¿Resistiría Barcelona un terremoto com el de Japón?

El pasado 11 de marzo un terremoto de intensidad 8,9 en la escala de Richter ha sacudido Japón (fuente: US Geological Survey). Éste ya ha sido calificado como el más devastador en la isla de los últimos 140 años, y está entre los 5 mayores terremotos de los que se tiene registro a nivel mundial (fuentes: BBC i el Mundo). El seísmo ha provocado un tsunami devastador en la costa de Japón, además de la alarma nuclear que aún se está viviendo con miles de desplazados y cierta incertidumbre sobre el control de la situación.

Como ingeniero me ha sorprendido ver como han resistido los edificios e infraestructuras de las grandes ciudades al seísmo (me refiero estrictamente al episodio del terremoto). Comparando con los últimos terremotos de Chile, l’Aquila, Christchurch o Haití donde no quedó piedra sobre piedra, el terremoto de Japón ha afectado relativamente poco a los edificios, aunque el posterior tsunami sí que ha sido una fuerza imparable.

La normativa sismorresistente japonesa es de las más estrictas, fue modificada el año 2000 debido al terremoto de Kobe del 1995. Así que, a pesar de tener grandes rascacielos y puentes, estos pueden soportar los terremotos más grandes (fuente: NY Times). En el artículo: “Performance-Based Seismic Design Code for Buildings in Japan” se explica como funciona la norma japonesa para el diseño sísmico. En el artículo se puede observar que el espectro básico de acceleraciones sísmicas llega a los 8 m/s2 (0,8g aproximadamente), si comparamos con la Norma de Construcción Sismorresistente Española (NCSE-02), en la zona de Barcelona el espectro respuesta de acceleraciones horizontales, en las mismas condiciones de terreno, es de 0,08g, diez veces menor.

Si vamos más allà, ¿que hubiera pasado si el terremoto de Japón hubiese pasado en Barcelona? La Japan Meteorologial Agency (JMA) tiene una escala propia de intensidad según la acceleración pico del terreno (escala de la JMA), en el  registro del seísme y sus replicas, se indica que el episodio fue de intensidad 5,5 según la escala de la JMA. Esta equivale a una aceleración del terreno de 2,50 m/s2. Si aplicamos la NCSE-02 para una edificación de hormigón en Barcelona, y consideramos las peores condiciones de terreno, se obtiene una aceleración máxima de diseño de 2,1 m/s2, aproximadamente. Es decir, que no hay ni un edificio, antiguo o moderno, que se haya diseñado para aguantar un terremoto de ésta magnitud.

Con éste artículo no quiero crear alarma ni criticar la norma española, si en Japón tienen una norma tan estricta es porque se dan estas situaciones, y de hecho las dos normas tienen bases similares. Lo único que quiero poner de manifiesto és que con un buen diseño de ingeniería se pueden resistir terremotos com el vivido el pasado 11 de marzo.

EHE 2008: Disposiciones relativas a las armaduras (art. 42.3)

42.3. Disposiciones relativas a las armaduras

42.3.1. Generalidades

Si existen armaduras pasivas en compresión, para poder tenerlas en cuenta en el cálculo será preciso que vayan sujetas por cercos o estribos, cuya separación st y diámetro Øt sean:

st <= 15*Ømín (Ømín diámetro de la barra comprimida más delgada)
Øt <= 1/4*Ømáx (Ømáx diámetro de la armadura comprimida más gruesa)

Para piezas comprimidas, en cualquier caso, st debe ser inferior que la dimensión menor del elemento y no mayor que 30 cm.

La armadura pasiva longitudinal resistente, o la de piel, habrá de quedar distribuida convenientemente para evitar que queden zonas de hormigón sin armaduras, de forma que la distancia entre dos barras longitudinales consecutivas (s) cumpla las siguientes limitaciones:

s <= 30 cm
s <= 3 veces el espesor bruto de la parte de la sección
del elemento, alma o alas, en las que vayan situadas.

