) (2009). Pensar la ingeniería. Antología de textos de José Antonio Fernández Ordóñez. Colección ciencias, humanidades e ingeniería. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
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
La construcción en avance en voladizo con dovelas hormigonadas “in situ” ha ido desplazando a los puentes-viga metálicos en luces entre 60 y 200 m. No obstante, estos límites van superándose. Así, el puente Gateway en Brisbane, Australia, presenta 260 m de luz. El récord mundial de esta tipología lo ostenta el puente Stolma, en Noruega, con un vano central de 301 m de luz.
La dovela en curso de hormigonado suele apoyarse sobre un carro de avance soportado por el tablero terminado. Sin embargo, existen otros sistemas como el uso de andamiaje apoyado sobre el terreno, vigas metálicas auxiliares apoyadas sobre las pilas del puente en construcción e incluso mediante atirantamiento provisional.
En el caso que nos ocupa, el carro móvil de hormigonado soportado por el propio tablero, debe garantizar la posición geométrica de las dovelas y soportar su peso antes del fraguado del hormigón y de su unión mediante pretensado a la dovela precedente. Se distinguen los carros móviles tradicionales y los autoportantes. En los primeros, el peso de la dovela se transmite al tablero por medio de vigas longitudinales fijadas sólidamente en voladizo en el extremo de la ménsula.
Carros móviles con vigas principales superiores: Constan de vigas longitudinales situadas en la vertical de las almas, arriostradas por vigas transversales de donde cuelga el encofrado, la plataforma de trabajo y las pasarelas de inspección. Los encofrados interiores y de almas se apoyan sobre vigas o carretón móvil, desplazándose colgados tanto por el tablero como por el carro. El carro se ancla a la penúltima dovela, equilibrándose con contrapesos traseros (Figura 2) o bien con un anclaje móvil a la vía de rodadura (Figuras 1 y 3). El problema fundamental con este carro es la aparición de fisuras en la cara superior de la losa inferior al deformarse las vigas principales durante el hormigonado. Para reducir este efecto se hormigona el voladizo hacia atrás. También se podrían utilizar carros más rígidos y pesados, que pesan el doble que los ligeros, pero ello origina un aumento en el pretensado y en los dispositivos anclaje o contrapesos.
Figura 2. Carros antiguos con contrapesos para equilibrar. Fuente: Dragados Obras y Proyectos
Figura 3. Carro de avance moderno, anclado al tablero. http://www.sten.es/encofrados/viaductos/
Carros móviles con vigas principales inferiores: Para despejar la superficie de trabajo y permitir el acceso de la parte superior de la dovela en construcción se recurre a carros con vigas situadas bajo las almas exteriores de las dovelas. Ello facilita la prefabricación de las armaduras y vainas con cables de pretensado, lo que agiliza la ejecución.
Carros móviles autoportantes: Se trata carros donde el encofrado forma parte de la función resistente, reduciendo las deformaciones que aparecen durante el hormigonado de la dovela. Esta disposición mejora el control y la corrección geométrica del tablero, reduce las fisuras que aparecen entre las juntas de las dovelas y evita la obstrucción de las superficies de trabajo. Los carros se anclan por pretensado al tablero construido, posicionándose mediante usillos. El carro se traslada sobre perfiles situados en voladizo sobre la vertical de las almas. Pueden construirse secciones variables e incluso secciones en cajón con varias almas. El encofrado interior del cajón se apoya en la viga maestra anterior y se cuelga por la parte trasera de la dovela precedente.
Una explicación del proceso constructivo la tenéis en el siguiente vídeo:
A continuación os dejo un vídeo donde podéis ver un carro de avance modelo CVS de la empresa ULMA Construction. Espero que os sea de interés.
Otro vídeo, también del ULMA, es el siguiente:
También es de interés el procedimiento constructivo del viaducto de Contreras. Aquí os paso un vídeo de voxelstudios.
La cimbra diáfana o porticada, se usa cuando se hace necesario ejecutar una cimbra de un paso superior sobre un obstáculo, no siendo posible el uso de una cimbra cuajada. Como su nombre indica, está formada por pórticos, que concentran y transmiten las cargas al terreno. Las estructuras a cimbrar suelen ser arcos, acueductos y viaductos.
La cimbra porticada se utiliza en los siguientes casos:
Cuando la estructuras a cimbras se encuentra a una altura superior a 16 metros con respecto a la superficie de apoyo de la cimbra, con lo que se tendría demasiados elementos que montar, con el consiguiente coste de dinero y tiempo de montaje.
Cuando la superficie de apoyo no tiene la suficiente capacidad, y es necesario concentrar las cargas en zonas de apoyo predeterminadas que estén en buenas condiciones portantes.
