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Víctor Yepes Piqueras
LICENCIA
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
Montaje de vigas artesa en pasos superiores
Las vigas artesa prefabricadas constituyen elementos de sección en forma de U abierta con alas hacia el exterior de la viga. Este tipo de estructuras supuso un salto tecnológico en la prefabricación de los años 80 del siglo XX. Conforman una sección celular cerrada, situada entre la sección en cajón y la doble T. Se emplean para luces de pilas entre 25 y 45 m con vanos simplemente apoyados, llegando hasta los 60 m con vanos en cantilever. Lo habitual es disponer un par de piezas en sección transversal, con separaciones entre 5,5 y 6,5 m, con anchos de tablero entre 11,0 y 14,0 m. Son habituales los cantos de 1/20 de la luz, con cantos típicos entre 0,80 y 2,60 m. También es una sección muy adecuada para tableros de puentes de AVE, con un ancho de tablero de 14,0 m.
La maniobra de colocación de este tipo de vigas requiere grúas de gran capacidad de carga y una perfecta coordinación para su puesta en obra. En el vídeo que os presento se puede ver el izado e instalación de una viga artesa típica. Hay que tener en cuenta que los pesos de estas piezas pueden llegar a más de 2300 Kp/m, lo que supone izados del orden de 100 toneladas. En estos casos queda perfectamente justificada la optimización en coste y en peso de las piezas.
Referencias:
PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2018). An optimization-LCA of a prestressed concrete precast bridge. Sustainability, 10(3):685. (link)
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)
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; LUZ, A. (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: http://dx.doi.org/10.1016/j.rimni.2013.04.010. (link)
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
MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120:231-240. (link)
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). 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)
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. (link)
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Izado defectuoso de pasarela metálica
Las operaciones de izado de grandes cargas son, en ocasiones, los procedimientos más complicados en determinadas construcciones. En el vídeo que os paso a continuación podemos ver cómo una pasarela metálica de 40 toneladas, valorada en más de un millón de euros, se ha deformado por haber cambiado el sistema de izado previsto en proyecto. En efecto, la estructura se iba a levantar con una única grúa de 500 toneladas, pero en el último momento, se cambió el procedimiento de izado a dos grúas más pequeñas, una de 350 toneladas y otra telescópica. Lo que ocurrió es que la estructura levantada en tándem introdujo esfuerzos no previstos en el proyecto y provocó la deformación del puente. Por cierto, el vídeo se grabó el 21 de febrero de 2013 en Omagh, Irlanda del Norte. Espero que os guste. Agradezco a Enrique Montalar el enlace.
Tratamiento térmico del hormigón durante la prefabricación de dovelas
El tratamiento térmico del hormigón durante la prefabricación de las dovelas tiene como objetivo una aceleración de los procesos de fraguado y de endurecimiento para que el desencofrado se realice lo ante 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 los 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 35ºC 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 en la resistencia a largo plazo del hormigón, que normalmente puede estar entre el 5 y el 15%. Así un ciclo debería contemplar un periodo de preparación de 2-3 horas con el hormigón a temperatura ambiente, una posterior subida de temperatura a una velocidad inferior a 20ºC por hora, un escalón de tratamiento térmico que no pase de 80ºC (normalmente a 65ºC) con una duración que depende de las dimensiones de la sección y características del hormigón y una bajada de temperatura a un ritmo similar al realizado durante la subida. Por tanto, no hay que acortar el periodo de preparación, no acelerar la velocidad de subida de la temperatura y no elevar la temperatura máxima del tratamiento. A todo caso, la temperatura máxima queda limitada en función del ambiente expuesto 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.
Puente atirantado de Castilla-La Mancha
El puente de Castilla-La Mancha es un puente atirantado que se alza sobre el río Tajo, en Talavera de la Reina (Toledo). Se construyó desde el 2007 al 2011, destacando sus 192 metros de altura. El tablero tiene continuidad en un viaducto de acceso de 408 metros de longitud conformado por 9 vanos y dos únicos cajones de hormigón blanco gemelos. Es un puente que, en estos momentos, destaca por su poco tráfico.
