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Puentes y pasarelas de polímero reforzado con fibras

Pasarela sobre el AVE en Lérida. 2001 Proyecto de PEDELTA. Arco biapoyado de 38 metros de luz y 3 de ancho. Elementos atornillados.
Pasarela sobre el AVE en Lérida. 2001 Proyecto de PEDELTA. Arco biapoyado de 38 metros de luz y 3 de ancho. Elementos atornillados.

Los nuevos materiales compuestos basados en polímeros reforzados con fibras (PLR), están presentes en casi todos los objetos de nuestra vida diaria. También se usan en el mundo de la construcción: elementos estructurales, cerramientos opacos o traslúcidos, sanitarios, pavimentos, conducciones, elementos de instalaciones eléctricas, etc.

La historia de los plásticos podría iniciarse en 1839 con la vulcanización de la goma por Charles Goodyear, aunque los olmecas ya lo hacían hace 3500 años. En 1860 Parker patenta la parkesita, el primer celuloide. En 1869 Hyatt descubre el celuloide. En 1907 Baekeland descubre la baquelita, primer polímero sintético, y así hasta nuestros días.

Los PRF se empezaron a utilizar en la industria aeronáutica desde la década de los sesenta, pero ya en este siglo se están empezando a utilizar en los proyectos de puentes y pasarelas. Desde la construcción del primer puente de polímeros en Asturias en 2004, en España se han hecho realizaciones en otros sitios como Madrid o Cuenca, entre otros.

Suelen ser estructuras híbridas, donde se combinan elementos tradicionales con nuevos materiales. En general son de dos tipos:

  • Las que el tablero superior es de PRF que se apoya sobre vigas de acero, de madera o de hormigón
  • Las que las vigas son de PRF y sobre ellas apoya un tablero tradicional (hormigón armado, madera)

 

Entre las ventajas de los puentes y pasarelas realizados con plásticos reforzados con fibras, podemos resaltar las siguientes:

  • Ligereza
  • Elevada resistencia y rigidez específica
  • Gran resistencia a la corrosión y agentes ambientales
  • Baja conductividad térmica
  • No producen interferencias en campos electro-magnéticos
  • Gran libertad de formas, tamaños y diseños

 

Entre las desventajas:

  • Elevado precio inicial (necesario un análisis a lo largo de toda la vida)
  • Degradación de sus propiedades a temperaturas no excesivamente altas, especialmente de la matriz polimérica (100 °C)
  • Inercia del sector
  • Falta de experiencia
  • Inexistencia de normas y recomendaciones
  • Mal comportamiento en caso de incendio

 

A continuación os paso la serie de tuits que sobre este tema tuvimos ocasión de publicar el 15 de mayo de 2015. Espero que os gusten.

https://twitter.com/vyepesp/status/599139100524941312

 

 

 

 

(Demoler) y construir un puente en solo 80 horas

El método de construcción acelerada de puentes tiene un gran arraigo en Estados Unidos, y únicamente se puede llevar a cabo mediante el empleo de soluciones industrializadas. Este caso que traemos es llamativo, pues la demolición del puente anterior y su restitución por uno nuevo, solo necesitó 80 horas para realizarlo, en lugar del año aproximado que hubiera tardado en caso de haberlo realizado enteramente por la vía tradicional. En su construcción, se recurrió al empleo de elementos prefabricados de hormigón que conformaron un único vano de 36 metros, mediante losas prefabricadas de cierre, muros de contención, pretiles y losas peatonales. Con este ejemplo, se ilustra una vez más que una construcción rápida y ordenada, es la ideal para la creación de pasos elevados nuevos o reposición de los antiguos, y normalmente acaba siendo la solución más económica al término de la obra. Y es que cuanto más tarde una construcción en ejecutarse, los gastos (personal, grúas, plataformas elevadoras de personal, otra maquinaria, imprevistos, etc.) más se disparan, sin contar con el perjuicio ocasionado para las zonas contiguas (desvíos provisionales del tráfico, atascos, etc.) que también repercuten social y económicamente.

