Las losas de hormigón postesado en edificación pueden encontrarse ya en el año 1955 en los Estados Unidos, cuando apareció un sistema de construcción denominado «lift-slab», patentado por Tom Slick, que consistía en hormigonar las losas en la planta baja de forma que sirvieran de encofrado para las otras, y elevarlas hasta su posición definitiva tras sucesivas operaciones de izado. En pocos años, entre los años 50 y 60, los constructores emplearon este método constructivo, que se hizo con una parte muy importante del mercado de la edificación americano.
Inicialmente, las losas eran de hormigón armado, lo que generaba dos problemas básicos:
— Las losas tendían a pegarse las unas con las otras en el momento del izado y se fisuraban debido al peso propio añadido al tratar de despegarlas.
— En vanos de 8,5 a 9 m los espesores de las losas oscilaban entre 20 y 25 cm., por lo que las deformaciones eran un problema considerable.
Los ingenieros que trabajaban con este método constructivo tenían conocimiento del pretensado y del modo como podía evitar las deformaciones. En estas primeras realizaciones el postesado empezó a solucionar los problemas del aligeramiento del peso para reducir flechas y la fisuración. La técnica del postesado ya se utilizaba por aquellos años en Europa en puentes y otras tipologías constructivas.
Los sistemas más conocidos de izado de forjados son el Jack Block en el que los gatos están situados en la parte inferior y el Lift-Slab en el que los gatos se colocan sobre los pilares. En el caso del Lift-Slab los forjados se construyen unos sobre otros, eliminándose así todo encofrado, interponiéndose entre dos consecutivos unas láminas de separación. Este procedimiento permite ejecutar los forjados en óptimas condiciones, sobre un plano horizontal, sin puntales ni encofrados, a cambio de una elevación cuidadosa de cada una de las placas y la ejecución de las uniones de elementos ya terminados, donde a veces es difícil establecer la continuidad.
Os dejo a continuación un vídeo donde podemos ver los principios básicos de este procedimiento constructivo. Espero que os guste.
Quería dejar constancia en esta entrada de la gran labor que el profesor Modest Batlle, de la Escuela de Ingenieros de Caminos de Barcelona, está llevando como coordinador de la revista «Cuadernos de diseño en la obra pública» (ISSN: 2013-2603) . Se trata, probablemente, de una de las pocas revistas cuyo objetivo es la toma de conciencia de la importancia que tiene el diseño en las obras de ingeniería. Acaban de editar el número 5 de la revista con colaboradores tales como Javier Manterola, José Luís Manzanares, Francisco Bueno, Jorge Bernabeu o Teresa Navas. En dicho número también he tenido la oportunidad de participar con un artículo denominado «Conjetura sobre la existencia de puentes romanos sobre el Turia a su paso por Valencia». Os lo paso por si os resulta de interés y os animo a leer el resto de la revista.
Referencia:
YEPES, V. (2013). Conjetura sobre la existencia de puentes romanos sobre el Turia a su paso por Valencia.Cuadernos de diseño en la obra pública, 5:14-19.
En este trabajo se describe la influencia de las fibras de acero en el diseño de coste mínimo de puentes de carretera de vigas prefabricadas con sección transversal en doble U pretensadas y vanos isostáticos. Para ello se utiliza un algoritmo memético con una búsqueda en entornos variable (MA-VDNS) para optimizar el coste de estas estructuras contando las fases de fabricación, transporte y construcción del puente. El problema implica 41 variables de diseño discretas que definen la geometría de la viga y de la losa, los materiales en ambos elementos, las armaduras pasiva y activa y la resistencia residual a tracción de las fibras. El uso de las fibras disminuye el peso medio de la viga en un 1,72% y reduce el número medio de tendones en un 3,59%; sin embargo, incrementa un 8,71% de media la armadura pasiva necesaria. Por último, y a pesar del mayor coste del hormigón con fibras, se comprueba que su uso es económicamente viable, pues se consigue una diferencia relativa media de coste respecto al hormigón sin fibras, inferior al 0,19%.