Para ampliar datos sobre este puente, os remito al blog mosingenieros.com. Os dejo a continuación el vídeo presentación de este puente, donde se explica el proceso constructivo en 3D (voxelstudios).
Proceso constructivo del puente Danjiang en Taiwan
A continuación os dejo una animación detallada del proceso constructivo del Puente Danjiang en Taiwan, el puente atirantado más largo del mundo, diseñado por Zaha Hadid Architects con la colaboración de Leonhardt, Andrä & Partner y Sinotech Engineering Consultants.
El diseño del puente minimiza su impacto visual, utilizando un solo mástil de hormigón estructural, para soportar la carretera de 920 m de largo, la red ferroviaria y el paseo peatonal, construidos en acero.
El vídeo ha sido realizado por MIR y Morean.
Puentes y pasarelas de polímero reforzado con fibras
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 (100ºC)
- 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.
Pasarela en Lleida sobre la línea de AVE. 38 m de luz. Íntegramente con perfiles pultruídos de fibra de vidrio pic.twitter.com/QbkmD0NBJ3
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Pasarela en Zumaia, sobre el río Narrondo. 28 m de luz. Estructura mixta acero – GFRP. Tablero es material compuesto pic.twitter.com/larYkmxKwK
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Puente sobre autovía del Cantábrico. 46 m (10+13+13+10) Vigas fibra carbono prepreg. Encofrado perdido fibra vidrio pic.twitter.com/KO648gfLQL
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Carretera M111-Fuente del Saz (Madrid). 34 m (10+14+10) Vigas carbono-vidrio prepreg. Encofrado perdido fibra vidrio pic.twitter.com/paVdgNljDv
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Pasarela en Almuñécar (Madrid). 44 m, viga fibra carbono, infusión. Peso viga: 23 t pic.twitter.com/WjqOYjMuf0
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Pasarela sobre el Júcar (Cuenca) 216 m (72+72+72) Tipología banda tesa 16 cables fibra carbono-epoxi Tablero dovelas pic.twitter.com/gEdUd3q4KG
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Estructuras híbridas de vigas de PRF y tableros convencionales. Dickey Creek Bridge,
Virginia, USA 1997. pic.twitter.com/XNroW41USU— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Primer puente híbrido en España. Autovía del Cantábrico.
Asturias. 2004. Losa de hormigón. ACCIONA pic.twitter.com/Yz4WBDAnDr— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
"All-composite" Pasarela sobre el Tay en Aberfeldy, Escocia. 1990 Tablero y pilonos de poliéster con fibra de vidrio. pic.twitter.com/rghTPmscwn
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Pasarela de Kolding. Dinamarca. 1997. 40 m de luz. Peso total 13 toneladas. Plástico reforzado con fibras pic.twitter.com/XSBk3wDwBY
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Puente all-composite en Oxfordshire. West Mill Bridge Vigas de fibra de vidrio y de carbono. Tablero ASSET 2002. pic.twitter.com/CEveHE1uY2
— Víctor Yepes (@vyepesp) May 15, 2015
Construcción prefabricada de pilas de puente
La prefabricación en la construcción de pilas de puente constituye una alternativa a la construcción mediante sistemas tradicionales de encofrado, los encofrados trepantes o los deslizantes. Las ventajas de la prefabricación se relacionan con la industrialización del proceso constructivo, mejoras de acabados, reducción de plazos, etc. Este tipo de construcción prefabricada ha evolucionado fuertemente, pudiéndose adecuar hoy día a la construcción de un buen número de tipologías de pilas al contar con sistemas auxiliares de transporte y montaje cada vez de mayor potencia, desde las correspondientes a pequeños pasos superiores a las de grandes puentes con pilas de incluso más de 40 m de altura. Los medios auxiliares de transporte y montaje permiten manejar pesos de 100 a 200 t, aunque es posible superar ampliamente estos valores.