En zonas de solapo o de doblado de las barras puede ser necesario aumentar la armadura transversal.

42.3.2. Flexión simple o compuesta

En todos aquellos casos en los que el agotamiento de una sección se produzca por flexión simple o compuesta, la armadura resistente longitudinal traccionada deberá cumplir la siguiente limitación:

Ap*fpd*dp/ds + As*fyp >= (W1/z)*fct,m,fl + (P/z)*(W1/A + e)

donde:
Ap: Área de la armadura activa adherente
As: Área de la armadura pasiva
fpd: Resistencia de cálculo del acero de la armadura activa adherente en tracción
fyd: Resistencia de cálculo del acero de la armadura pasiva en tracción
fct,m,fl: Resistencia media a flexotracción del hormigón
W1: Módulo resistente de la sección bruta relativo a la fibra más traccionada
dp: Profundidad de la armadura activa desde la fibra más comprimida de la sección
ds: Profundidad de la armadura pasiva desde la fibra más comprimida de la sección
P: Fuerza de pretensado descontadas las pérdidas instantáneas
A: Área de la sección bruta de hormigón
e: Excentricidad del pretensado respecto del centro de gravedad de la sección bruta
z: Brazo mecánico de la sección. A falta de cálculos más precisos puede adoptarse z = 0,8 h.
En caso de que solo exista armadura activa en la sección de cálculo, se considerará dp/ds = 1 en la expresión anterior.

Salvo en el caso de forjados unidireccionales con elementos prefabricados, deberá continuarse hasta los apoyos al menos un tercio de la armadura necesaria para resistir el máximo momento positivo, en el caso de apoyos extremos de vigas; y al menos un cuarto en los intermedios. Esta armadura se prolongará a partir del eje del apoyo en una magnitud igual a la correspondiente longitud neta de anclaje (punto 69.5.1).

En forjados de viguetas armadas, la armadura longitudinal inferior se compondrá, al menos, de dos barras.

42.3.3. Compresión simple o compuesta

En las secciones sometidas a compresión simple o compuesta, las armaduras, principales en compresión A’s1 y A’s2 (ver figura 42.3.3) deberán cumplir las limitaciones siguientes:

A’s1*fyc,d >= 0,05*Nd
A’s1*fyc,d <= 0,5*fcd*Ac

A’s2*fyc,d >= 0,05*Nd
A’s2*fyc,d <= 0,5*fcd*Ac

donde:
fyc,d: Resistencia de cálculo del acero a compresión fyc,d = fyd < 400 N/mm2
Nd: Esfuerzo actuante normal mayorado de compresión.
fcd: Resistencia de cálculo del hormigón en compresión.
Ac: Área de la sección total de hormigón.

Figura 42.3.3

42.3.4. Tracción simple o compuesta

En el caso de secciones de hormigón sometidas a tracción simple o compuesta, provistas de dos armaduras principales, deberán cumplirse las siguientes limitaciones:

Ap*fpd + As*fyd >= P + Ac*fct,m

donde P es la fuerza de pretensado descontando las pérdidas instantáneas.

42.3.5. Cuantías geométricas mínimas

En la tabla 42.3.5 se indican los valores de las cuantías geométricas mínimas que, en cualquier caso, deben disponerse en los diferentes tipos de elementos estructurales, en función del acero utilizado, siempre que dichos valores resulten más exigentes que los señalados en 42.3.2, 42.3.3 y 42.3.4.