Cuando existan servidumbres a respetar en la zona de instalación de la cimbra, y haya que sortearlas.
Cuando es necesario permitir el paso de tráfico preexistente, o también el tráfico propio de la obra.
Cuando existan accidentes orográficos (ríos, rías, vaguadas, arroyos, zonas escarpadas…)
Cuando la estructura tiene un número múltiple de vanos, que hacen posible la reutilización de los módulos de cimbra mediante cambio, ripado, etc…
Cimbra porticada. Imagen: V. Yepes (1992)
Estas cimbras permiten salvar luces de 6 a 16 m con unos soportes que trasladan la carga al terreno. Estos soportes permiten cargas de 120 a 450 kN, aunque en algunos casos especiales pueden llegar a soportar 2000 kN. Estas cimbras se componen de pilas y vigas articuladas, con sección triangular o cuadrangular. Se utilizan elementos de acero de alta resistencia desmontables. Los pilares se ensamblan con módulos planos formados por tubos de perfil circular. De esta forma, el pilar se forma con acoplamiento de elementos planos unitarios, formando módulos entre 0,75 y 2,50 m. Además, su altura se regula en sus extremos mediante husillos roscados. Las vigas se montan con módulos de perfiles tubulares ensamblados mediante bulones. Además de vigas articuladas, se pueden utilizar jácenas, donde se añade un atirantado a las vigas para aumentar el canto resistente.
La cimbra es una estructura provisional que requiere su propio proyecto y cálculo, con una especial atención a las hipótesis de carga, a su cimentación y los detalles de diseño y montaje. No son extraños los accidentes, especialmente con las cimbras diáfanas, al carecer de un proyecto adecuado. Dicho proyecto y las operaciones de montaje y desmontaje de estos elementos suele depender de una empresa especializada. Se debe exigir que la cimbra sea estable, especialmente a pandeo, y que las deformaciones previstas se compensen con las contraflechas necesarias.
Os paso a continuación un vídeo donde podéis ver este tipo de cimbra utilizada en la construcción de puentes.
Figura 1. Autocimbra bajo tablero. https://civilengineer-online.com
En esta entrada vamos a describir los elementos que constituyen una autocimbra, la función de cada elemento dentro del sistema y analizaremos las conexiones entre cada uno de dichos elementos. Remitimos al lector a otros posts anteriores donde se clasificaba este medio auxiliar de construcción de puentes y se comparaba respecto a otros procedimientos constructivos.
Vigas longitudinales
Son las estructuras longitudinales que conforman la autocimbra (Figura 1). Sirven para apoyar (autocimbras bajo tablero) o suspender (autocimbras sobre tablero) el encofrado de un vano. Normalmente están conformadas por vigas en celosía metálicas, aunque también pueden ser vigas de alma llena con luces de mayor dimensión. Al tratarse de una estructura móvil, se hace necesario examinar con mucho detenimiento las posiciones más críticas de cada elemento.
Vigas transversales y encofrado del tablero
El encofrado se soporta por una estructura de vigas transversales, que a su vez, se apoya sobre la estructura longitudinal. Uno de los puntos a tener en cuenta es el paso de estas vigas transversales a través de las pilas del puente. El encofrado exterior sirve de soporte y molde a la superficie exterior del tablero de hormigón. Este encofrado debe disponer de juego en las juntas para absorber ligeras modificaciones geométricas. Este encofrado, por razones económicas, debe soportar más de 12 puestas, aunque en algunos casos se llega a más de 50. En el caso de secciones en cajón, existe un encofrado interior. En este caso, el hormigonado puede realizarse en una o dos fases. Si se realiza en una fase, el encofrado debe replegarse o transportarse para salvar el paso del diafragma de la pila. Si se hormigona en dos fases, se debe retirar este encofrado interior por medios de elevación.
Figura 2. Paso de autocimbra sobre tablero por pila. www.alpisea.com
Apoyos en las pilas y en el tablero
La estructura longitudinal de la autocimbra descansa sobre apoyos a ménsulas colocados en las pilas del puente. En las cimbras autolanzables bajo tablero el apoyo sobre la pila delantera se realiza sobre ménsulas (Figura 1), aunque también podría utilizarse torres auxiliares (Figura 3). En el caso de autocimbra sobre tablero, el apoyo sobre la pila delantera se realiza sobre una estructura metálica. El apoyo trasero de la autocimbra sobre tablero se realiza sobre el voladizo del tablero ya construido o bien sobre la pila. El apoyo trasero de la autocimbra bajo tablero se realiza mediante una viga de cuelgue.