Las tipologías habituales de pilas prefabricadas son las siguientes:
- Fustes independientes con o sin capitel de apoyo
- Pilas pórtico formadas por fustes verticales y cabecero superior de unión
- Pilas construidas por dovelas horizontales
Quizá uno de los inconvenientes de la prefabricación, en este momento superados, es la unión entre elementos o entre elementos y partes “in situ”, especialmente en aquellas estructuras hiperestáticas. Las secciones de pilas pequeñas, de 60 x 60 cm2, suelen empotrarse en cálices dejados en las zapatas de cimentación, rellenándose el hueco libre con hormigón. Sin embargo, para mayores secciones, suele dejarse en la zapata vainas corrugadas de 100 mm de diámetro, con longitud suficiente para el anclaje de las armaduras del fuste. Posteriormente se rellenan estas vainas con un mortero sin retracción.
El montaje de estos elementos prefabricados se empieza con unos apoyos blandos de madera que sirven para calzar las piezas y evitar las concentraciones de tensiones en la superficie de la junta. Estas juntas posteriormente se rellenan y ajustan con un mortero líquido sin retracción que garantice la transmisión de tensiones.
En pilas altas, las pilas son de sección hueca para optimizar el uso del material, reducir el peso y facilitar el transporte y montaje. Suelen ser habituales las pilas octogonales o a secciones I enlazadas dos a dos para formar una sección en cajón.
También son prefabricados los dinteles colocados sobre las pilas individuales o formando pórtico con varias pilas. Pueden ser también macizos o aligerados con sección en pi.
Veamos varios vídeos al respecto.
A continuación podemos ver el montaje de un dintel prefabricado.
También podemos ver el montaje de un viaducto en Sot Gran, en Eix Transversal C-25. En el vídeo se ve una secuencia de fotos del montaje por parte de Alvisa de la estructura prefabricada de hormigón del Viaducto Sot Gran para el tramo Espinelves – Santa Coloma de Farners, correspondiente al desdoblamiento del Eje Transversal de la carretera C-25 (Girona – Lleida). Se trata de tres vanos de 28, 39 y 32 m de longitud, con monoviga hiperestática y pilas palmera prefabricadas de 21 m de alto y peso 170 t.
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Enfilado de las armaduras activas de un puente
El enfilado consiste en la colocación de la armadura dentro de la vaina, pudiéndose realizar esta operación antes o después de colocar la vaina en posición. Enfilar antes suele hacerse en taller, para elementos no muy largos, pero en el caso de un puente, suele hacerse con la vaina ya colocada. El enfilado de la armadura activa de un puente se suele realizar el día anterior al hormigonado para evitar los riesgos de un posible abollamiento o rotura de la vaina durante el hormigonado. En cualquier caso, hay que evitar tiempos prolongados entre el enfilado y la puesta en tensión de los cables.
Para realizar el enfilado se precisa de la bobina de acero de pretensar y de una enfiladora. Una vez montada la bobina de cordón en la devanadora se procede al enfilado de los distintos cordones que constituyen un tendón mediante la enfiladora. La enfiladora es una máquina de tracción mecánica que empuja de forma semicontinua el torón de pretensar al interior de la vaina. En cualquier caso, por la parte delantera se dispone de un elemento esférico o con punta redondeada para que no se produzcan muescas o entallas en la vaina. Siempre se debe dejar aproximadamente un metro en cada extremo del tablero para que el gato pueda realizar las operaciones de tesado. Durante esta operación, la enfiladora se debe fijar lo mejor posible para evitar desplazamientos. Además, El especialista que maneja la enfiladora debe estar perfectamente comunicado con el operario situado en el extremo contrario con el fin de indicar la parada de la máquina.