Tabla 42.3.5. Cuantías geométricas mínimas, en tanto por 1000, referidas a la sección total de hormigón⁽⁶⁾

(1) Cuantía mínima de cada una de las armaduras, longitudinal y transversal repartida en las dos caras. Para losas de cimentación y zapatas armadas, se adoptará la mitad de estos valores en cada dirección dispuestos en la cara inferior.
(2) Cuantía mínima referida a una sección rectangular de ancho bw y canto el del forjado de acuerdo con la Figura 42.3.5. Esta cuantía se aplica estrictamente en los nervios y no en las zonas macizadas. Todas las viguetas deben tener en la cabeza inferior, al menos, dos armaduras activas o pasivas longitudinales simétricas respecto al plano medio vertical.
(3) Cuantía mínima referida al espesor de la capa de compresión hormigonada in situ.
(4) Cuantía mínima correspondiente a la cara de tracción. Se recomienda disponer en la cara opuesta una armadura mínima igual al 30% de la consignada.
(5) La cuantía mínima vertical es la correspondiente a la cara de tracción. Se recomienda disponer en la cara opuesta una armadura mínima igual al 30% de la consignada. A partir de los 2,5 m de altura del fuste del muro y siempre que esta distancia no sea menor que la mitad de la altura del muro podrá reducirse la cuantía horizontal a un 2‰. En el caso en que se dispongan juntas verticales de contracción a distancias no superiores a 7,5 m, con la armadura horizontal interrumpida, las cuantías geométricas horizontales mínimas pueden reducirse al 2‰. La armadura mínima horizontal deberá repartirse en ambas caras. Para muros vistos por ambas caras debe disponerse el 50% en cada cara. En el caso de muros con espesores superiores a 50 cm, se considerará un área efectiva de espesor máximo 50 cm distribuidos en 25 cm a cada cara, ignorando la zona central que queda entre estas capas superficiales.
(6) En el caso de elementos pretensados, la armadura activa podrá tenerse en cuenta en relación con el cumplimiento de las cuantías geométricas mínimas sólo en el caso de las armaduras pretesas que actúen antes de que se desarrolle cualquier tipo de deformación térmica o reológica.

Figura 42.3.5 Detalle del nervio

Puente de piedra

- Situació: Alpes italianos.
- Autor: Desconocido.
- Año de ejecución: Intemporal.
- Encaje con el entorno: Inmejorable.
- Materiales: Roca del pais.
- Tipologia estructural: Arco, más de dos mil años avalan su uso.
- Técnica utilizada: Rústica pero sublime.
- Medios utilizados: Cimbra de madera (probablemente).

Foto de Roger.

Nueva pasarela en Sant Climent de Llobregat

La nueva pasarela de Sant Climent de Llobregat está lista para ser inaugurada. En breve el post completo de la pasarela.

Jardín Tarradellas

En la esquina de la calle Berlin con Marqués de Santmenat (en Barcelona) se está construyendo el Jardin Tarradellas, una pequeña obra promovida por el Instituto Municipal del Paisaje Urbano y la Calidad de Vida (IMPUiQV), en la valla de la obra se explica: “el derribo de una antigua edificación [...] dejó al descubierto una medianera sobra la via pública que causa un especial impacto sobre el paisaje de la ciudad por su gran visibilidad. Esta situación nos invita a plantear una intervención de integración singular que utilize la materia viva como argumento.
Se plantea un jardín vertical. Una estructura metálica funciona como esqueleto de apoyo del jardín con varios niveles que sustentan las plantas. El jardín toca el suelo mediante un muro de piedra que se extiende sobre el pavimento de la esquina. Se compone de una base siempre verde sobre la cual brotan varias plantes con flor que van cambiando de color al largo del año.
La elección de la vegetación se ha realizado para reducir el mantenimiento y crear un trozo de naturaleza que favorezca la colonización de especies animales, principalmente de pájaros. Con esta transformación de la medianera en jardin se crea un nuevo ecosistema que supondrá un beneficio social y ambiental para la ciudad”.

Aparte de éste discurso no he conseguido encontrar más información del jardín, ni en la web de paisaje urbano ni en la web de los proyectistas, Capella Garcia Arquitectura, SLP. Pero lo que me ha llamado más la atención ha sido la solución estructural, en éste caso los proyectistas han escogido una estructura metálica ligera ya que las sobrecargas a aguantar no son muy grandes. La problemática de la durabilidad se ha resuelto galvanizando toda la estructura, de ésta forma se impide el avance de la corrosión del acer y se evita el mantenimiento durante prácticamente toda la vida útil de la estructura, siempre que se garantice un suficiente espesor de la capa de zinc del galvanizado.

