A continuación os dejo una ponencia presentada por el catedrático de la UPC Antonio Marí dentro de la Jornada de Recerca i Innovació celebrada en Barcelona el 15 y 16 de noviembre de 2011. Los autores de la ponencia son, además, Jesús M. Bairán, Eva Oller y Noemí Duarte.
Se trata de una ponencia sobre investigación e innovación en puentes y torres prefabricadas de hormigón pretensado. Espero que os guste.
Alcoy (Alicante) es la ciudad de los puentes. Es, posiblemente, uno de los pueblos donde han nacido más ingenieros de caminos, entre los que me incluyo. El post de hoy va dedicado a una obra de ingeniería fallida, la línea de ferrocarril entre Alicante y Alcoy. El proyecto de esta línea de ferrocarril corrió a cargo del ingeniero de caminos José Roselló Martí , destinado en 1927 a la 3ª jefatura de Estudios y Construcciones de Ferrocarriles del Sureste de España, donde se encargó de la redacción del proyecto del viaducto sobre el rio Polop y los de los barrancos de Siete Lunas, Barchell, Uxola y Zinc, en Alcoy.
A finales de los años 20 del siglo XX se pudo materializar, tras no pocas dificultades, el trazado de la línea férrea que uniría Alicante y Alcoy. El último proyecto lo redactó Roselló el 13 de julio de 1929. De esta línea destacan los numerosos puentes y túneles que se tuvieron que hacer y que hoy sirven como ruta verde para el turismo de interior en estas comarcas.
La mayor parte de los viaductos se construyeron con tres elementos: arcos de medio punto de hormigón armado de 30 m de luz, arcos de hormigón en masa de 12 m de luz y vigas rectas de hormigón armado de 17,60 m. El más grande y espectacular de los viaductos es el que salva el río Polop, situado al pie del Parque Natural de la “Font Roja”. Posee 230 m. de longitud y una altura máxima sobre el cauce de 46 m. Consta de cinco arcos de 30 m. de luz de hormigón armado y tres arcos de avenida de 12 m. de luz, más pequeños, de hormigón en masa. Las bóvedas tienen todas 3,60 m de anchura, 0,90 m de espesor en la clave y 1,40 m. en los arranques. Los tímpanos están aligerados por arquillos de 4 m. y arriostrados transversalmente por tirantes del mismo material. Dispone de miradores en los arcos pares.
Se utilizaron cerchas semirrígidas para el armado de los arcos, pues aún no se habían publicado los modelos oficiales de puentes para ferrocarril. Consistía este sistema en el empleo de estructuras rígidas de acero, dimensionadas para sostener el peso propio de la bóveda durante la construcción. Colgado de las cerchas, y bien sujeto a las cabezas inferiores de las mismas, se colocaba un encofrado de madera siguiendo el intradós de la bóveda. Se complementaba este entablonado con unas paredes laterales de madera hasta la altura del trasdós, quedando así establecido el encofrado de las bóvedas, pudiendo de este modo suprimirse costosas cimbras y andamios. A esta armadura se le añadía las armaduras en aquellas zonas necesarias para resistir la flexión que ocasionaban las sobrecargas móviles de servicio del puente.
Asistimos, en las primeras décadas del siglo XX, al predominio de los puentes de hormigón armado en España, que poco a poco fueron desplazando a los puentes metálicos por su mayor economía frente al alto precio del acero y menores gastos de mantenimiento. El predominio del hormigón fue posible al desarrollo en nuestro país de la técnica con figuras como Juan Manuel Zafra o José Eugenio Ribera.
A continuación os dejo el enlace a la página de la Revista de Obras Públicas donde el propio autor nos explica la obra con mayor detalle. http://ropdigital.ciccp.es/detalle_articulo.php?registro=15217&anio=1929&numero_revista=2533
ACCESO LIBRE AL ARTÍCULO:
The following personal article link, which will provide free access to your article, and is valid for 50 days, until September 14, 2016
http://authors.elsevier.com/a/1TROAW4G4Bhqk
Abstract: This paper presents a multiobjective optimization of post-tensioned concrete road bridges in terms of cost, CO2 emissions, and overall safety factor. A computer tool links the optimization modulus with a set of modules for the finite-element analysis and limit states verification. This is applied for the case study of a three-span continuous post-tensioned box-girder road bridge, located in a coastal region. A multiobjective harmony search is used to automatically search a set of optimum structural solutions regarding the geometry, concrete strength, reinforcing and post-tensioned steel. Diversification strategies are combined with intensification strategies to improve solution quality. Results indicate that cost and CO2 emissions are close to each other for any safety range. A one-euro reduction, involves a 2.34 kg CO2 emissions reduction. Output identifies the best variables to improve safety and the critical limit states. This tool also provides bridge managers with a set of trade-off optimum solutions, which balance their preferences most closely, and meet the requirements previously defined.