Suele ocurrir que el último torón que se debe enfilar para completar los necesarios en una vaina puede ser una tarea difícil, especialmente si el diámetro de esta vaina es muy justo. Lo que suele hacerse es soldar dos torones a uno que ya esté enfilado y se tira del extremo contrario del torón ya enfilado para introducir los otros dos que hemos soldados. Sin embargo, es preferible elegir un diámetro de vaina suficiente pare evitar estos problemas. En el extremo de cada cable se coloca una pieza metálica en forma de bala que evita que se desfleje y dañe la vaina.
Una vez realizado el enfilado de todos los cables, se debe repasar el trazado en alzado de las vainas para comprobar que no han perdido su posición durante el enfilado. Suele taparse el metro que sobresale por cada extremo se tapa con bolsas de plástico para evitar la caída de mortero durante el hormigonado del tablero, lo que dificultaría el tesado de la unidad al requerirse una limpieza cuidadosa que, obviamente, se evita protegiendo con bolsas de plástico.
Es muy habitual observar cómo el acero de pretensar pierde el color gris metálico si se deja la bobina a la intemperie durante unos días. Esto no es problema alguno dado que la capa de óxido superficial es pasivizante y no supone corrosión alguna de la armadura. Este comentario es extensivo a armaduras pasivas y vainas de pretensar. En la figura vemos cómo la bobina se coloca en un bastidor fijo al suelo para que la bobina no se mueva durante el traqueteo que supone el enfilado.
Os dejo un par de vídeos donde podéis ver cómo se enfilan los cables para el postesado del puente.
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Cimentación mediante cajones de aire comprimido
Un cajón es una estructura que hundida a través del terreno o del agua permite colocar la cimentación a la profundidad de proyecto, y que posteriormente pasa a formar parte de la estructura definitiva. Estos cajones pueden ser de fondo abierto o de fondo cerrado (ver cajones flotantes). Nos centraremos en este post en los cajones de fondo abierto en las que existe una cámara de trabajo sometida a una presión superior a la atmosférica para impedir que el agua entre en la excavación. Se trata de las cimentaciones mediante cajones neumáticos o de aire comprimido.
Alguien puede preguntarse a qué viene un post sobre una técnica que tiene riesgos evidentes de ejecución y que ya en un artículo de Presa y Eraso (1970) nos avisaba que era una técnica en trance de desaparecer. Hoy día existen procedimientos (por ejemplo pilotes de gran diámetro) que son más sencillos de construir, suficientemente seguros, rápidos y económicos que permiten evitar riesgos innecesarios, especialmente los procesos de compresión y descompresión que requieren tiempos suficientes, tal y como ocurre en los trabajos realizados por los buzos o submarinistas. Pues bien, razones históricas y docentes nos llevan
a analizar brevemente este procedimiento constructivo y a dejar unas cuantas referencias al lector curioso que quiera ampliar información al respecto.
En 1830 el británico Thomas Cochrane ideó y patentó un sistema para cimentar en seco, mientras que en Francia, de forma paralela, el ingeniero de minas francés Jacques Triger ideó en el año 1839 un sistema para poder excavar en el interior de la mina de Chalonnes -que dirigía- en la zona cubierta por el agua del cercano río Loira. Mediante una cámara llena de aire a presión conseguía evitar la entrada del agua y así poder trabajar cómodamente. Habían inventado el cajón de aire comprimido.
El aire comprimido fue empleado por primera vez en cajones de puentes por John Wright en 1851 para los pilares de puente Rochester, y algunos años más tarde por Isambard K. Brunel en el puente Saltash. El primero que lo utilizó en cimentaciones de puentes muy grandes fue James B. Eads, en el puente St. Louis sobre el río Mississippi, comenzado en 1864. El capitán Eads conocía muy bien el Mississippi, por eso sabía que el lecho era muy socavable. En una ocasión había buceado con escafandra durante una de las crecidas del rió y pudo observar el movimiento de las arenas del fondo. Por eso no dudó en bajar las cimentaciones a gran profundidad por debajo del lecho del río. Los dos pilares situados en el río se hundieron por medio de aire comprimido hasta profundidades de 26 y 28 m bajo el nivel del agua, lo que constituyó un éxito notable ya que los efectos fisiológicos al trabajar bajo elevadas presiones de aire eran más o menos desconocidos por aquel tiempo. Los métodos de hundimiento ideados por Eads han variado hasta ahora únicamente en algunos detalles. Daniel E. Moran introdujo en 1936 un nuevo tipo de cajón conocido con el nombre de “cajón de flotación”, siendo empleado para el puente sobre la bahía de San Francisco-Oakland.