Os paso un vídeo que me ha recomendado Alejandro López (ANDECE) para que lo veáis:

Montaje de puente prefabricado en la carretera Betxí-Borriol

Gruas Rigar

La prefabricación en elementos de puentes comenzó en España a principios de los años 50, con los primeros tableros de vigas prefabricadas pretensadas. Hoy en día existen soluciones prefabricadas para casi todas las tipologías de puentes de hormigón, aunque habitualmente solo se prefabrica el tablero.

A continuación, os dejo un vídeo de Grúas Rigar donde se puede ver el montaje de un puente en la carretera Betxí-Borriol. Resulta interesante ver el grado de precisión y maestría necesario para encajar las grandes piezas. Espero que os guste.

¿Hacia dónde van los prefabricados de hormigón?

Os presento a continuación un vídeo de 1 hora del webinar celebrado el 1 de diciembre y organizado por ANDECE y STRUCTURALIA, para, por un lado, presentar la situación actual del mercado, la creciente demanda de construcciones sostenibles y el encaje del prefabricado de hormigón como tecnología puntera y con un gran margen de crecimiento todavía. Espero que os sea de interés.

Historia de la prefabricación del hormigón

Alejandro López Vidal y David Fernández Ordoñez acaban de publicar una reseña de gran interés sobre la construcción con prefabricados de hormigón (http://www.andece.org/IMAGES/BIBLIOTECA/historia_prefabricados_noticreto.pdf). Este artículo se ha publicado en la revista Noticentro, en su número 133 correspondiente a noviembre y diciembre de 2015. Espero que os sea interesante su lectura.

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Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón

https://www.tomorrow.city/es/son-las-casas-prefabricadas-la-solucion-al-acceso-a-la-vivienda-en-el-reino-unido/

La mayoría de avances alcanzados relacionados con los métodos estandarizados para cuantificar la sostenibilidad de la construcción, están fundamentalmente enfocados a la edificación más que a las infraestructuras, especialmente en su variante residencial. El impacto global de la edificación residencial es el mayor de todos, pues implica a los tres ejes de la sostenibilidad: medioambiental (emisiones de gases de efecto invernadero, derivados de los consumos de calefacción y/o refrigeración para lograr unas condiciones interiores confortables), social (la vivienda es una primera necesidad para las personas) y económico (suele representar el mayor gasto que afronta una persona a lo largo de su vida). Mientras tanto, la obra civil no ha evolucionado igualmente en esta materia. Aunque generalmente se trata de construcciones de mayor envergadura, los impactos sobre la sostenibilidad son mucho más difusos y no tienen una repercusión tan directa sobre la vida diaria de los ciudadanos. Por estas razones, puede explicarse que los métodos de evaluación de la sostenibilidad para la obra civil no estén tan desarrollados como los existentes en la edificación, incluso con cierta dificultad para encontrar referencias sobre este campo. Esto puede implicar de alguna forma un obstáculo para la promoción técnica de los elementos prefabricados de hormigón, en un área que suele estar dominado por ingenieros que, en general, saben apreciar mejor las ventajas funcionales que esta metodología constructiva ofrece con respecto a otras. Este artículo pretende describir las fortalezas que la construcción con prefabricados de hormigón tendrá en el inminente marco reglamentario sobre la sostenibilidad en la obra civil, como vía para mejorar sus posibilidades y lograr una mayor cuota de mercado. También se analizarán algunos de los indicadores de la sostenibilidad que ya aparecen en los borradores de normas actuales.

Referencia:

López-Vidal, A.; Yepes, V. (2015). Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón. Una primera aproximación. PHi Planta de Hormigón Internacional, 5:18-24.

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La oficina de obra

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http://cofersa2000.com/casetasdeobra.htm

El contratista instalará, antes del comienzo de las obras y mantendrá durante la ejecución de las mismas, una oficina de obra. Normalmente, consta de una o varias casetas prefabricadas provisionales. Estas instalaciones contarán con una sala de reuniones suficientemente amplia y una sala de trabajo para la dirección facultativa. En estas instalaciones se conserva una copia autorizada de los documentos contractuales del proyecto y el libro de órdenes.