La técnica del galvanizado está muy desarrollada y es una solución muy utilizada en la obra civil, se utiliza en farolas, mobiliario urbano, barreras y pretiles de carretera. Se puede utilizar como solución estructural pero tiene ciertos inconvenientes que el proyectista debe tener en cuenta. No se pueden realizar soldaduras en obra, es decir, que todas las uniones tienen que ser atornilladas, y el tamaño máximo de las vigas está limitado a la capacidad de las bañeras de galvanizar. En las fotos, se puede apreciar las uniones entre bigas para poder ensamblar la estructura en obra.

Para profundizar más en los aspectos técnicos del proceso de galvanizado recomiendo la web de laAsociación Técnica Española de Galvanización (ATEG).

EHE 2008: Característiques del formigó (art. 39º)

Capítulo VIII. Datos de los materiales para el proyecto

Artículo 39º Características del hormigón

39.1 Definiciones

Resistencia característica de proyecto, fck, es el valor que se adopta en el proyecto para la resistencia a compresión, como base de los cálculos. Se denomina también resistencia característica especificada o resistencia de proyecto.
Resistencia característica real de obra, f_c,real, es el valor que corresponde al cuantil del 5 por 100 en la distribución de resistencia a compresión del hormigón suministrado a la obra.
Resistencia característica estimada, f_c,est, es el valor que estima o cuantifica la resistencia característica real de obra a partir de un número finito de resultados de ensayos normalizados de resistencia a compresión, sobre probetas tomadas en obra. Abreviadamente se puede denominar resistencia característica.
El valor de la resistencia media a tracción, f_ct,m, puede estimarse, a falta de resultados de ensayos, mediante:

f_ct,m = 0,30*f_ck^2/3 para f_ck <= 50N/mm²
f_ct,m = 0,58*f_ck^1/2 para f_ck > 50 N/mm²

Si no se dispone de resultados de ensayos, podrá admitirse que la resistencia característica inferior a tracción, f_ct,k, (correspondiente al cuantil del 5 por 100) viene dada, en función de la resistencia media a tracción, fct,m, por la fórmula:

f_ct,k = 0,70*f_ct,m

La resistencia media a flexotracción, f_ct,m,fl, viene dada por la siguiente expresión que es función del canto total del elemento h en mm:

f_ct,m,fl = max{(1,6 – h /1000)f_ct,m ; f_ct,m }

En todas estas fórmulas las unidades son N y mm.
En la presente Instrucción, la expresión resistencia característica a tracción se refiere siempre, salvo que se indique lo contrario, a la resistencia característica inferior a tracción, f_ct,k.

39.6 Módulo de deformación longitudinal del hormigón

Como módulo de deformación longitudinal secante E_cm a 28 días (pendiente de la secante de la curva real ?-?), se adoptará:

E_cm = 8500*f_cm^1/3

Dicha expresión es válida siempre que las tensiones, en condiciones de servicio, no sobrepasen el valor de 0,40*f_cm, siendo fcm la resistencia media a compresión del hormigón a 28 días de edad.
Para cargas instantáneas o rápidamente variables, el módulo de deformación longitudinal inicial del hormigón (pendiente de la tangente en el origen) a la edad de 28 días, puede tomarse aproximadamente igual a:

E_c = βE*Ecm
β = 1,30 – f_ck/400 <= 1,175

Túnel del Gotardo

El passado 15 de octubre se ha terminado de perforar el último tramo del túnel del Gotardo, en Suiza. Todos los medios de comunicación han seguido la noticia, y es que el túnel del Gotardo es el túnel ferroviario más largo del mundo, 57 km. Esta obra faraónica permitirá la conexión ferroviaria de alta velocidad entre las ciudades de Zurich y Milan. Los trabajos propiamente dichos empezaron en el 1993, pero la infraestructura lleva 50 años de planificación, y la previsión de entrada en servicio es en el año 2017.