En Estados Unidos el ejemplo más llamativo en el uso de cajones de aire comprimido es el puente de Brooklyn. Se trata de cajones de 52 por 31 m, en el lado de Nueva York, que se dividieron en seis habitaciones donde trabajaban entre 15 y 20 personas en cada una de ellas –hasta 180 personas en su interior- y lo bajaron cerca de 24 m bajo las aguas del Hudson. Hubo grandes problemas y accidentes con las descompresiones, donde la mitad de los trabajadores sufrieron graves secuelas, y donde el propio Washington Roebling, ingeniero jefe tras la muerte de su padre John A. Roebling, diseñador del puente, sufrió también las secuelas tras una visita de obra.
El procedimiento constructivo consiste en la hinca de un cajón con su borde inferior biselado o con forma de cuchilla que se va construyendo a medida que progresa la excavación del material que va quedando encerrado en su interior. Cuando se alcanza el lecho de roca, la cámara de trabajo se llena de hormigón y se convierte en la base permanente para la cimentación. Su uso se limita a terrenos muy permeables o flojos debido al posible sifonamiento, cuando no sea posible el uso de un método alternativo. Antes de iniciar el proceso constructivo se hunde como un cajón abierto, tan profundo como sea posible. Mediante la inyección de aire comprimido se evita el desmoronamiento de las paredes.
El cajón de aire comprimido suele tener un cilindro de acceso para los trabajadores, y otro cilindro independiente para los cangilones donde se coloca el material excavado. Hay unas compuertas herméticas que permiten mantener constante la presión de la campana durante la entrada y la salida de trabajadores y materiales. La presión debe equilibrarse en ambos lados de la compuerta para poder abrirla.
Mediante este método se pueden llegar a estratos de hasta 35 m de profundidad bajo el nivel del agua (pues los hombres no pueden trabajar a presiones de aire superiores a los 3,5 kg/cm2), no es necesario el agotamiento, es posible el acceso directo al fondo para vencer ciertos obstáculos durante el proceso de hinca y el fondo, una vez alcanzado, se puede observar y limpiar directamente, por lo que se garantiza unas condiciones buenas de cimentación. Sin embargo, entre los inconvenientes de este tipo de técnica destacan los siguientes: costes unitarios por material excavado altos y primas por peligrosidad a los trabajadores, pues se puede producir la muerte de los trabajadores por asfixia si hay una descompresión rápida de la cámara de trabajo. Ello obliga a duplicar las fuentes de energía para mantener la seguridad en la presión de aire.
Referencias:
Marsal, R.; Lloréns, M. (1980). Cimentaciones semiprofundas, en Jiménez-Salas, J.A. (Ed.) Geotecnia y Cimientos III: 212-251. Editorial Rueda, Madrid.
Presa, J.; Eraso, A. (1970). Las cimentaciones realizadas con cajones de aire comprimido. Una técnica en trance de desaparecer. Revista de Obras Públicas, 117(3064):855-862.
Tomlinson, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. Urmo, S.A. de Ediciones, Bilbao.
Willson, W.S.; Sully, F.W. (1949). Compressed-air caisson foundations. Inst. C.E. Works Comstruction Paper núm. 13.
YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9.
