¿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.
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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.
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.
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.
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.
Dovela del puente de Île de Ré, en Francia. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Dovela
El objetivo del tratamiento térmico del hormigón durante la prefabricación de las dovelas es acelerar los procesos de fraguado y endurecimiento para poder realizar el desencofrado lo antes posible, siempre que la resistencia final sea similar a la del hormigón que endurece sin este tipo de tratamiento. El calentamiento se puede realizar mediante estufa tradicional o bien a través de encofrados por resistencias eléctricas o por vapor a baja presión.
Para evitar que el endurecimiento acelerado no merme la resistencia final se debe utilizar preferentemente un cemento Portland artificial, cuyo contenido en C3A sea menor al 11% y cuya relación C3S/C2S sea superior a 3. Además, el agua debe presentar una temperatura de 35 °C en el momento de la fabricación. Asimismo, se deberían utilizar encofrados con rigidez suficiente para oponerse a las dilataciones del hormigón en fase plástica en el momento del calentamiento.
El ciclo de tratamiento térmico debe cuidarse para evitar una bajada de la resistencia a largo plazo del hormigón, que normalmente puede situarse entre el 5 y el 15 %. Por tanto, un ciclo debería contemplar un periodo de preparación de 2 o 3 horas con el hormigón a temperatura ambiente, una subida posterior de temperatura a una velocidad inferior a 20 °C por hora, un escalón de tratamiento térmico que no supere los 80 °C (normalmente 65 °C), con una duración que depende de las dimensiones de la sección y las características del hormigón, y una bajada de temperatura a un ritmo similar al de la subida. Por tanto, no se debe acortar el periodo de preparación, no se debe acelerar la velocidad de subida de la temperatura ni elevar la temperatura máxima del tratamiento. En cualquier caso, la temperatura máxima queda limitada en función del entorno y de la composición del cemento (ver UNE-EN 13369:2013).
Referencia:
AENOR (2013): UNE-EN 13369:2013 Reglas comunes para productos prefabricados de hormigón.
Pont de Sant Jordi, Alcoi (Alacant). Participé como ingeniero en su iluminación.
Para un ingeniero alcoyano, como soy yo, nacido en la ciudad de los puentes, con una edad como la de don Quijote que «frisaba la edad de nuestro hidalgo con los cincuenta años«, cuya hija cumple hoy sus años, coincidiendo con el día del libro y con el 400 aniversario de la muerte de Cervantes, no podía dejar pasar la oportunidad de escribir, aunque sean dos líneas sobre estos eventos.
Ahora, hace justamente un año, publiqué un post sobre los 10 libros de ingeniería que cabía recomendar en un día como éste. Eran libros que, lejos de explicar los entresijos de la técnica, se centraban más en el aspecto humano, histórico y profesional de la ingeniería. Se caracterizan por ser fáciles de leer y, lo más importante, que despiertan la curiosidad sobre aspectos, muchas veces ignorados y nunca explicados en la formación universitaria habitual. Revisando los blogs amigos, os paso una lista de recomendaciones, con libros donde coincidimos. Yo guardo gran placer de haberlos leído.
Pero volvamos la mirada brevemente hacia el Quijote y Cervantes. Tal y como escribe César Castaño (2004): «El llamado Siglo de Oro en España (1556- 1648) coincide con la decadencia económica unida a epidemias y grandes hambrunas, subidas de precios con devaluaciones de la moneda y malas cosechas. Además el sistema confiscatorio hizo proliferar las prácticas de una corrupción bastante generalizada. El cénit estuvo sobre 1580/1581, coincidiendo con la fecha en que más o menos se sitúa el comienzo de la escritura del Quijote«. Cervantes, a través de los consejos que Sancho Panza da a don Quijote, advierte sobre los vicios de aquella época: “Los oficios y grandes cargos no son otra cosa sino un golfo profundo de confusiones…” (II-Cáp. XLII).
Félix Faura (20005) comenta en un artículo sobre la tecnología e ingeniería en la España de El Quijote que: «En la famosa frase de Unamuno «que inventen ellos» se sintetiza todo este trágico pensamiento que no valoraba socialmente el trabajo de los científicos e ingenieros y que dejó a España al margen del progreso» cómo aún hoy día en España no nos hemos recuperado de la torpe visión que se tiene sobre los méritos de la técnica y la ingeniería españolas. Nada más lejos de la realidad, ni antes con Turriano, Jerónimo de Ayanz o Juan de Herrera, ni hoy, con Torroja, Torres Quevedo, Guastavino o Candela, por poner sólo unos pocos nombres, debe poner en duda la capacidad y alcance de la ingeniería y la técnica española en el mundo. Necesitamos una profunda revisión del pensamiento de Unamuno en este sentido.
Referencias:
Castaño, C. (2004). La ingeniería y el Quijote. Anales de mecánica y electricidad, pp. 58-62. (pdf)
Cervantes, Miguel de. Don Quijote de la Mancha. Edición de Domingo Yndurain. Madrid, Biblioteca Castro y turner Libros, 1993.
González-Tascón, I. (2005). La ingeniería del Siglo de Oro a través del Quijote. Revista de Obras Públicas, 3453, pp. 49-58.