Keywords
Reference:
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety. Engineering Structures, 125:325-336. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.07.012.
Esta es la versión post-print de autor. La publicación se encuentra en: http://hdl.handle.net/10251/46928, siendo el Copyright de Elsevier.
El artículo debe ser citado de la siguiente forma:
Martí, JV.; Yepes, V.; Gonzalez-Vidosa, F.; Luz, AJ. (2014). Diseño automático de tableros óptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos meméticos híbridos. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería. 30(3):145-154. doi:10.1016/j.rimni.2013.04.010.
El Grupo Español de IABSE (International Association for Bridge and Structural Engineering) organizó, en colaboración con la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid – UPM, el Workshop on Bridge Design 2015, WoBD2015. Gracia a ello tenemos la ocasión de poder escuchar a Javier Manterola dando su visión personal sobre los puentes. Espero que os guste el vídeo.
El proceso de improvisación musical supone una organización coherente de los sonidos y los silencios que da los parámetros fundamentales de la música, que son la melodía, la armonía y el ritmo. La simulación del proceso de improvisación musical puede servir a los calculistas de estructuras como inspiración en el diseño de algoritmos que permitan optimizar, por ejemplo, un puente. En esta comparación, el conjunto de músicos se podría asimilar a las variables de decisión; el rango de afinación, al rango de valores; la armonía; la estética, a la función objetivo; la práctica, a la iteración y la experiencia, a la matriz de memoria. A este algoritmo heurístico se le denomina harmony search.
En este post os dejo el resumen, la referencia y el enlace a un artículo que acaban de publicarnos en la revista Engineering Structures donde aplicamos esta metodología en la optimización sostenible del diseño de una pasarela peatonal formada por una viga cajón postesada. Esta investigación está financiada dentro del Proyecto HORSOST (BIA2011-23602) financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación.
Resumen: Este artículo tiene como objetivo el diseño sostenible de puentes viga peatonales de hormigón postesado de sección en cajón. Para ello se utiliza un algoritmo heurístico híbrido de búsqueda armónica (hybrid harmony search) con la aceptación por umbrales para encontrar la geometría y los materiales necesarios para que la suma de los costos y la huella de carbono sea lo más baja posible, cumpliendo con todas las restricciones de seguridad estructural y durabilidad. Para ajustar los parámetros del algoritmo se utilizó la metodología del diseño de experimentos. Se realizó asimismo un estudio paramétrico en pasarelas de 90 a 130 m de luz. Los resultados encontrados indican que la optimización con ambas funciones objetivo conducen a resultados similares en coste, si bien con soluciones diferentes. Los resultados sugieren que la reducción en las emisiones de CO2 conllevan mayores cantos, más pretensado y menores resistencias características del hormigón empleado. La metodología presentada supone una propuesta detallada de las reglas de predimensionamiento de este tipo de estructuras teniendo en cuenta un enfoque medioambiental.
Palabras clave: Diseño sostenible, hormigón postesado, viga en cajón, pasarelas, optimización, búsqueda armónica.
Referencia: GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PÉREZ-LÓPEZ, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92:112-122. DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.03.015 (link)
¿Cuándo empieza realmente la optimización de las estructuras? Difícil pregunta a resolver. Si bien los aspectos básicos relacionados con la optimización matemática se establecieron en los siglos XVIII y XIX con los trabajos de Lagrange o Euler, hay que esperar hasta los años 40 del siglo XX para que Kantorovich y Dantzing desarrollaran definitivamente los principios de la programación matemática. Es a partir de la revolución informática de los años 70 cuando estas herramientas empiezan a ser empleadas habitualmente en numerosas aplicaciones en las ciencias, las ingenierías y los negocios. Sin embargo, el progreso de técnicas de optimización que no requieran derivadas y que se generen a través de reglas heurísticas, ha supuesto una auténtica revolución en el campo de la optimización de los problemas reales. En efecto, los métodos aproximados pueden utilizarse allí donde el elevado número de variables en juego impiden la resolución en un tiempo de cálculo razonable de los problemas mediante la programación matemática. A estos algoritmos de optimización aproximada, cuando su uso no está restringido a un solo tipo de problemas, la comunidad científica en el ámbito de la inteligencia artificial y la investigación operativa les ha dado el nombre de metaheurísticas. Este grupo incluye una amplia variedad de procedimientos inspirados en algunos fenómenos naturales, tales como los algoritmos genéticos, el recocido simulado o la optimización por colonias de hormigas . Liao et al. [1] presentan una revisión de la aplicación de los métodos heurísticos en el campo de la gestión del proyecto y de la construcción.