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Puentes de acero inoxidable
El acero inoxidable, inventado en la primera década del siglo XX por Harry Brarley, presenta características de resistencia a la corrosión que los diferencia de los aceros convencionales al carbono. Estos aceros presentan un contenido mínimo de un 11% de cromo, aunque suele añadírsele también níquel. El acero inoxidable no es un material desconocido, aunque como se verá a continuación, ha sido poco empleado en obras civiles. Se puede encontrar en usos domésticos o en amplios usos industriales como plantas químicas, componentes de automoción o aeronáutica. Baddoo (2008) indica que el consumo mundial de acero inoxidable ha crecido al 5% anual durante los últimos 20 años, sobrepasando el crecimiento de otro tipo de materiales. Respecto a los últimos adelantos en los aceros inoxidables en cuanto a material, se recomienda la revisión realizada por Lo et al. (2009).
No sólo el aspecto estético, sino la facilidad del mantenimiento, es la que ha hecho de este material un referente en la arquitectura en aspectos no relacionados directamente con la resistencia estructural. Resulta curiosa la falta de experiencia y realizaciones con este material en el ámbito de la ingeniería civil, y en especial, de las estructuras como los puentes (aunque algunos pueden citarse en España, como el de Abandoibarra en Bilbao o el de Cala Galdana en Menorca). Y eso que determinados puentes, especialmente los situados en zonas costeras, presentan una degradación extraordinaria y unos costes de mantenimiento elevados (Cramer et al., 2002). Una revisión de la aplicación de los nuevos materiales en la ingeniería civil puede verse en el trabajo de Flaga (2000).
La falta de experiencia en el uso del acero inoxidable en su aspecto estructural deriva, tal y como indican Real y Mirambell (2000), de una falta de especificaciones de diseño que fomenten el uso de este material. Esta es, quizás, una de las limitaciones técnicas más importantes existentes en la actualidad. En efecto, una de las claves que diferencian al acero inoxidable del convencional es la no linealidad de su ecuación constitutiva, incluso a bajos niveles de tensión, así como una pronunciada respuesta al trabajo en frío. De hecho, el límite elástico de estos aceros no está bien definido, debiéndose asociar al 0,2% de su deformación (Gedge, 2008). Hoy día estos aceros son de gran interés, incluso en el campo del hormigón estructural, donde, tal y como indican Cobos et al. (2011), un incremento del 10% en el coste inicial en la construcción de un puente de hormigón estructural con armaduras inoxidables puede elevar a más de 120 años la vida útil en servicio en zonas costeras, altamente corrosivas. Pérez-González (2008) refiere al uso del acero inoxidable procedente de desecho como armaduras para losas de hormigón.
Loa aceros inoxidables pueden dividirse según su estructura metalúrgica en austeníticos, ferríticos, martensínicos, dúplex y de precipitación-endurecimiento. De ellos, los austeníticos y los dúplex son los más empleados en estructuras. En ellos, los niveles de resistencia aumentan con el trabajado en frío, si bien se reduce la ductibilidad. Una de las características más interesantes es la resistencia a la corrosión bajo tensión, típica de las estructuras sometidas a factores ambientales, siendo los aceros dúplex normalmente mejores que los austeníticos. Es por ello que el acero dúplex es el idóneo para su uso en puentes y pasarelas (ver Sobrino, 2006). Sin embargo, dentro de esta familia de aceros, el tipo idóneo de acero dúplex dependerá de las condiciones ambientales específicas, propiedades mecánicas necesarias, acabado superficial, etc. Por ejemplo, en la construcción del puente de Cala Galdana de Menorca, se utilizó un acero inoxidable dúplex tipo 1.4462. Baddo y Kosmac (2011) se refieren al acero dúplex como el idóneo en la construcción de puentes, especialmente los 1.4462, 1.4362 y 1.4162, según la nomenclatura EN 10088-4 (2009).