Todo esto pasa la misma semana en que la TBM del túnel del AVE que conecta las estaciones de Barcelona de Sants y la Sagrera ha pasado por la Sagrada Família si que haya pasado absolutamente nada. Está claro que aquí ni los medios ni la sectores que criticaron la obra hasta la saciedad van a pronunciarse al respecto.

Volviendo al hito histórico, en la web de Alptransit se pueden encontrar imágenes y artículos técnicos sobre el túnel, así com la nota de prensa del breakthrough. Dejo también algunos links de blogs donde han comentado la notícia:

http://geodiendo.blogspot.com/2010/10/tunel-de-san-gotardo-concluye-la.html

http://geodiendo.blogspot.com/2010/10/tunel-de-san-gotardo-sissi-muestra-su.html

http://ingenieriaenlared.wordpress.com/2010/10/16/news-post-021-terminados-los-trabajos-de-perforacion-del-tunel-de-san-gotardo-el-de-mayor-longitud-del-mundo/

http://ingenieriaenlared.wordpress.com/2010/10/17/megaconstrucciones-%C2%ABtunel-bajo-los-alpes%C2%BB-el-tunel-de-san-gotardo/

Más heavy-lifting

En el anterior post hablábamos del izado del vano central del último puente sobre el rio Ebro, entre Sant Jaume d’Enveja y Deltebre. Pues siguiendo con la temática del heavy-lifting en la última Newsletter enviada por VSL éste agosto se explicaban las operaciones de construcción del nuevo hangar de Iberia en el aeropuerto del Prat, Barcelona.

La cubierta del hangar está formada por una malla espacial de perfiles tubulares metálicos, los responsables de esta cubierta son Asteca Estructuras Espaciales, que además han puesto a disposición de cualquiera el seguimiento de la obra en la web  http://www.hangardeasteca.com/. El hangar, a pesar de tener una planta ovalada podrá alojar los aviones de mayor envergadura como el Airbus A-380. Debido a la complejidad de la estructura se optó por construirla sobre tierra firme y posteriormente elevarla hasta la posición final. La malla tiene una superfície de 13.200 m2 y cubre una luz de 155 m.

La operación de izado se finalizó el 23 de marzo, cuando se situó la estructura metálica a 25 m sobre el terreno, en su posicón final. Se han necesitado 14 gatos de izado y 14 més de retención para levantar las 1100 tonelada de acero de la cubierta. Pero la mayor dificultad en una operación de estas características es mantener la estructura equilibrada en todo momento para que no se produzcan sobre cargas sobre ningún gato hidráulico, por tanto, se ha necesitado un preciso control y seguimiento del izado mediante el uso de la tecnologia laser. En el video se puede seguir toda la operación resumida en menos de un minuto.

La empresa constructora del hangar es Cobra y la ingeniería la ha llevado a cargo Assad Desarrollo, SL.  También se puede encontrar más información en la nota de prensa de Iberia del día 23 de marzo del 2010.

Banda tesa o arco?

Com resolver el problema de las pendientes y el gálibo inferior de una banda tesa?, Strasky lo resuelve de la forma más elegante mediante la combinación de la banda tesa con un arco en la pasarela sobre la autopista R35 cerca de Olomouc, República Checa.

El arco divide la banda tesa en dos tramos, de tal forma que se mantiene el galibo inferior necesario y se reducen las pendientes de la pasarela, pero lo que realmente me ha llamado la atención es como consigue el equilibrio de fuerzas entre las tensiones del tablero y las compresiones del arco, de manera que se contrarrestan las fuerzas horizontales, de forma que la cimentación necesaria es mucho menor y se reducen costes.

El único problema es como clasificas este puente dentro de la página web corporativa*, con los arcos o con las bandas tesas?

Las imágenes se han extraído de SHP.

Gracias a Juan Carlos por el artículo de Concrete International que ha ‘inspirado’ esta entrada.