Resultados interesantes:
A pesar del mayor coste económico del hormigón con fibras y de que el estado de decompresión del hormigón no ocurre en ninguna fibra de la sección de la viga por el pretensado, el hormigón con fibras es competitivo económicamente respecto al no uso de fibras, puesto que la diferencia relativa es inferior al 5,36% en el peor de los casos.
El estudio paramétrico realizado indica una buena correlación del coste, canto y peso de la viga y número de tendones respecto a la luz del puente. Esto permite un predimensionamiento ajustado.
Se ha comprobado que las fibras reducen de media un 3,59% el número de tendones necesarios, lo cual significa que su uso puede compensar parte del pretensado necesario.
Sorprende comprobar que el uso de fibras incrementa de media un 8,71% la armadura necesaria por unidad de superficie de losa. Esto se puede explicar debido a que la carestía del hormigón con fibras hace que el algoritmo intente disminuir su volumen, lo cual se compensa con el incremento de armadura pasiva.
En el caso de las estructuras óptimas, se ha encontrado una reducción del 6% del peso de las vigas realizadas con fibras, lo cual puede ser relevante para el transporte e izado de los elementos.
Referencia:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement.Journal of Structural Engineering ASCE, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058 , 04014114.
Abstract
This paper describes the influence of steel fiber-reinforcement on the design of cost-optimized, prestressed concrete, precast road bridges, with a double U-shaped cross-section and isostatic spans. A memetic algorithm with variable-depth neighborhood search (MA-VDNS) is applied to the economic cost of these structures at different stages of manufacturing, transportation and construction. The problem involved 41 discrete design variables for the geometry of the beam and the slab, materials in the two elements, active and passive reinforcement, as well as residual flexural tensile strength corresponding to the fibers. The use of fibers decreases the mean weight of the beam by 1.72%, reduces the number of strands an average of 3.59%, but it increases the passive reinforcement by 8.71% on average, respectively. Finally, despite the higher cost of the fibers, their use is economically feasible since the average relative difference in cost is less than 0.19%.
Las cimentaciones con cajones abiertos, o cajones indios, se definen como aquellas realizadas a base de cajones abiertos por arriba y sin fondo, con su borde inferior biselado o con forma de cuchilla que se van hincando en el terreno por su propio peso o mediante lastre, a medida que se excava en su interior, mientras se recrecen sus paredes. Este proceso continúa hasta alcanzar la profundidad deseada. El cajón se fabrica total o parcialmente en su altura total a nivel del suelo. La sección de estos cajones es rectangular o circular. Este procedimiento es factible en terrenos blandos, debiendo tener precaución, en el caso de excavar bajo nivel freático, de que no se produzca sifonamiento. En los casos en que sea necesario recurrir a bombas de agotamiento, las alcachofas de las mangueras se sitúan en pequeños pozos practicados en el fondo de la excavación. En el caso de no poder realizarse el agotamiento del agua, entonces se inyectan productos en el terreno para disminuir su permeabilidad.
El rozamiento entre el elemento y el terreno circundante se puede reducir mediante una rendija anular rellena de bentonita, de un ancho entre 5 y 10 cm. Estas fuerzas de rozamiento crecen al incrementarse la profundidad, por lo que habrá que ir incrementando el peso de empuje del cajón. Una vez alcanzada la profundidad prevista, se tapona el fondo de la excavación con hormigón. Durante este proceso a da estar garantizada en todo momento la resistencia frente al empuje hidrostático ascendente.
En el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes del año 2000, en su artículo 674, se incluían las cimentaciones por cajones indios de hormigón armado, sin embargo, este artículo quedó suprimido posteriormente.
Construcción de cajón abierto cilíndrico de 24 m de diámetro, con paredes de 1,20 m de espesor
Os dejo un vídeo donde se puede ver el proceso de excavación de un cajón indio hecho con muros de hormigón armado para arqueta. Se hace el muro en superficie y baja por su peso a la vez que se excava.