Un referente reciente respecto al diseño con acero inoxidable estructural es el manual realizado por Euro Inox y el Steel Construction Institute (2006), ahora en su tercera edición. Este manual presenta recomendaciones basadas en el método de los estados límite y, donde se considera adecuado, en el Eurocódigo 3 Proyecto de estructuras de acero. Este manual presenta una interesante Parte II donde se muestran ejemplos de dimensionamiento. Sin embargo, la actual Instrucción de Acero Estructural EAE (Ministerio de Fomento, 2011), en su Artículo 2 de ámbito de aplicación, excluye los aceros inoxidables, lo cual mantenía cierto impedimento a la extensión del uso de este material. Afortunadamente, en diciembre de 2012 salió a la luz la norma UNE-EN 1993-1-4 (Eurocódigo 3 – Proyecto de estructuras de acero, Parte 1-4 Reglas generales – Reglas adicionales para los Aceros Inoxidables).
Otra de las consideraciones de especial relevancia con respecto a los aceros inoxidables se refiere a los procesos constructivos y de montaje de estas estructuras cuando se comparan con los aceros convencionales. De hecho, las técnicas de corte, doblado, soldeo o acabado son distintas a las habituales. Así, los aceros dúplex presentan cierta dificultad añadida en relación con la realización de soldaduras. Además, para evitar la corrosión galvánica, los aceros inoxidables no deben entrar en contacto con otro tipo de metales.
La revisión realizada por Gedge (2008) respecto a los usos actuales que tiene el acero estructural en la construcción y en la ingeniería civil deja a las claras que, si bien no existe una gran tradición constructora con este tipo de material, también es cierto que las mayores exigencias relacionadas con la durabilidad de los materiales y la vida útil de las estructuras están reconsiderando al alza el uso de este material. Otra revisión del estado del conocimiento muy actual es la realizada por Baddoo (2008), en la que se centra no sólo en los aspectos de fabricación del material, sino en otros como el diseño y las realizaciones. El Gateway Arch de Missouri inspiró gran parte de la investigación del comportamiento structural del acero inoxidable en los primeros años de la década de los 60, de modo que la primera norma sobre este material estructural se publicó en 1968 por el AISI (1968).
La experiencia en el uso del acero inoxidable en puentes y pasarelas va en aumento, no sólo en España, sino a nivel internacional. En la publicación de Baddo y Kosmac podemos encontrar 20 puentes construidos con acero inoxidable desde el año 1999 al año 2011, lo cual son cifras pequeñas, pero ya significativas. A este respecto, hay que señalar que, en el año 2003, se realizó la sustitución de los tirantes de un puente arco ferroviario de tablero colgado en Kungälv, Suecia, con acero inoxidable Duplex 1.4462. Este puente se construyó en 1995 y tuvo que realizarse la sustitución en el año 2003 (Baddo y Kosmac, 2011). Baddo (2008) también se refiere al recubrimiento usado en el puente colgante de Tsing Ma Bridge de Hong Kong, siendo éste un puente usado tanto para el tráfico rodado como para el ferroviario. También en Hong Kong se ha utilizado el acero inoxidable Duplex para realizar las torres de puente colgante de Stonecutters, pues su altura superior a 120 m dificultaría el mantenimiento posterior (Hui y Wong, 2007). Por tanto, si bien es cierto que no se ha encontrado un puente ferroviario “íntegramente” construido con acero inoxidable, también es cierto que este material se ha usado ya como parte integrante en este tipo de puentes.
En cuanto al diseño de puentes de ferrocarril, ésta ha cambiado profundamente en las últimas tres décadas, sobre todo con el empleo de potentes herramientas de cálculo, tanto en hardware como en software (Sobrino y Gómez, 2004). El cálculo de puentes ferroviarios presenta peculiaridades como las elevadas sobrecargas, con trenes que pueden circular a velocidades muy elevadas, requerimientos de elevada rigidez estructural para garantizar la comodidad al usuario y reducir el mantenimiento de la vía, problemas de fatiga, fenómenos de interacción vía-tablero, efectos térmicos, etc. En España es reseñable el primer puente ferroviario realizado en acero inoxidable, instalado en la zona de Añorga Txiki de San Sebastión, en el tramo Añorga-Rekalde.
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