La empresa alemana Weyss und Freitag adquirió la licencia del sistema Freyssinet en 1935 y ya en 1938 construyó en Alemania el primer puente viga de hormigón armado pretensado «in situ», concretamente un paso superior sobre la autopista en Oelde (Westfalia). Se trata de cuatro vigas de hormigón pretensado de sección en «I» con 31 m de luz, espaciadas a 1,40 m, con cuatro diafragmas intermedios y dos de apoyo, así como un tablero de hormigón armado. Con una altura de 1,60 m, la esbeltez conseguida con este puente, de 1/20, fue la mayor hasta ese momento en puentes viga. Las vigas se fabricaron en una bancada de pretensado situada junto a la obra y, posteriormente, se desplazaron sobre el andamiaje hasta su posición definitiva. Se usó acero al manganeso de alta resistencia como pretensado, con diámetros de 40 mm en el cordón inferior y 10 mm en el superior, con una resistencia de 960 MPa, de los que solo se utilizó el 55 % de la carga de rotura para el pretensado. Tal y como indica Manterola (1984), este puente fue pretensado en el sentido más estricto de la palabra, utilizando el molde metálico de las vigas como soporte para la puesta en carga de los alambres, lo cual produjo críticas por lo caro del procedimiento.
Imagen actual del puente
Referencias:
Manterola, J. (1984). Evolución de los puentes en la historia reciente. Informes de la Construcción, 36 (359-360):5-36.
Ricardo Bellsolá y Bayo (1836-1882) fue uno de esos ingenieros de caminos pioneros que introdujo como novedad en España la primera experiencia en la utilización del hormigón (en masa) hidráulico, de la que se tiene noticia hacia el año 1862. Hay que tener en cuenta que Vicat ya había investigado la fabricación de cementos artificiales entre 1812 y 1818, y que la primera aplicación del hormigón armado no aparecería hasta mediados de siglo, cuando Lambot construyó una pequeña barca con paredes delgadas.
En efecto, de forma muy modesta, pero bien documentada, se construye un puente sobre el río Iregua cerca del pueblo de Villanueva de Cameros (La Rioja), con una luz principal de 22 m, pero cuyo interés principal se encuentra en la pequeña obra de fábrica adyacente, de apenas 3 m de luz y 4.5 m de altura que se ejecuta monolíticamente con hormigón hidráulico en masa y cuya descripción podemos ver en una reseña de 1862 de la Revista de Obras Públicas. El puente se empezó a construir un 16 de mayo de 1860 por el contratista D. Domingo Garmendia, y si bien el director de las obras fue al principio el autor del proyecto, D. Alfonso Ibarreta, terminó su construcción, en particular las bóvedas, D. Ricardo Bellsolá, que en aquel momento era el ingeniero de la provincia. En la citada reseña de 1862, atribuible al propio D. Ricardo, ya se justifican los beneficios económicos del empleo del hormigón hidráulico, cuya bóveda se descimbró a los 10 días “sin que se notasen grietas ni defecto alguno de unión”.
Puente sobre el Iregua, en Villanueva de Cameros. Fotografía: José Ramón Francia
El paso siguiente que confirmó el éxito del primer experimento de D. Ricardo con los arcos monolíticos de hormigón en masa fue la construcción, hacia 1866, de los puentes de Lavalé y Lumbreras en la carretera de Logroño a Soria. Se trataban de dos obras muy semejantes, ambas de tres bóvedas de 10 m cada una. Sin embargo, para defender la dignidad de su obra, dispuso de unos “aristones” o boquillas exteriores de dovelas de piedra, pues parece ser que no le resultaba muy elegante el hormigón.
Puente de Lavalé sobre el río Iregua, de Ricardo Bellsolá (Fotografía: Juan Donaire Merino) http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/2011/2011_SEPTIEMBRE_3524_03.pdf
El propio ingeniero nos explica que modificó la construcción de los arcos en ladrillo por el hormigón por motivos puramente económicos:
“Las circunstancia mencionadas y la de encontrarse en la localidad un cemento regular, que aunque caro en fábrica, estaba cerca de las obras, me sugirieron la idea de los arcos de hormigón hidráulico […] y es que se han construido bóvedas de hormigón hidráulico de una sola pieza, sin más precauciones para el hormigón que las que se usan en el de las fundaciones. Este sistema de construcción creo puede llegar a ser sumamente expedito y económico, cuando experimentos repetidos, hechos por personas ilustradas, fijen, ayudados de la teoría, los espesores mínimos de esta clase de bóvedas”.