En relación con la optimización de las estructuras, si bien la información más antigua se remonta al siglo XV con los trabajos de Leonardo da Vinci y de Galileo Galilei sobre la disminución del peso de estructuras de madera, hay que esperar al siglo XIX con Maxwell y Levy, y a comienzos del siglo XX con Mitchell, para ver las primeras aportaciones en el diseño de mínimo peso de estructuras de arcos y cerchas metálicas. En 1994, Cohn y Dinovitzer [2] realizaron una amplia revisión de los métodos empleados en la optimización de estructuras, comprobando que la inmensa mayoría de las investigaciones llevadas a cabo hasta entonces se basaban en la programación matemática y en problemas más bien teóricos, con una preponderancia abrumadora de las estructuras metálicas frente a las estructuras de hormigón. Así, la aplicación de métodos heurísticos a la ingeniería estructural se remonta a los años 70 y 80 [3-5], siendo la computación evolutiva, y en especial los algoritmos genéticos, los métodos que más se han utilizado. La revisión de Kicinger et al. [6] proporciona un completo estado del arte de los métodos evolutivos aplicados al diseño estructural. Por otro lado, nuestro grupo de investigación, a través de su proyecto de investigación HORSOST, y más recientemente con el proyecto BRIDLIFE, ha presentado trabajos recientes de diseño automático y optimización de estructuras de hormigón armado con algoritmos genéticos [7] y con otras técnicas heurísticas [8-13], así como trabajos de optimización con hormigón pretensado [14,15] o de la optimización de las infraestructuras lineales [16].
Os dejo a continuación un vídeo tutorial donde se realiza una pequeña introducción al diseño optimización estructural. Espero que os sea de interés. Por cierto, si alguien se anima a hacer su tesis doctoral con nuestro grupo de investigación, será bien recibido.
Referencias:
[1] T.W. Liao, P.J. Egbelu, B.R. Sarker, S.S. Leu, Metaheuristics for project and construction management – A state-of-the-art review, Automation in Construction 20 (2011) 491-505.
[2] M.Z. Cohn, A.S. Dinovitzer, Application of structural optimization, ASCE Journal of Structural Engineering 120 (1994) 617-649.
[3] A. Hoeffler, U. Leysner, J. Weidermann, Optimization of the layout of trusses combining strategies based on Mitchel’s theorem and on biological principles of evolution, Proceedings of the Second Symposium on Structural Optimization (1973).
[4] M. Lawo, G. Thierauf, Optimal design for dynamic stochastic loading: a solution by random search, en: Optimization in structural design, University of Siegen, 1982, pp. 346-352.
[5] D.E. Goldberg, M.P. Samtani, Engineering optimization via genetic algorithms, Proceedings of the Ninth Conference on Electronic Computation ASCE (1986) 471-482.
[6] R. Kicinger, T. Arciszewski, K. De Jong, Evolutionary computation and structural design: A survey of the state-of-the-art, Computers & Structures 83 (2005) 1943-1978.
[7] F.J. Martinez, F. González-Vidosa, A. Hospitaler, V. Yepes, Heuristic optimization of RC bridge piers with rectangular hollow sections, Computers & Structures 88 (2010) 375-386.
[8] I. Paya-Zaforteza, V. Yepes, F. González-Vidosa, A. Hospitaler, On the Weibull cost estimation of building frames designed by simulated annealing, Meccanica 45 (2010) 693-704.
[9] V. Yepes, F. González-Vidosa, J. Alcala, P. Villalba, CO2-Optimization design of reinforced concrete retaining walls based on a VNS-Threshold acceptance strategy, Journal of Computing in Civil Engineering ASCE 26 (2012) 378-386.
[10] C. Perea, V. Yepes, J. Alcala, A. Hospitaler, F. González-Vidosa, A parametric study of optimum road frame bridges by threshold acceptance, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences 17 (2010) 427-437.
[11] A. Carbonell, V. Yepes, F. González-Vidosa, Búsqueda exhaustiva por entornos aplicada al diseño económico de bóvedas de hormigón armado, Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería 27 (2011) 227-235.
[12] A. Carbonell, F. González-Vidosa, V. Yepes, Design of reinforced concrete road vaults by heuristic optimization, Advances in Engineering Software 42 (2011) 151-159.
[13] T. García-Segura, V. Yepes, J.V. Martí, J. Alcalá, Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm. Latin American Journal of Solids and Structures, 11(7) (2014) 1190 – 1205.