Figura 3. Apoyo delantero de la viga longitudinal de autocimbra sobre tablero. www.crsic.cn
Sistemas hidráulicos, mecánicos y eléctricos
Estos sistemas permiten realizar los distintos movimientos de la autocimbra: longitudinal para avanzar de un vano a otro, vertical para la puesta a cota y descimbrado, y transversal y/o abatimiento de encofrado para permitir el paso de éste por la pila delantera.
A continuación se muestra un esquema general de elementos, tanto para una cimbra bajo tablero (Figura 4) como sobre tablero (Figura 5).
Figura 4: Esquema general de elementos para una autocimbra bajo tablero. www.avensi.es/
Figura 5: Esquema general de elementos para una autocimbra sobre tablero. www.avensi.es/
Todo lo que os he descrito en esta entrada os lo cuento en el siguiente Polimedia, que espero os guste.
Referencias:
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
Las autocimbras suelen emplearse para anchuras de tablero comprendidas entre los 8,50 y los 16 m. Con tablero de anchuras mayores a 20 m, la construcción se realizaría en dos fases: en la primera se ejecutaría el núcleo central y en la segunda las alas con un carro de avance.
Se debe tener en cuenta que el número o la forma de las pilas va a condicionar las vigas principales de una autocimbra bajo tablero (Figura 1). Es posible que se necesite abrir el encofrado transversal, lo cual obliga a un correcto dimensionamiento de las vigas transversales.
Figura 2. www.ulmaconstruction.es
Pendientes y peraltes
Las autocimbras se pueden utilizar siempre que las pendientes no superen el 7% y los peraltes el 8%.
Radios en alzado y planta
Cuando se usan autocimbras sobre tablero, el radio mínimo en planta no debe ser inferior a los 200-300 m (Figura 2). Esta cifra puede subir a 400-500 m con autocimbras bajo tablero cuyos vanos superen los 40 m. Con estas limitaciones, sería posible realizar curvas en planta en forma de S.
Luces de vanos
Las autocimbras se utilizan habitualmente para vanos de luces mayores a 30 m, llegando alguna realización actual a los 90 m. Estas cifras son válidas siempre que no existan apoyos intermedios y sin que quede condicionado el dimensionamiento del tablero en la etapa constructiva. Si se utilizaran apoyos intermedios, podríamos alcanzar un mayor rango de luz. Por otra parte, la construcción de puentes con luces iguales supone una mejora en los rendimientos.
Canto del tablero
Es preferible que el canto del tablero de un puente sea constante si se va a construir mediante cimbras autolanzables. En el caso de que la geometría sea variable, se debería mantener dicho cambio de geometría en todos los vanos (Figura 3).
Figura 3. Viaducto de Ibaizabal (2012). Récord nacional de luz (75 m) en C.A. www.grupopuentes.com
Peso del tablero
Para un puente tipo con una luz de 60 m, es habitual un peso del tablero de 20 a 22 t/m, aunque podrían haber casos más pesados, con pesos superiores a 35 t/m, incluso con luces menores.
Diafragma de pilas
La forma del diafragma a su paso por las pilas depende de la forma en que se hormigone la sección transversal. Si el hormigonado se realiza en una sola fase, se debe permitir el paso del encofrado interior replegado por el interior del diafragma (Figura 4). Por otra parte, las dimensiones del paso del diafragma dependerán de la anchura y la altura de la sección en cajón.
Figura 4. Encofrado replegado para permitir el paso por el diafragma
A continuación os dejo un Polimedia donde se explica con mayor detalle lo anteriormente expuesto. Espero que os sea de interés.
Referencias:
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
Cimbra autolanzable bajo tablero. http://atesvi.com
Si bien en otras entradas anteriores se ha definido lo que es una autocimbra y de los criterios que permiten clasificarlas, aquí destacaremos las ventajas e inconvenientes de esta técnica constructiva de puentes y la compararemos con otros procedimientos habituales.
Las cimbras autolanzables presentan ventajas evidentes que, cuando se dan las condiciones adecuadas, facilitan la construcción de un puente. La primera de ellas es su poca interferencia con las actividades que se desarrollan bajo el tablero. La autocimbra apoya sobre las pilas o sobre el tablero en ejecución salvando obstáculos del terreno o de vías de comunicación. Además, este procedimiento disminuye el riesgo de deformaciones por asiento diferencial de la cimbra apoyada sobre el terreno, siendo innecesaria, por tanto, la mejora del terreno para cimientos de apoyos provisionales.
Cabe señalar, asimismo, la facilidad que presentan las autocimbras para incorporar la seguridad colectiva. En efecto, se trata de un medio auxiliar industrializado donde resulta sencillo incorporar plataformas de trabajo y elementos de protección. Además, la seguridad se beneficia al tener los operarios funciones claras y concretas.