*Ver clasificaciones de algunas webs corporativas de ingenierías de puentes:

http://www.cfcsl.com/
http://www.arenasing.com/espanol/menu_1/proyectos.php
http://www.shp.eu/en/strasky-husty-a-partneri/projects/bridges/
http://www.pedelta.es/home.asp?donde=home
http://www.ereventos.com/02_proyectos/index.jsp

Rafael Guastavino y la bóveda catalana

Salvador Tarragó, gran defensor de la figura de Rafael Guastavino lo calificó como el mejor maestro de obras de la historia. Constructor entre finales del s.XIX y principios del s.XX tubo una gran influencia en los EEUU, donde pasó la mayor parte de su vida profesional. No se si ha sido el mejor constructor de bóvedas de la historia, pero si que su figura es de gran importancia aunque no es muy conocida.

Rafael Guastavino (1842, València – 1908, Baltimore), valenciano de origen emigra a Barcelona el año 1861 para formarse como Maestro de Obras donde aprende la técnica de la bóveda catalana, que desarrollará y perfeccionará a lo largo de su vida profesional hasta el punto de exportar sus secretos a los Estados Unidos, donde construirá más de 1000 edificios basados en esta técnica.

La bóveda catalana o bóveda tabicada o bóveda cohesiva, es un técnica de basada en la construcción de bóvedas rebajadas a partir de piezas cerámicas planas. Estas de unen con yeso para hacer la primera capa, es fragua con rapidez y no necesita de cimbras para que la bóveda aguante si cerrar. Una vez terminada la primera capa se construyen las sucesivas capa unidas con mortero, que da la resistencia necesaria.

Guastavino empieza su vida profesional como constructor el año 1866, su obra más emblemática donde participa en su primera etapa es la fabrica “Can Batlló” (Barcelona). Pronto va a buscarse la vida en los EEUU, donde fundará la empresa Guastavino Fireproof Construction Company en el año 1888. Guastavino se da cuenta que la construcción mediante bóveda catalana tiene un gran mercado en los Estados Unidos. Después de los grandes incendios en Nueva York (1835) y Chicago (1871) la sociedad americana estaba muy sensibilizada al respecto, sobretodo en los edificios públicos. Guastavino promueve la bóveda catalana como una técnica constructiva a prueba de fuego, registra varias patentes y realiza pruebas a escala real, quemando literalmente sus construcciones para demostrar la calidad de su construcción.

Muchos arquitectos ven las ventajas que tiene la bóveda catalana, ja sea por los aspectos de seguridad al fuego, como por la economía de la construcción y la calidad arquitectónica de Guastavino, así que la técnica se extiende rápidamente. Entre los edificios más importantes que construye Guastavino están la  Biblioteca pública de Boston, la estación Grand Central en NY, el Carnegie Hall, la catedral de Saint John the Divine o la iglesia de St. Bartholomew en la Quinta Avenida, en Boston también construye la Biblioteca Pública o el East Boston High School.

Rafael Gaustavino muere en el año 1908 y su hijo se hace cargo de la empresa hasta el 1962, cuando finalmente la empresa termina cerrando. La herencia que deja Guastavino es de gran importancia y forma parte de la historia de la construcción, exportó la técnica de la bóveda catalana a los EEUU y dejó su huella en más de mil construcciones.

Fuentes:

http://www.rafaelguastavino.com/

http://es.wikipedia.org/wiki/Rafael_Guastavino

http://www.guastavino.net/

http://tigrepelvar3.wordpress.com/2009/06/16/la-obra-de-rafael-guastavino-que-cambio-la-imagen-de-nueva-york/

http://en.wikipedia.org/wiki/Guastavino_tile

http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/2002/2002_junio_3422_03.pdf

http://patrimonioindustrialdebarcelona.blogspot.com/2009/03/la-fabrica-can-batllo-y-la-escola.html

http://arquicatalana.blogspot.com/2009/10/arquitecte-rafael-guastavino-i-moreno.html

Esta entrada se publica de forma simultanea en Frame and Form gracias a la colaboración con Sergio Carratalá.