[14] J.V. Martí, F. González-Vidosa, Design of prestressed concrete precast pedestrian bridges by heuristic optimization, Advances in Engineering Software 41 (2010) 916-922.
[15] J.V. Martí, F. González-Vidosa, V. Yepes, J. Alcalá, Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing, Engineering Structures 48 (2013) 342-352.
[16] C. Torres-Machí, A. Chamorro, C. Videla, E. Pellicer, V. Yepes. An interative approach for the optimization of pavement maintenance mangement at the network level, The Scientific World Journal ID 524329 (2014).
[17] T. García-Segura, V. Yepes, J. Alcalá, E. Pérez-López. Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures 92 (2015) 112-122.
[18] J.V. Martí, V. Yepes, F. González-Vidosa. Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE 141(2) (2015) 04014114.
[19] V. Yepes, J.V. Martí, T. García-Segura. Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction 49 (2015) 123-134.
[20] V. Yepes, T. García-Segura, J.M. Moreno-Jiménez. A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4) (2015) 1024-1036.
[21] A. Luz, V. Yepes, F. González-Vidosa, J.V. Martí. Diseño de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimización híbrida de escalada estocástica. Informes de la Construcción, 67(540) (2015), e114.
[22] T. García-Segura, V. Yepes, J. Alcalá, E. Pérez-López. Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92 (2015) 112-122.
[23] J.V. Martí, T. García-Segura, V. Yepes. Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120 (2016) 231-240.
Ian Firth es director de la consultora de ingeniería Flint y Neil. En los vídeos que os dejo podemos ver la visión personal sobre el diseño de puentes. En estos vídeos se describen las características fundamentales de un puente y el trabajo de proyectista de puentes. Podéis poner subtítulos en inglés. Espero que os gusten.
La visión de la Edad Media como una época tenebrosa supone ignorar el sorprendente progreso de la innovación y el saber técnico. Si bien es cierto que la caída del Imperio Romano y la caída de un poder central provocaron una caída drástica en la construcción. El inicio del nuevo milenio vino parejo al desarrollo de las ciudades y de la expansión comercial; se empiezan a construir nuevos puentes, en paralelo con las catedrales góticas. Esta actividad constructiva se reforzó con los caminos de peregrinaje hacia Roma y Santiago de Compostela, donde los monjes constructores tuvieron un papel de primera magnitud. Si se comparan con los puentes romanos, los medievales olvidan reglas estrictas en cuanto a su diseño, con arcos asimétricos, plantas curvas o quebradas, tímpanos aligerados, etc. Los medievales eran puentes pintorescos, atrevidos en ocasiones, pero de menor calidad y solidez que los romanos. La labra de los sillares en los puentes medievales es más tosca y defectuosa que la de los romanos. Los arcos suelen ser macizos, con bóvedas formadas por anillos paralelos unos a otros o bien dos roscas en los extremos con un relleno entre sí.
Sin entrar en más detalles, os propongo un concurso. Si te atreves, incluso puedes dedicar tus vacaciones a hacer un recorrido para fotografiarlos y luego nos lo cuentas. He publicado en Twitter un conjunto de puentes representativos del medievo español. No están todos, ni mucho menos. Puedes incluir los que quieras con la etiqueta #Puentes_medievales . Se trata de retuitear aquellos que más te gusten o incorporar nuevos puentes. Aunque muchos se llaman popularmente «puentes romanos», gran parte de ellos son medievales. Otros también se denominan «Puentes del Diablo«. Algunos se han rehabilitado o restaurado y han perdido parte del diseño original. Empezamos, pues. No se trata de votar la foto más bonita o al puente de tu pueblo, sino al que creas que estéticamente está más logrado, poniendo en marcha tu sentido ingenieril.
Puente de Capella, Huesca #Puentes_medievaleshttps://t.co/ylDCiCPMym pic.twitter.com/ryYKWC12XD
— Víctor Yepes (@vyepesp) June 1, 2016
Puente de Ricobayo, Zamora #Puentes_medievaleshttps://t.co/ZktySib4CE pic.twitter.com/jHAypGEdRJ
— Víctor Yepes (@vyepesp) June 1, 2016
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Los días 27 y 28 de mayo de 1937 fueron los días de la inauguración del puente Golden Gate. De este puente se ha escrito mucho, incluso algún post hemos escrito en este blog. Sin embargo, lo importante es que en Radio Nacional se hicieron eco de la noticia y en el programa «Esto me suena. Las tardes del Ciudadano García» y pudimos hablar durante unos minutos no sólo de este puente, sino de la importancia de la ingeniería española y de su difusión.
Os dejo el programa sacado directamente de la web de Radio Nacional. La entrevista dura hasta el minuto 18. Espero que os guste.