Tampoco son desdeñables los buenos rendimientos constructivos de esta técnica debido, entre otras causas, a que las tareas son continuas y repetitivas. Así, es habitual ejecutar un vano por semana en autocimbras bajo tablero, rendimiento que desciende a dos semanas en el caso de autocimbras sobre tablero. En efecto, los movimientos de traslación de la cimbra son sencillos, rápidos y económicos. Factible tanto en tableros a baja altura como sobre pilares muy altos. Además, en el caso de autocimbras bajo tablero, la prefabricación de las armaduras durante la fase de curado del tablero y el traslado al vano siguiente con la propia cimbra agilizan el desarrollo de las tareas.
Con todo, las cimbras autolanzables también presentan algunos inconvenientes. En primer lugar, hay que planificar un tiempo de espera de diseño, fabricación y traslado de la cimbra; que si bien puede retrasar el comienzo de la obra, luego se pueden recuperar los plazos por los buenos rendimientos. Además, hay que adaptar la autocimbra para cada nuevo puente. Se debe desmontar al finalizar la ejecución y ese tiempo supone cierto retraso en la puesta en uso del puente.
Otra de las dificultades que hay que tener presente es la necesidad de medios auxiliares en los apoyos de pila para colocar la cimbra. También hay que tener presente la dificultad que puede haber al prefabricar la armadura por la interferencia que pudiera existir entre el parque de fabricación de la ferralla y el acceso de los materiales y el hormigón a la cimbra.
Otro de los inconvenientes es la nivelación laboriosa que debe darse a la cimbra en el caso de que existe una variación en la pendiente o en el peralte del tablero. Hay que tener presente que el tesado se realiza a edad temprana (a las 24-48 horas) y que si existen factores que reducen dicha resistencia, eso interfiere notablemente en el avance de las tareas.
Si comparamos las autocimbras con el cimbrado tradicional, las primeras salen ganando en algunos aspectos clave. En efecto, la independencia respecto al terreno impide las deformaciones del tablero por asiento diferencial de la cimbra convencional y no son necesarios tratamientos del terreno para cimentar dicha cimbra. Además, la capacidad de autolanzamiento permite el traslado de vano a vano por sus propios medios, lo cual incrementa los rendimientos de ejecución. En cuanto al diseño del tablero, apenas existen diferencias tanto si se construye con cimbra tradicional o con autocimbra. Si acaso, habría que dar una mayor contraflecha de ejecución con la autocimbra. Únicamente no interesa el uso de la autocimbra frente al cimbrado tradicional cuando existen pocos vanos y poca altura.
Paso superior cimbrado. https://www.ulmaconstruction.es
Por otra parte, tanto las autocimbras como los puentes empujados se pueden utilizar en vanos con luces entre 40 y 60 m. Las autocimbras salen ganando porque sus plazos de ejecución son menores y utilizan menos cuantías de hormigón y acero. Además, los aparatos de apoyo son más caros en los puentes empujados. También hay que considerar algunas limitaciones constructivas de los puentes empujados: su uso solo es posible en puentes cuya planta sea circular (no clotoides), no se pueden usar en puentes con curva y contracurva, no permite juntas de dilatación ni puentes de canto variable o isostáticos. Los plazos de ejecución son menores en las autocimbras, pues existen menos maniobras. Así, el ciclo constructivo con puentes empujados son en tramos de 1/3 a 1/2 de la luz de vano, mientras que con las cimbras autolanzables son tramos iguales a la longitud de vano. Por último, decir que las solicitaciones en ejecución son mayores en los puentes empujados, donde se alternan momentos positivos y negativos al paso por las pilas, lo que supone un mayor canto de tablero y mayor pretensado.
Puente empujado. San Juan de los Lagos, Jalisco. http://www.vydsa.com/web/G-concreto.html
A continuación os dejo un Polimedia donde se explica con mayor detalle lo anteriormente expuesto. Espero que os sea de interés.
Referencias:
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
En una entrada anterior se definieron las cimbras autolanzables. Aquí vamos a clasificar las cimbras atendiendo a diversos criterios como son su ubicación, su sistema de ejecución y la sección del tablero (Figura 1). Se trata, por tanto, de diferenciar las distintas tipologías de autocimbras en función de esta clasificación.