Además, en estas instalaciones se encuentran los despachos y las dependencias del jefe de obra y de los departamentos de producción, oficina técnica y administración. Deben contar con medios tecnológicos modernos, como teléfonos, ordenadores, impresoras, línea de fax, correo electrónico, etc. A ello hay que sumar las dependencias necesarias por motivos de seguridad y salud de los trabajadores: comedores, cantinas, aseos, vestuarios, servicios médicos o de primeros auxilios, botiquines, almacenes y otros. Estas dependencias se dimensionarán en función del número previsto de trabajadores y contarán con las comodidades mínimas exigibles en cuanto a habitabilidad, seguridad, salubridad, confort térmico, etc. También se deben considerar las necesidades del personal y el propio entorno: aparcamientos, vallado perimetral, drenajes, evacuación de aguas residuales y pluviales, acometidas de agua, energía eléctrica, comunicaciones, etc.

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Puede ser conveniente que la ubicación de las oficinas no esté demasiado cerca de las obras para evitar los problemas derivados del ruido, la circulación de máquinas, etc. No obstante, sí que debe situarse lo suficientemente cerca para evitar recorridos excesivos e innecesarios del personal. Además, resulta favorable que desde estas instalaciones pueda verse y controlarse la mayor parte de los lugares de trabajo y los accesos a la obra.

Como oficina de obra, también puede utilizarse algún edificio existente en las inmediaciones, como almacenes, oficinas de alquiler o incluso casas particulares. En estos casos, hay que tener en cuenta los costes de adaptación de dichas infraestructuras al uso de oficinas. La otra opción es emplear oficinas modulares prefabricadas e, incluso, tráileres, lo cual permite una gran flexibilidad de montaje y retirada, con la posibilidad de reutilizarlos en otros lugares. Por último, si la construcción se va a alargar en el tiempo, se podrían construir unos edificios que posteriormente deberán o no desmantelarse en función de un posible uso posterior.

Os paso a continuación un vídeo de la firma INCOLTECHOS sobre este tipo de estructuras prefabricadas modulares.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp.

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Piezas prefabricadas para túneles con camión como encofrado

¿Se puede construir rápidamente un túnel usando un camión como apoyo y usando piezas prefabricadas? Os voy a dejar este vídeo donde se puede ver la originalidad del proceso constructivo. Además, no hay mejor forma de ver cómo funcionan las piezas que conforman un arco. Espero que os guste.

En este otro vídeo se muestra cómo se puede construir un arco también con piezas prefabricadas a modo de dovelas.

 

Optimización del coste y las emisiones de CO2 de puentes de vigas artesa prefabricadas

Figura 1. Montaje de una viga artesa

En este trabajo se describe una metodología para minimizar las emisiones de CO₂ y los costes de puentes de carretera de vigas de hormigón pretensado prefabricadas con sección transversal en doble U. Para ello se ha utilizado un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas (glowworm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), que se ha denominado SAGSO. La estructura se define por 40 variables, que determina la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Se emplea hormigón de alta resistencia autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados suponen para los ingenieros proyectistas una guía útil para el predimensionamiento de puentes prefabricados de este tipo. Además, los resultados indican que, de media, la reducción de 1 euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 Kg en emisiones de CO₂. Además, el estudio paramétrico realizado muestra que las soluciones de menor coste presentan un resultado medioambiental satisfactorio, que difiere en muy poco respecto a las soluciones que provocan menores emisiones.

