La empresa alemana Weyss und Freitag adquirió en 1935 la licencia del sistema Freyssinet y ya en 1938 construyó en Alemania el primer puente viga de hormigón armado pretensado “in situ”, siendo 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 tablero de hormigón armado. Con una altura de vigas de 1,60 m, la esbeltez conseguida con este puente, de 1/20, fue la mayor conseguida hasta ese momento en puentes viga. Las vigas se fabricaron en una bancada de pretensado situada junto a la obra, siendo posteriormente desplazadas sobre el andamiaje hasta su posición definitiva. Se usó como pretensado acero al manganeso de alta resistencia, con diámetros de 40 mm en el cordón inferior y 10 mm en el superior, con una resistencia de 960 MPa, de los que sólo el 55% de la carga de rotura se usaron para el pretensado. Tal y como indica Manterola (1984), este puente fue pretensado en el más estricto sentido de la palabra, utilizando el molde metálico de las vigas como soporte de 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)
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.
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.
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%.
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.
By Inmasb21 – Treball propi, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=51945460
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.
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.