Si atendemos a la ubicación de la autocimbra, ésta se puede clasificar en cimbras autolanzables sobre tablero, bajo tablero o a media altura. En las autocimbras sobre tablero, las vigas longitudinales se colocan por encima del tablero y de ellas cuelgan elementos que soportan las vigas donde se apoya el encofrado (Figura 2). Las autocimbras bajo tablero son las más habituales; aquí las vigas longitudinales principales se sitúan debajo del tablero a construir (Figura 3). Una variante de la cimbra bajo tablero es la situada a media altura; en este caso, las vigas longitudinales se colocan debajo de las alas y próximas a ellas (Figura 4). En este caso el fondo del tablero se encuentra por debajo o a la misma altura de las vigas.
Figura 2. Cimbra autolanzable sobre tablero
Figura 3. Cimbra autolanzable bajo tablero
Figura 4. Cimbra autolanzable a media altura. www.mecanotubo.es
Atendiendo al sistema de ejecución, la cimbra autolanzable propiamente dicha sería la que sirve para hormigonar el tablero «in situ»; es decir, primero se coloca la ferralla y luego se hormigona sobre el encofrado. Sin embargo, también se podrían incluir en esta clasificación aquellas cimbras autolanzables que sirven para colocar tramos prefabricados, bien dovelas o vanos completos. En este caso estaríamos hablando más de un lanzador de vigas o de dovelas que una autocimbra propiamente dicha.
Por último, si atendemos a la sección del tablero, las autocimbras sirven para construir tableros de losa aligerada, cuando las luces de vano están comprendidas entre los 30 y 40 m. El aligeramiento suele ser de poliestireno expandido. Otra opción son las secciones tipo Pi o multinervadas; en este caso no existe encofrado interior, la sección resulta muy ligera, se usa para luces máximas de 35 m. Como inconveniente se puede decir que precisa de grandes cantos para soportar los momentos negativos. La sección en cajón es la opción empleada tanto en cimbras por encima como por debajo del tablero, en luces entre 40 y 80 m. En este caso el encofrado interior complica el desencofrado y el rendimiento.
A continuación os dejo un Polimedia donde se explica con mayor detalle estos aspectos de la clasificación de las autocimbras.
Referencias:
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
Viaductos en la nueva autovía de Mascara (Argelia). Imagen: A. Azorín
Una cimbra autolanzable es aquel medio auxiliar empleado para el hormigonado de tableros de puentes o viaductos vano a vano de hormigón postesado. También reciben el nombre de autocimbra, cimbra de avance o cimbra MSS (Movable Scaffolding System, en inglés). Son estructuras auxiliares capaces de trasladarse a lo largo del puente por sus propios medios, por lo que se trata realmente de una cimbra-máquina, con los problemas asociados de cálculo por su movilidad. La cimbra de avance se caracteriza por su capacidad de trasladarse de una posición a la siguiente por sus propios medios, lo cual disminuye el uso de grúas. Ello le permite salvar obstáculos o alturas importantes, así como evitar las posibles obstrucciones en vías de tránsito.
En este post os defino brevemente esta cimbra, pero en sucesivos posts seguiré dando detalles y explicando con mayor profundidad los tipos existentes, elementos, parámetros, etc.
La autocimbra es una estructura en celosía o cajones metálicos longitudinales que soportan el encofrado. Esta estructura es capaz de alcanzar la distancia existente entre las pilas del puente. Si el vano es inferior a 40 m, suelen emplearse vigas de longitud el doble del tramo, no usándose cimbras tipo regla de cálculo. Durante el hormigonado, la estructura se apoya en la pila delantera y en el tramo del tablero ya construido.
El uso habitual de esta cimbra es en tableros de puentes de hormigón postesado, preferentemente con vanos de luces iguales y con canto constante. Su aplicabilidad se encuentra entre luces de 30 y 70 m, aunque la cimbra autolanzable más grande del mundo alcanza vanos de 90 m. Para que os hagáis una idea, la Dirección General de Ferrocarriles, del Ministerio de Fomento, recomienda, con carácter general, usar la autocimbra por encima de 40 m de luz. Sin embargo, también recomienda utilizar la autocimbra en la construcción de tableros hiperestáticos de hormigón que cumplan alguna de las siguientes condiciones: (a) número de vanos entre 3 y 5, (b) cuando la longitud total del puente sea menor a 300 m, pero con 6 vanos o más, (c) cuando la longitud total del puente supere los 300 m, con 6 vanos o más y la altura del tablero respecto al suelo sea de 15 m o menos. En las referencias he dejado dichas recomendaciones completas.
El M1-90-S es la más grande cimbra autolanzable del mundo (vanos de 90 m). http://www.berd.eu/es/produtos/movable-scaffolding-system/
Con carácter general, se puede decir que la autocimbra es rentable cuando el puente tiene más de 7-8 vanos, más de 500 m de luz y se usa al menos cuatro veces. Para secciones de losa aligerada, las luces habituales suelen estar entre 30 y 40 m, mientras que para sección en cajón, se encuentran entre 40 y 70 m. También son rentables en el caso de construir puentes con doble tablero y existe facilidad de trasladar la autocimbra de uno al otro. También es favorable el caso de tener que construir diferentes viaductos de la misma obra si el traslado es factible.