Así, D. Adolfo Ibarreta, en 1860, proyectó las obras que faltaban para completar la carretera que ya había sido explanada para 1861 con unos puentes de ladrillo, pues era la solución más económica para hacer las bóvedas sobre las que iba a descansar el firme. No obstante, el ladrillo se encontraba a un precio desorbitado al estar construyéndose, por entonces, el ferrocarril Tudela-Bilbao.
Sin embargo, el propio D. Ricardo se ve forzado, por motivos también económicos, a fabricar su propio cemento en una instalación provisional cerca del tajo. De ese modo, convierte un molino harinero situado en Torrecilla de Cameros en una fábrica artesanal de cemento Portland. Comprobó que una vez cocida la piedra caliza, más bien margosa, triturada, poseía buenas cualidades hidráulicas. Como curiosidad, decir que no se atrevieron a descimbrar los arcos hasta pasados ocho meses, aunque mucho antes ya se había separado la bóveda del encofrado por sí sola.
Hablar de los inicios del hormigón armado en España es hablar de dos personajes muy diferentes que pueden considerarse los verdaderos impulsores del hormigón armado en España: José Eugenio Ribera y Juan Manuel de Zafra y Esteban, pero eso ya requiere otro post.
Sin embargo, para tener una visión completa de este nuestro protagonista, os dejo la referencia del propio Ricardo Bellsolá, que en la Revista de Obras Públicas del año 1867 publicó una memoria sobre estos puentes. Una mención muy especial requiere las 15 recomendaciones prácticas que D. Ricardo nos deja en sus memorias, relativas a la fabricación y puesta en obra del hormigón, pues sorprende lo acertado que para su época fueron estas conclusiones (criterios de descimbrado, hormigonado en tiempo demasiado caluroso o frío, reducir al máximo el agua de amasado, cubrir y proteger con tierra la bóveda de hormigón recién vertida, etc. También es muy aconsejable el reciente artículo del profesor L.J. Sanz sobre el mismo tema.
Referencias:
Arenas, J.J. (2002) Caminos en el aire. Los puentes. Tomos I y II. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
Rubiato, F.J. (2009). Los puentes de Cenicero-Elciego y Baños de Ebro. El tránsito en la utilización de la bóveda de sillería a la de hormigón en masa. Sexto Congreso Nacional de la Historia de la Construcción, Valencia, 21-24 de octubre (link)
Prueba de carga del puente Príncipe de Viana (Lérida), de Javier Manterola
Las pruebas de carga en los puentes tratan de comprobar que el proyecto y su ejecución se ha realizado de forma adecuada. Para ello se evalúa el comportamiento estructural comparando la respuesta real a la esperada según el modelo de cálculo empleado para su diseño y comprobación. También se realizan pruebas en el caso de puentes de servicio. En este último caso se trata de ampliar el conocimiento del estado de la estructura mediante la evaluación de su comportamiento estructural, bien periódicamente o como consecuencia de inspecciones que así lo aconsejen. Para ello, se obtendrán los desplazamientos y deformaciones en determinados elementos relevantes de la misma, bajo la acción de las cargas de prueba, comparándolas con las obtenidas en pruebas anteriores.
Os paso a continuación algunos vídeos sobre este tema. En el primero vemos un reportaje sobre la prueba de carga del viaducto del embalse de Contreras, en la Línea Ferroviaria de Alta Velocidad Madrid-Levante. Se colocaron sobre el tablero 54 camiones de 38 toneladas; en total, más de 2.000 toneladas.
En este otro vídeo vemos cómo se mide la deformación del puente ante las cargas.