No resulta nada fácil realizar el mantenimiento de una red de carreteras durante un horizonte, digamos de 20 años, cuando los presupuestos son muy restrictivos. Las consecuencias son nefastas para la calidad del servicio prestado por dicha infraestructura. El problema deriva del hecho de tener que elegir la mejor opción de mantenimiento, en el momento adecuado, con un presupuesto mínimo, de forma que todo ello permita maximizar la condición de servicio de la infraestructura. ¡Un problema nada fácil!
Para solucionar este tipo de problemas hemos propuesto un algoritmo heurístico novedoso capaz de generar soluciones óptimas en casos tan complicados como el que se presenta.
Os dejo el resumen, las palabras clave y la referencia por si queréis citar el artículo.
Abstract. Insufficient investment in the public sector together with inefficient maintenance infrastructure programs lead to high economic costs in the long term. Thus, infrastructure managers need practical tools to maximize the Long-Term Effectiveness (LTE) of maintenance programs. This paper describes an optimization tool based on a hybrid Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP) considering Threshold Accepting (TA) with relaxed constraints. This tool facilitates the design of optimal maintenance programs subject to budgetary and technical restrictions, exploring the effect of different budgetary scenarios on the overall network condition. The optimization tool is applied to a case study demonstrating its efficiency to analyze real data. Optimized maintenance programs are shown to yield LTE 40% higher than the traditional programs based on a reactive strategy. To extend the results obtained in this case study, a set of simulated scenarios, based on the range of values found in the real example, are also optimized. This analysis concludes that this optimization algorithm enhances the allocation of maintenance funds over the one obtained under a traditional reactive strategy. The sensitivity analysis of a range of budgetary scenarios indicates that the funding level in the early years is a driving factor of the LTE of optimal maintenance programs.
Resumen–El artículo se ocupa de la optimización económica de los tableros de los pasos superiores de carreteras formados por una losa de hormigón ejecutada in situ y dos vigas artesa prefabricadas de hormigón pretensado autocompactable. Se comprueba la eficacia de las distintas metaheurísticas aplicadas en la optimización: “descent local search” (DLS), “simulated annealing” (SA), “threshold accepting” (TA), “genetic algoritms” (GA) y “memetic algorithms” (MA). Los cálculos de las tensiones y de sus envolventes, son programados en lenguaje fortran directamente por los autores. Los algoritmos de optimización heurística se aplican a un tablero de 35 m de luz y 12 m de ancho. Los parámetros que definen la forma de la sección de la viga se adaptan a los moldes de una instalación de prefabricados. El ejemplo que se analiza consta de 59 variables discretas. El módulo de la evaluación incluye los estados límite último y de servicio que se aplican comúnmente para estas estructuras: flexión, cortante, torsor, fisuración, flechas, etc. Los algoritmos SA y TA se han calibrado previamente a partir del DLS, y el MA a partir del GA y del SA. Cada heurística se procesa nueve veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el medio y las desviaciones. Se realiza un análisis del rendimiento de las distintas heurísticas, basado en un estudio de las soluciones Pareto-óptimas entre tiempo de ejecución y rendimiento. Los mejores resultados se obtienen para el SA y el TA, siendo el coste mínimo de 108008 €, correspondiente al SA. Finalmente, entre las principales conclusiones de este estudio, destaca que las soluciones y los tiempos de proceso computacional son tales, que estos métodos se pueden aplicar de un modo práctico a casos reales, y que el conocimiento derivado del uso de estos algoritmos permiten recomendar rangos de valores para emplearlos en el diseño optimizado de estas estructuras y en su aplicación para los predimensionados de las variables.
Palabras clave—Optimización, metaheurística, puentes, pasos superiores, diseño de estructuras.