Por otra parte, el procedimiento constructivo suponen esfuerzos que deben considerarse en el cálculo de la estructura. Se coloca la junta de construcción entre fases a una distancia entre L/4 y L/5 de la pila para reducir los flectores sobre el tablero. Además, a unos 2 m de la junta es donde se apoya la autocimbra sobre el tablero hormigonado. Las esbelteces normales del tablero oscilan entre 1/18 y 1/20.
La autocimbra transmite esfuerzos a la fase anterior durante el hormigonado. Se trata de una acción transitoria, no siendo raro que supere las 1000 t durante el hormigonado. Esta acción es como si la ley de flectores de peso propio al construir con autocimbra se desplazara hacia arriba. Sin embargo, al final del proceso constructivo los esfuerzos debidos a peso propio y al pretensado se redistribuyen, de forma que la ley de flectores se aproximará a la que tendría si se hubiese cimbrado el puente de forma convencional. Todo ello significa que las situaciones pésimas de comprobación serán en la sección del tablero en pilas a corto plazo y en la sección de centro de vano a largo plazo.
Todo lo que os he descrito en el artículo os lo cuento en el siguiente Polimedia, que espero os guste. En otras entradas os contaré más detalles de las autocimbras como su clasificación, elementos o parámetros para seleccionarlas.
También os dejo una animación en la que se puede ver el funcionamiento de la autocimbra.
Referencias:
MINISTERIO DE FOMENTO (2009). Recomendaciones de la Subdirección General Adjunta de Planes y Proyectos para el proyecto de sistemas constructivos en puentes ferroviarios de hormigón.
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
Acaban de publicarnos en la revista Technologies un artículo que aplica el algoritmo de recocido simulado a la optimización del coste y de la energía empleada en un puente losa postesado con tablero aligerado. Se resuelve un problema complejo de optimización de 33 variables de diseño. Como resultados interesantes cabe señalar que, en ocasiones, las soluciones de menor coste no son necesariamente las que menos energía consumen. El artículo se ha publicado en abierto y se puede descargar en la web. Aquí tenéis la referencia y el artículo completo.
Referencia:
ALCALÁ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Embodied energy optimization of prestressed concrete slab bridge decks.Technologies, 6(2):43. doi:10.3390/technologies6020043 (link)
Figura 1. Diseño tradicional de estructuras por prueba y error (Yepes, 2017)
El diseño de las estructuras se ha basado fundamentalmente en la experiencia del ingeniero proyectista. La topografía y las condiciones de tráfico, entre otros, determinan el diseño de un puente. A partir de ahí, las dimensiones de la sección transversal, el tipo de hormigón y la disposición general de las armaduras se definen atendiendo a la experiencia profesional y a las recomendaciones y criterios de diseño (Figura 1). A continuación, se ajustan el resto de variables, tras comprobar el cumplimiento de los estados límite último y de servicio. Si el proyectista quiere mejorar el diseño propuesto, normalmente se realiza un proceso de prueba y error, de forma que tras varios tanteos, se intenta reducir el consumo de materiales, y por tanto, el coste de la estructura. Frente a este planteamiento, los métodos heurísticos emplean técnicas basadas en la inteligencia artificial para seleccionar un diseño, analizar la estructura, controlar las restricciones y rediseñar la estructura modificando las variables hasta conseguir optimizar la función objetivo.
Cohn y Dinovitzer (1994) revisaron la investigación realizada en su momento en relación con la optimización de las estructuras y señalaron la brecha existente entre los estudios teóricos y la aplicación en problemas estructurales reales. Sarma y Adeli (1998) analizaron años más tarde los estudios relacionados con la optimización matemática de las estructuras, complementada más recientemente por Hare et al. (2013) que estudiaron la aplicación de los algoritmos heurísticos en la optimización estructural. Los algoritmos heurísticos difieren en cuanto a planteamiento y aplicabilidad de los métodos matemáticos exactos. De hecho, la optimización heurística resulta muy efectiva pues, aunque no garantiza la obtención del óptimo global del problema, proporciona soluciones casi óptimas en tiempos de cálculo razonables. Esta ventaja cobra importancia en la optimización de estructuras reales, donde el número de variables crece extraordinariamente de forma que desborda el tiempo de cálculo de los métodos exactos de optimización. Además, la programación matemática requiere el cálculo de gradientes de las restricciones, mientras que la optimización heurística incorpora las restricciones de diseño de una manera directa (Lagaros et al., 2006).