El Puente Emilio (Pons Aemilius) o Ponte Rotto. Imagen: V. Yepes
El Puente Emilio, llamado también Lapideo, o como se le conoce de forma más popular, el Ponte Rotto (en ruinas), fue probablemente el primer arco de piedra sobre de Roma sobre el Tíber. Este puente se construyó para apoyar al Puente Sublicio, dado que éste no era adecuado para soportar el paso de carros y material pesado. El puente se construyó por encargo de los censores Marco Emilio Lepido y Marco Fulvio Nobiliore, en el 179 a.C. El puente se ha destruido y reconstruido en numerosas ocasiones durante los primeros días de la República Romana, y sufrió daños a lo largo de su historia debido a las crecidas del río, siendo reconstruido muchas veces. Sin embargo, la gran inundación de 1598 hizo desaparecer tres de los seis arcos y el puente nunca más se reconstruyó. Aunque en el siglo XIX los restos del puente se unieron con pasarelas metálicas, al final se eliminaron las pasarelas y los dos arcos más cercanos a la orilla para construir los diques modernos del río. Hoy quedan sólo uno de los tres arcos del siglo XVI, de 24 m de luz, con bóveda de ladrillo de tardía restauración renacentista, que se apoya posiblemente en los pilones originales del siglo II a.C.
En un artículo reciente del blog Fieras de la Ingeniería, tuvimos ocasión de ver un sistema ingenioso de construcción de arcos flexibles de hormigón prefabricado. Este sistema, denominado FlexiArch, fue desarrollado por los ingenieros de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Belfast. Se trata de unos arcos flexibles de hormigón prefabricado que permite agilizar enormemente las labores de construcción de puentes en arco, de modo sencillo y rápido. El concepto fue patentado en la década del 2000, y gracias a la colaboración con Macrete Ireland, pudo finalmente llevarse a la realidad por primera vez en septiembre de 2007 durante la construcción de un puente cerca de Belfast.
Os dejo un vídeo explicativo de la técnica. Espero que os guste.
Con motivo de la terminación del puente Hong Kong-Zhuhai-Macao, el programa de «Esto me suena», de Radio Nacional de España, me realizó una pequeña entrevista para explicar algunos de los aspectos de este puente. En este post os dejo la entrevista y una pequeña descripción del mismo, señalando algunas páginas donde podéis ampliar información si os interesa.
Elpuente Hong Kong–Zhuhai–Macaoes un proyecto que consiste en una serie depuentesytúnelesque conectanHong Kong,MacaoyZhuhai, las tres ciudades principales deldelta del río de las PerlasenChina. Este puente tiene una longitud total de 55 km, 6,7 de ellos bajo el agua y 23 sobre el mar, convirtiéndolo en el más largo de su tipo en el mundo. Su desarrollo conforma la red nacional de carreteras del país que une los bancos occidental y oriental del río; y servirá para transportar pasajeros y carga entre la región de Hong Kong, la parte continental de China y la región de Macao. Este puente reducirá el tiempo que se tarda en ir en coche de Hong Kong a Zhuhai, en la parte continental de China, pasando de 3 horas a solo 30 minutos.
El puente consta de dos islas que unirá un túnel de 6,7 km, permitiendo el paso del tráfico marítimo. Cada isla está construida por 130 cilindros de acero de 22 m de diámetro, 40/50 m de longitud y 450 t de peso. En el vídeo que os muestro a continuación se puede ver cómo se introducen estos grandes cilindros mediante vibración.
Hoy 30 de septiembre de 2016 ha tenido lugar la defensa de la tesis doctoral de Dª Tatiana García Segura denominada «Efficient design of post-tensioned concrete box-girder road bridges based on sustainable multi-objective criteria», dirigida por Víctor Yepes Piqueras. La tesis recibió la calificación de «Sobresaliente Cum Laude» por unanimidad, con mención internacional. Presentamos a continuación un pequeño resumen de la misma.
Resumen:
Los puentes, como parte importante de una infraestructura, se espera que reúnan todos los requisitos de una sociedad moderna. Tradicionalmente, el objetivo principal en el diseño de puentes ha sido lograr el menor coste mientras se garantiza la eficiencia estructural. Sin embargo, la preocupación por construir un futuro más sostenible ha provocado un cambio en las prioridades de la sociedad. Estructuras más ecológicas y duraderas son cada vez más demandadas. Bajo estas premisas, los métodos de optimización heurística proporcionan una alternativa eficaz a los diseños estructurales basados en la experiencia. La aparición de nuevos materiales, diseños estructurales y criterios sostenibles motivan la necesidad de crear una metodología para el diseño automático y preciso de un puente real de hormigón postesado que considere todos estos aspectos. Por primera vez, esta tesis estudia el diseño eficiente de puentes de hormigón postesado con sección en cajón desde un punto de vista sostenible. Esta investigación integra criterios ambientales, de seguridad estructural y durabilidad en el diseño óptimo del puente. La metodología propuesta proporciona múltiples soluciones que apenas encarecen el coste y mejoran la seguridad y durabilidad. Al mismo tiempo, se cuantifica el enfoque sostenible en términos económicos, y se evalúa el efecto que tienen dichos criterios en el valor óptimo de las variables.