Resultados interesantes:

  • El coste C, en euros, y las emisiones de CO₂, en kg varían de forma parabólica con la luz (L) del vano, en metros:

C=48.088L2+613.99L+31139

kgCO2=63.418L2+2392.3L+13328

  • Si se minimiza el coste, también se reducen las emisiones de CO₂, de forma que el ahorro en 1 euro equivale a ahorrar 1,75 kg de CO₂.
  • La esbeltez de los puentes de mínimo coste (L/18.08) y de mínimas emisiones (L/17,57) siempre son inferiores a L/17.
  • El espaciamiento entre las vigas se sitúa en torno a 5,85 m, oscilando entre 5,65 y 5,95 m.
  • Las estructuras de coste mínimo precisan 42,35  kg/m² de armadura pasiva, mientras que si se optimizan las emisiones, se necesitarían 37,04  kg/m².
  • Sorprende observar que, aunque parece que el hormigón de alta resistencia sería el adecuado para el prefabricado de las vigas, las estructuras óptimas se alejan de este supuesto. De hecho, el hormigón para el coste mínimo en las vigas prefabricadas oscila entre 40 y 50 MPa, alejado de los 100 MPa que permitía la optimización.
  • Por último, un análisis de sensibilidad de costes en los resultados optimizados indica que un aumento del 20% en los costes del acero haría que el coste total de la estructura aumentara un 10,27%, disminuyendo el volumen de acero empleado. Sin embargo, si sube un 20% el precio del hormigón, el coste total únicamente subiría un 3,41% y no variaría apenas el volumen consumido de hormigón.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2014). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134.  DOI: 10.1016/j.autcon.2014.10.013 (link)

Diseño de puentes de carretera de hormigón prefabricado pretensado usando un algoritmo híbrido basado en el recocido simulado

En este trabajo se describe un método para el análisis y el diseño de puentes de carretera prefabricados de hormigón pretensado, con sección transversal en doble U y vanos isostáticos. El procedimiento utilizado para resolver este problema combinatorio es una variante del algoritmo del recocido simulado, que emplea como movimiento un operador de mutación de los algoritmos genéticos (SAMO). El algoritmo se aplica al coste de estas estructuras a lo largo de las distintas etapas de su fabricación, transporte y construcción. El problema implica 59 variables de diseño discretas para definir la geometría de la viga y de la losa, los materiales de ambos elementos y la armadura activa y pasiva. Del estudio paramétrico se concluye una buena correlación entre el coste, las características geométricas, el armado y la luz del puente, lo cual resulta de gran interés para el predimensionamiento de estos puentes prefabricados. También se realizó un análisis de sensibilidad al cambio de costes, comprobándose que si aumenta en un 20% el coste del acero, se incrementa en un 11,82 % el coste total. Sin embargo, un aumento del 20 % en el coste del hormigón produce únicamente un incremento del 4,20 % en el coste total, 2,8 veces menos. Este análisis también mostró que las características de los puentes optimizados dependen de los escenarios económicos considerados para los precios del acero y del hormigón. Indicar, por último, que existe un incremento del volumen necesario de hormigón cuando se eleva el coste del acero; pero sorprendentemente, la variación en el volumen de hormigón es casi insensible a su encarecimiento.

Resultados interesantes:

  • El coste del puente se duplica cuando la luz aumenta de 20 a 40 m.
  • La resistencia característica del hormigón en la viga oscila entre 40 y  50 MPa para los rangos entre 20 y 40 m de luz, mientras que en la losa se encuentra entre 35 y 40 MPa.
  • El canto de la viga presenta una esbeltez que no baja de L/18.
  • El espesor de las almas es de 10 cm en todos los casos. El resto de las variables se relacionan con la luz y permiten el predimensionamiento de la estructura.
  • El estudio de sensibilidad de precios indica que un incremento del 20% en el coste del acero supone un aumento del 11,82% en el coste total. Sin embargo, el incremento es del 20% en el hormigón; el coste total solo sube un 4,20 %. La subida del acero conduce a estructuras con menos cuantías de acero, pero existe una variación significativa en el volumen del hormigón cuando este aumenta en un 20%.

Referencia:

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2013). Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing. Engineering Structures, 48:342-352. DOI:10.1016/j.engstruct.2012.09.014. ISSN: 0141-0296.(link)

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