Las técnicas metaheurísticas utilizan estrategias de búsqueda para localizar óptimos locales en grandes espacios de soluciones de forma efectiva. Un ejemplo de ello son los Algoritmos Genéticos (Genetic Algorithms, GAs), que son procedimientos de búsqueda poblacionales inspirados en la evolución natural (Holland, 1975). Así, los GAs generan soluciones de alta calidad a través del cruce genético con otros individuos de una población y la mutación de algunas de sus características a lo largo de generaciones. Los padres suelen seleccionarse atendiendo a su aptitud (Coello, 1994) y los hijos mantienen ciertas características de sus padres. En cada generación sobreviven los hijos con mayores aptitudes. Además, para evitar la convergencia prematura del algoritmo, se utiliza un operador de mutación, al igual que ocurre en la Naturaleza, que cambia aleatoriamente de vez en cuando alguna de las características de las nuevas soluciones. Una variante a esta técnica son los Algoritmos Meméticos (Moscato, 1989), donde cada individuo de la nueva generación se mejora mediante una búsqueda local con el objetivo de mejorar los genes para que los padres obtengan mejores resultados en las siguientes generaciones. Esta técnica, por tanto, aplica los GAs a poblaciones de óptimos locales.
La inteligencia de enjambre (swarm intelligence) es una metaheurística poblacional empleada en los problemas de optimizacón. Estos algoritmos imitan el comportamiento colectivo de los sistemas descentralizados y auto-organizados, tales como algunas colonias de insectos, basándose en la interacción entre los vecinos, pero que siguen un patrón global. Los algoritmos de enjambre difieren en filosofía de los algoritmos genéticos porque utilizan la cooperación en lugar de la competencia (Dutta et al., 2011). Entre los algoritmos pertenecientes a este grupo, basados en el comportamiento biológico, destaca la optimización de colonias de hormigas (Ant Colony Optimization, ACO), la optimización de enjambre de partículas (Particle Swarm Optimization, PSO), las colonias de abejas artificiales (Artificial Bee Colony, ABC), la optimización en enjambres de luciérnagas (Glowworm Swarm Optimization, GSO), entre otros. ACO basa su estrategia en el comportamiento de las hormigas, que dejan un rastro de feromonas para encontrar alimento de forma efectiva (Colorni et al., 1991); PSO simula un sistema social simplificado (Kennedy y Eberhart, 1995); ABC imita el comportamiento alimentario forrajero de las abejas (Karaboga y Basturk, 2008); GSO imita un movimiento de las luciérnagas hacia los vecinos más brillantes (Krishnanand y Ghose, 2009).
Las metaheurísticas poblacionales presentan una amplia capacidad de búsqueda en paralelo y una fuerte robustez. Sin embargo, para mejorar la intensificación de la búsqueda, estos algoritmos suelen combinarse con otras heurísticas de búsqueda local. Esta hibridación consigue explotar la diversificación en la búsqueda poblacional con la intensificación de la búsqueda local. Luo y Zhang (2011) comprobaron que el algoritmo híbrido presenta una convergencia más rápida, una mayor precisión y es más efectivo en la optimización de problemas ingenieriles. Blum et al. (2011) estudiaron las ventajas de la hibridación de las metaheurísticas en el caso de la optimización combinatoria.
El recocido simulado (Simulated Annealing, SA), propuesto por Kirkpatrick et al. (1983), constituye uno de los algoritmos utilizados en la optimización estructural. Este algoritmo se basa en el fenómeno físico del proceso de recocido de los metales. La energía de un sistema termodinámico se compara con la función de coste evaluada para una solución de un problema de optimización combinatoria. En ambos casos se trata de evolucionar de un estado a otro de menor energía o coste. El acceso de un estado metaestable a otro se alcanza introduciendo “ruido” con un parámetro de control al que se denomina temperatura. Su reducción adecuada permite, con una elevada probabilidad, que un sistema termodinámico adquiera un mínimo global de energía. SA presenta la ventaja de admitir soluciones de peor calidad al principio de la búsqueda, lo cual permite eludir óptimos locales de baja calidad. La aceptación por umbrales (Threshold Accepting, TA), propuesto por Dueck y Scheuer (1990), tolera también opciones de peor calidad para eludir los óptimos locales. La diferencia entre SA y TA es que el criterio de aceptación de una solución peor es probabilista en el primer caso y determinista en el segundo. Los algoritmos genéticos se han hibridado con el recocido simulado en el diseño óptimo de puentes prefabricados de hormigón pretensado (Martí et al., 2013; Martí et al., 2016) y vigas en I de hormigón armado (RC) (Yepes et al., 2015a). Otras estrategias de hibridación también han demostrado su eficiencia con PSO (Shieh et al., 2011, Valdez et al., 2011, Wang et al., 2013) y ACO (Behnamian et al, 2009, Chen et al., 2012).