Referencia: MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Aplicación de metaheurísticas en la optimización de pasos superiores de carreteras. X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida, pp. 241-247. ISBN: 978-84-697-2150-6.
El puente viejo (pont vell) de Ontinyent, sobre el río Clariano, está situado en la entrada del núcleo antiguo de la ciudad de Ontinyent por el denominado Camino de los Carros, que conducía a las poblaciones de Xàtiva y Gandia. Fue construido a iniciativa del Consell de la ciudad para dar solución a la aglomeración de tráfico y viandantes asociado al desarrollo de la industria manufacturera de la lana (Sanz, 2005). El puente actual se construyó sobre otros anteriores, que fueron derruidos por las fuertes avenidas del río Clariano. Se trata de un puente de sillería de dos arcos escarzanos de 11,1 y 13,3 m de luz, separados por una gruesa pila de 4,4 m de espesor. La longitud del puente se encuentra sobre 50 m, con una anchura de tablero de 4,2 m. Presenta tajamares triangulares, escalonados, pero que llegan hasta el pretil, con arrimaderos. Los autores fueron los maestros de obra y picapedreros Pere Ribera y Juan Montañés, que suscribieron un contrato de obras con los Jurados de la Villa en enero de 1500, y se comprometieron a terminan antes del 4 de marzo de 1501, cosa que cumplieron. El puente disponía de una torre de defensa en la entrada, de la que se conservan unos restos datados hacia 1597, que actualmente son los cimientos de una casa particular. Susuperficie externaesde sillaresde piedra, aunque la barandillafueconstruidaconlos restosde variosportalesmuralesderrumbadosa finales delsiglo XVIII. El puente ha sido restaurado en los años 80.
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Referencias:
SANZ, J.J. (2005). Puente viejo y torre sobre el río Clariano, Ontiyent (Valencia), en Aguilar, I. (dir.): Cien elementos del paisaje valenciano: las obras públicas. Conselleria d’Infraestructures y Transports, Generalitat Valenciana. Valencia.
YEPES, V. (2010). Puentes históricos sobre el viejo cauce del Turia. Un análisis histórico, estético y constructivo a las obras de fábrica. Universitat Politècnica de València. Inédito.
Este puente, llamado de Tébar, de Cañavate o del Henchidero, está situado en la parte norte de Alarcón (Cuenca), sobre el río Jucar. Se trató de un enclave estratégico durante muchos siglos en las comunicaciones desde el Mediterráneo hasta el interior de la Meseta. De la época romana destaca la vía secundaria que discurría por Alarcón, cuyo cerro parece haber estado habitado desde la prehistoria por ser lugar estratégico. Del puente de Tébar partía un camino que conducía hacia el norte, dirigiéndose a ciudades como Cuenca y Toledo. Este paso quedaba protegido por el castillo de Alarcón y las torres de Cañavate, Alarconcillos y la del Campo.
Se trata de un puente de piedra de medio punto, bastante deformado. Parece que el puente se pudo construir tras la toma de Alarcón por Alfonso VIII en 1184, aunque es muy posible que sustituyera a un puente anterior. Sin embargo, la estructura del puente actual es básicamente del siglo XV. El arco es de sillería, mientras el resto es de mampostería, todo en piedra caliza. El puente se encuentra cimentado sobre unos riscos de roca, lo suficientemente altos como para evitar riadas y permitir un tablero plano, lejos de los típicos puentes alomados medievales. Su buen cimiento, su continuo mantenimiento explican que se haya mantenido bien el puente hasta la fecha. Además, el hecho de que Alarcón quedase fuera del ámbito estratégico militar evitó que se destruyera el puente en los sucesivos conflictos.
La situación geográfica del puente es, en coordenadas geográficas: 39º 32′ 52.19» -2º 4′ 58.51», y en coordenadas UTM: X: 578.796,29 m Y: 4.377.974,45 m.
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.