En este contexto, se formula una optimización multiobjetivo que proporciona soluciones eficientes y de compromiso entre los criterios económicos, ecológicos y sociales. Un programa de optimización del diseño selecciona la mejor combinación de geometría, tipo de hormigón, armadura y postesado que cumpla con los objetivos seleccionados. Se ha escogido como caso de estudio un puente continuo en cajón de tres vanos situado en la costa. Este método proporciona un mayor conocimiento sobre esta tipología de puentes desde un punto de vista sostenible. Se ha estudiado el ciclo de vida a través de la evaluación del deterioro estructural del puente debido al ataque por cloruros. Se examina el impacto económico, ambiental y social que produce el mantenimiento necesario para extender la vida útil del puente. Por lo tanto, los objetivos propuestos para un diseño eficiente han sido trasladados desde la etapa inicial hasta la consideración del ciclo de vida.
Para solucionar el problema del elevado tiempo de cálculo debido a la optimización multiobjetivo y el análisis por elementos finitos, se han integrado redes neuronales en la metodología propuesta. Las redes neuronales son entrenadas para predecir la respuesta estructural a partir de las variables de diseño, sin la necesidad de analizar el puente. El problema de optimización multiobjetivo se traduce en un conjunto de soluciones de compromiso que representan objetivos contrapuestos. La selección final de las soluciones preferidas se simplifica mediante una técnica de toma de decisiones. Una técnica estructurada convierte los juicios basados en comparaciones por pares de elementos con un grado de incertidumbre en valores numéricos que garantizan la consistencia de dichos juicios. Esta tesis proporciona una guía que extiende y mejora las recomendaciones sobre el diseño de estructuras de hormigón dentro del contexto de desarrollo sostenible. El uso de la metodología propuesta lleva a diseños con menor coste y emisiones del ciclo de vida, comparado con diseños que siguen metodologías generales. Los resultados demuestran que mediante una correcta elección del valor de las variables se puede mejorar la seguridad y durabilidad del puente con un pequeño incremento del coste. Además, esta metodología es aplicable a cualquier tipo de estructura y material.
¿Cuántas variables nos hace falta para definir completamente un puente losa? Las variables se encuentran relacionadas unas con otras, de forma que es posible determinar variables sintéticas subyacentes (llamadas componentes principales) capaces de explicar un elevado porcentaje de la variación de dichas variables. Como veremos en el artículo que os dejo, bastan tres componentes principales para explicar el 80,8% de la varianza de los datos de las losas macizas, y cuatro para modular el 79,0% en las aligeradas.
El análisis de componentes principales pretende transformar el conjunto de datos inicial (de variables correlacionadas) en un nuevo conjunto reducido de nuevas variables independientes, llamadas componentes principales. El análisis de componentes principales es un análisis estadístico que pertenece a los denominados métodos multivariantes. Se utiliza en multitud de disciplinas para interpretar los datos. A continuación os dejo un vídeo introductorio a este tipo de análisis, referenciándolo a datos de un puente losa postesado.
En este vídeo se realiza un ejemplo para la interpretación de datos de caracterización morfológica típicos de la conservación de recursos fitogenéticos. Autor: Fita Fernández, Ana María.
A continuación os dejo una explicación intuitiva del análisis de componentes principales del profesor José Luís Vicente Villardón, de la Universidad de Salamanca.
También os dejo un artículo científico donde utilizamos esta técnica en la caracterización de puentes losa postesados. Su referencia es:
YEPES, V.; DÍAZ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2009). Caracterización estadística de tableros pretensados para carreteras.Revista de la Construcción, 8(2):95-109.
MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Heuristic design of precast-prestressed concrete U-beam and post-tensioned cast-in-place concrete slab road bridges.