Qu et al. (2011) señalaron la lentitud en la convergencia de los algoritmos GSO; del mismo modo Zhang et al. (2010) apuntaron ciertas deficiencias de estos algoritmos en la búsqueda del óptimo global. Es por ello que se ha hibridado SA con GSO (García-Segura et al., 2014c, Yepes et al., 2015b) para combinar la diversificación de la búsqueda de GSO con la intensificación de la búsqueda de SA para encontrar de forma efectiva un óptimo de elevada calidad. García-Segura et al. (2014c) mostraron cómo un algoritmo híbrido de optimización de enjambre de luciérnagas (SAGSO) obtuvo resultados considerablemente mejores en cuanto a calidad y tiempo de cálculo. SAGSO superó al GSO en términos de eficiencia, precisión y convergencia. Sin embargo, se requiere una buena calibración para garantizar soluciones de alta calidad con un tiempo de cómputo corto.
La búsqueda de la armonía (Harmony Search, HS) constituye una heurística propuesta por Geem et al. (2001) inspirada en el jazz, donde se trata de armonizar u construir sucesiones de acordes razonables. Las notas, los instrumentos y la mejor armonía representan los valores, las variables y el óptimo global. Alberdi y Khandelwal (2015) compararon ACO, GA, HS, PSO, SA y TS en la optimización del diseño de marcos de acero, comprobando que los mejores resultados se obtenían con HS. La búsqueda de la armonía se ha utilizado para optimizar columnas rectangulares de hormigón armado (de Medeiros y Kripka, 2014), forjados compuestos (Kaveh y Shakouri Mahmud Abadi, 2010) y pórticos planos de hormigón armado (Akin y Saka, 2015). Alia y Mandava (2011) recogieron en su trabajo las variantes utilizadas para hibridar con HS. García-Segura et al. (2015) emplearon un algoritmo de búsqueda de la armonía hibridada con la aceptación por umbrales para encontrar diseños óptimos sostenibles de puentes peatonales de hormigón postesado.
La optimización de los puentes atrajo la atención de los ingenieros a partir de la década de los años 70, incluyendo los puentes viga de acero, (Wills, 1973), el refuerzo de los puentes losa (Barr et al., 1989), los puentes viga de hormigón pretensado (Aguilar et al., 1973, Lounis y Cohn, 1993), y los puentes en cajón postesados construidos “in situ” (Bond, 1975; Yu et al., 1986). Desde la aparición de la inteligencia artificial, se ha puesto mayor énfasis en el uso de técnicas de optimización heurística para optimizar las estructuras. Srinivas y Ramanjaneyulu (2007) usaron redes neuronales artificiales y algoritmos genéticos para optimizar el coste de un puente de vigas en T. Rana et al. (2013) propusieron una optimización evolutiva para minimizar el coste de una estructura de puente continuo de hormigón pretensado de dos tramos. Martí et al. (2013) implementaron un algoritmo de recocido simulado híbrido para encontrar las soluciones más económicas de puentes prefabricados de hormigón pretensado de vigas artes. El uso de refuerzos de fibra de acero en ese tipo de puente se estudió posteriormente con algoritmos meméticos (Martí et al., 2015). Se propusieron algoritmos genéticos para optimizar las cubiertas poliméricas reforzadas con fibras híbridas y los puentes atirantados (Cai y Aref, 2015).
También se han optimizado otro tipo de estructuras con algoritmos heurísticos, como los forjados prefabricados (de Albuquerque et al., 2012), columnas de hormigón armado (Park et al., 2013; Nigdeli et al., 2015), columnas de acero (Kripka y Chamberlain Pravia, 2013), marcos espaciales de acero (Degertekin et al., 2008), marcos de hormigón armado (Camp y Huq, 2013), pórticos de hormigón armado (Payá-Zaforteza et al., 2010), vigas en I de hormigón armado (García-Segura et al., 2014c; Yepes et al., 2015a), pórticos de carreteras (Perea et al., 2008), pilas altas de viaductos (Martínez et al., 2011; 2013), muros de contención (Gandomi et al., 2015; Pei y Xia, 2012; Yepes et al., 2008, 2012; Molina-Moreno et al., 2017a), zapatas de hormigón armado (Camp y Assadollahi, 2013; Camp y Huq, 2013), bóvedas de pasos inferiores en carreteras (Carbonell et al., 2011) y estribos de puentes (Luz et al., 2015).
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