A veces la Naturaleza nos sorprende cada día más. ¿Es posible que el comportamiento de las hormigas nos ayude a optimizar estructuras complejas, como, por ejemplo, un puente? Pues vamos a ver que sí. Este artículo es una continuación de otros artículos en los que hablamos de la posibilidad de optimizar estructuras de hormigón. La optimización por colonia de hormigas (ant colony optimization) será una metaheurística que nos permitirá realizar este tipo de operaciones. A continuación vamos a contar los fundamentos básicos y en las referencias os dejo, incluso, algunos artículos donde hemos podido utilizar esta técnica de forma exitosa.
Colorni, Dorigo y Maniezzo (1991) sugirieron la idea de imitar el comportamiento de los insectos para encontrar soluciones a los problemas de optimización combinatoria. El principio de la metaheurística denominada “Ant System Optimization, ACO” se basa en el comportamiento colectivo de las hormigas en la búsqueda de alimentos para su subsistencia, capaces de encontrar el camino más corto entre una fuente de comida y su hormiguero.
Primero, las hormigas exploran el entorno de su hormiguero de forma aleatoria. Tan pronto como un individuo encuentra una fuente de comida, evalúa su cantidad y calidad y transporta un poco al hormiguero. Durante el regreso, la hormiga deja por el camino una señal odorífera, depositando una sustancia denominada feromona, para que las demás hormigas puedan seguirla. Después de un tiempo, el camino hacia el alimento se indicará por un rastro oloroso que crece con el número de hormigas que lo recorren y desaparece en caso contrario. El resultado final es la optimización del trabajo de todo el hormiguero en su búsqueda de comida.
En la Figura se muestra cómo las hormigas encuentran el camino más corto. En a) las hormigas deben decidir un camino; en b) se toma uno al azar; en c) dado que la velocidad de una hormiga se considera aproximadamente constante, las que llegan antes vuelven eligiendo el camino con mayor acumulación de feromona. En d), se circula por el camino más corto, desapareciendo por evaporación el rastro en el más largo.
Las hormigas y el camino más corto
La analogía con una metaheurística de optimización puede establecerse de la siguiente forma:
La búsqueda de alimento por las hormigas es equivalente a la exploración de soluciones factibles a un problema combinatorio.
La cantidad de alimento hallada en un lugar es similar al valor de la función objetivo.
El rastro de feromona es la memoria adaptativa del método.
Un esquema básico de la metaheurística sería el siguiente:
Iniciar un rastro de feromona.
Mientras no se encuentre un criterio de parada:
Para cada hormiga artificial, construir una nueva solución a partir del rastro actual y evaluarla.
Actualizar el rastro de feromona.
El componente más importante de un sistema de hormigas es la gestión de las huellas olfativas. En su versión estándar, los rastros se usan en relación con la función objetivo para construir nuevas soluciones. Una vez se ha construido, éstos se actualizan de la siguiente forma: primero todos los rastros se debilitan para simular la evaporación del feronoma; después aquellos que corresponden a los elementos que se han empleado para la construcción, se refuerzan teniendo en cuenta la calidad de la solución.
El siguiente vídeo puede ayudaros a comprender el comportamiento de las hormigas. Espero que os guste.
Referencias:
COLORNI, A.; DORIGO, M.; MANIEZZO, V. (1991). Distributed optimization by ant colonies, in VARELA, F.J.; BOURGINE, P. (eds.) Proceedings of the First European Conference on Artificial Life (ECAL-91). The MIT Press: Cambrige, MA, 134-142.
MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; ALCALÁ, J. (2011). Design of tall bridge piers by ant colony optimization. Engineering Structures, 33:2320-2329.
MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2010). Heuristic Optimization of RC Bridge Piers with Rectangular Hollow Sections. Computers & Structures, 88: 375-386. ISSN: 0045-7949. (link)
YEPES, V. (2003). Apuntes de optimización heurística en ingeniería. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2003.249. Valencia, 266 pp. Depósito legal: V-2720-2003.