Abstract: This paper proposes simulated annealing and threshold accepting procedures for the automatic design of two different bridge types. Both cases are prestressed concrete road bridge decks typically used in public road construction. Simulated annealing is first applied to a precast beam of 30-30 meters of longitudinal spans and 12.00 m of width. The beam has a double U-shape cross-section and a beam spacing of 6 m. This problem involves 59 discrete design variables for the geometry of the beam and the slab, concrete grade, reinforcing steel and prestressing steel. The simulated annealing method indicates savings of about 5% with respect to a traditional design. The second bridge case is a 20-36-20 m post-tensioned cast-in-place concrete slab road bridge deck. This example needs 33 discrete variables to define the complete structure. The threshold accepting method is used for the optimization. Our findings indicate savings of about 7.5% with respect to the design based on experience. Finally, the results show that heuristic optimization provides other options to reduce the design costs of real prestressed bridge decks.
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2016). Computer-Support Tool for Automatically Optimize Bridges.
Abstract: In bridge design, many variables like material grades, cross-sectional dimensions, passive and pre-stressing steel need to be modeled to evaluate the structural performance. Efficiency gains are intended while satisfying the serviceability and ultimate limit states imposed by the structural code. In this paper, a computer-support tool is presented to analyze continuous post-tensioned concrete (PSC) box-girder road bridges, to minimize the cost, and to provide the optimum design variables. The program encompasses six modules to perform the optimization process, the finite-element analysis and the limit states verification. The methodology is defined and applied to a case study. A harmony search algorithm optimizes 32 variables that define a three-span PSC box-girder bridge located in a coastal region. However, the same procedure could be implemented to optimize any structure. This tool enables one to define the fixed parameters and the variables that are optimized by the heuristic algorithm. Moreover, the output provides useful rules to guide engineers in designing PSC box-girder road bridges.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2016). Design optimization of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement by a hybrid evolutionary algorithm.
Abstract: In this paper, the influence of steel fiber-reinforcement when designing precast-prestressed concrete road bridges with a double U-shape cross-section is studied through heuristic optimization. A hybrid evolutionary algorithm (EA) combining a genetic algorithm (GA) with variable-depth neighborhood search (VDNS) is formulated to minimize the economic cost and CO2 emissions, while imposing constraints on all the relevant limit states. The case study proposed is a 30-m span-length with a deck width of 12 m. The problem involved 41 discrete design variables. The algorithm requires the initial calibration. Moreover, the heuristic is run nine times so as to obtain statistical information about the minimum, average and deviation of the results. The evolution of the objective function during the optimization procedure is highlighted. Findings show that heuristic optimization is a forthcoming option for the design of real-life prestressed structures. This paper provides useful knowledge that could offer a better understanding of the steel fiber-reinforcement in U-beam road bridges.
Preservar las infraestructuras en un estado mínimamente adecuado de conservación y mantenimiento es una necesidad de primer orden en cualquier sociedad. Sin embargo, por motivos que a veces son estructurales y otras coyunturales, los responsables de esta tarea no prestan la atención y los recursos necesarios para este cometido. Parece que la inversión en conservación de los activos siempre ha sido insuficiente incluso en países desarrollados.
En efecto, parece evidente que el desarrollo económico que tuvo lugar en países como el nuestro en la última parte del siglo XX se centró, en el caso por ejemplo de las carreteras, en ampliar la red para apoyar dicho desarrollo. Si bien es cierto que estas nuevas infraestructuras nacen con un periodo de vida relativamente largo, también es cierto que una parte nada desdeñable de dicha infraestructura está empezando a notar el paso del tiempo, y lo que es peor, parece que podemos vivir dentro de un horizonte no tan lejano, a un verdadero colapso en los niveles de servicio prestados por estos activos. Lo peor de todo ello es que estas infraestructuras se financiaron a largo plazo y la siguiente generación se va a encontrar con la sorpresa de tener que pagar Continue reading «La «crisis» de las infraestructuras»→
En un artículo reciente del blog 
Preservar las infraestructuras en un estado mínimamente adecuado de conservación y mantenimiento es una necesidad de primer orden en cualquier sociedad. Sin embargo, por motivos que a veces son estructurales y otras coyunturales, los responsables de esta tarea no prestan la atención y los recursos necesarios para este cometido. Parece que la inversión en conservación de los activos siempre ha sido insuficiente incluso en países desarrollados.