- Pocos profesionales de nuestra especialidad han tenido la oportunidad de desarrollar trabajos tan específicos como es el control dimensional de estructuras metálicas singulares. En esta entrada intentaremos describir a grandes rasgos en que consiste esta tarea y cuales son los procedimientos/metodologías que utilizamos para verificar estos elementos correctamente. Como el mejor ejemplo siempre es un caso real: nos centraremos en los procesos implicados en el chequeo geométrico de la fabricación/ensamblaje de una celosía metálica para un viaducto de doble acción mixta (acero/hormigón) perteneciente a una obra lineal ferroviaria de Alta Velocidad.
- Me permitiréis que no exponga detalles sobre materias ajenas a nuestra especialidad (que es el control geométrico/auscultación de la obra en sus diversas fases) y que atañen a los proyectistas e ingenieros afines; aunque si citaremos algunas nociones/términos que se utilizan habitualmente en estos entornos.
- Todos las mediciones topográficas se realizaron en verdadera magnitud (tras efectuar las transformaciones necesarias y verificando el correcto enlace de tramos contiguos) --> no se trabajó en coordenadas proyectivas UTM afectadas de anamorfosis lineal como se hace habitualmente en otras obras lineales (incluidos viaductos de hormigón, vigas, autocimbras etc) debido a los requerimientos de precisión en la fabricación de los vanos metálicos en taller y las posteriores fases de montajes en obra, izados y empujes --> se trata de algo diferente, complejo y extraordinario (mas información aqui).
- Para empezar os adjunto (y os hagáis una idea clara) unos detalles/secciones de la estructura mixta de hormigón/acero que soportaba el tablero del puente cuya celosía tenía vanos de canto constante y variable (materializados por cordones superiores e inferiores, diagonales y montantes principalmente):
- La geometría de la fabricación de dicha estructura atenderá a una descomposición en 4 ejes principales coincidentes con los "centros de las secciones" de los cordones superiores/inferiores izquierdos y derechos. De modo que en un inicio dispondremos de una figura alámbrica de dichas lineas fundamentales donde ya han sido previstas las deformaciones que sufrirá la celosía durante su proceso evolutivo de fabricación, puesta en obra, ajuste, pesos propios, sobrecargas de uso y esfuerzos reológicos (ocasionados por el tiempo/asiento de cargas).
- Los puntos fundamentales de dicha figura serán los centros geométricos de los nudos (a partir de ahora C.G.N) donde se unen los ejes de cordones y diagonales --> es en ellos donde los calculistas determinan las contraflechas que son necesarias para absorber los cargas comentadas anteriormente y que toda la estructura recupere finalmente su geometría ideal. Sencillamente se parte de una figura teórica a la que se contraflecha en su fabricación para que tras todo el proceso de ejecución recupere su estado original (hasta ahí todo ok).
- Existirá siempre una relación perfectamente definida entre la geometría de cordones superiores (siempre) e inferiores (sobre todo en cantos constantes) con respecto al eje/rasante de la obra (en cierto modo son offsets de esa linea 3D) --> de modo que por ejemplo en un vano de canto constante la Z C.G.N. Superior Fabricación = Z rasante (hilo bajo) en ese PK - Constante (distancia entre hilo bajo y eje cordón superior) - Contraflecha de fabricación en ese punto. Tendremos a nuestra disposición los planos de geometría de los ejes de fabricación de los vanos de la estructura en formato CAD 3D (contraflechados). A partir de estos podremos seleccionar/trabajar con la porción de estructura que necesitemos para realizar nuestros chequeos.
- El trazado en planta del viaducto de PK- a PK+ era Curva Circular (171 m) + Rama de Clotoide ( 230 m) + Recta (1289 m). Al tener la rama de cualquier clotoide el radio variable hubo de ajustarse los primeros 401 m a una curva circular para cordones superiores e inferiores (poder efectuar la fabricación metálica de las dovelas mas fácilmente y tener los lanzamientos durante la instalación de los vanos bajo control). Esto provocó desviaciones (desde un principio contempladas) respecto al eje en planta de la obra sobradamente conocidas y asumibles.
- La descomposición de dicha estructura se realiza primero en dovelas individuales (94 dovelas- unas 25.000 toneladas de acero) que irán configurando los distintos vanos mediante ensamblaje una tras otra según los casos (dependiendo de si son de canto constante o variable). Abajo una dovela de canto constante ya soldada en proceso de auscultación/control dimensional antes de acopiarse para después ser izada.
- A su vez para la fabricación en taller dichas dovelas se dividen en cuchillos (2 por cada una) longitudinales izquierdos y derechos cuyo despiece tipo podéis apreciar abajo a "grosso modo". Junto a los montantes transversales que los arriostran (ambos cuchillos/caras de la celosia) permitirán conformar cada una de las citadas dovelas.
- La ingeniería de detalle para fabricar "chapa a chapa" cada elemento de cada cuchillo fue brutal (imaginaos). Todos los planos/documentación precisa a tal fin fueron realizados por los talleres de fabricación junto con complejos procesos de calidad del acero y del proceso de soldeo (otro mundo muy interesante). Abajo os dejo un vídeo del armado de un solo nudo (de un total de 236 ud) para que os hagáis una idea de la envergadura del caso en cuestión.
- Pero evidentemente nosotros hemos de obviar todos esos laberintos/tribulaciones para centrarnos en "nuestro libro". En la construcción de la estructura metálica se pueden diferenciar varias fases en las que la topografía interviene (2-3-4) o no (1):
- Fabricación, Composición y Soldeo en taller de origen de elementos individuales/conjuntos constituyentes de dovelas/cuchillos. Nudos, cordones, diagonales, montantes y arriostramientos por separado (estos últimos no funcionan estructuralmente)
- Montaje en Blanco en taller de origen de los cuchillos de cada dovela. Esto es disponer dichos conjuntos de nudos, cordones y diagonales en posición horizontal sobre bancadas en aproximación unos junto a otros simulando su situación definitiva sin soldeos y efectuar control dimensional de los mismos.
- Ensamblaje/Soldeo en taller de obra de los elementos del punto 2 (tras efectuar su traslado desde origen). El procedimiento mas productivo fue componer los cuchillos sobre armazones verticales e ir soldando los cuchillos individualmente y luego entre si para constituir cada dovela (junto con montantes transversales).
- Traslado y Montaje de dovelas (compuestas/soldadas) desde taller de obra hasta su ubicación final y se izan o se componen con otras en un vano (ya sea en altura para lanzarlo o en el suelo para izarlo). Video al canto para explicar los distintos procesos implicados en la fase final (en esta entrada se trató la topografia de los lanzamientos).
- De los procesos descritos anteriormente trataremos los puntos 2 y 3 --> Control dimensional en Taller de Origen/fabricación (montajes en blanco de cuchillos) y Control geométrico en Taller de Obra ( dovelas completas ya soldadas).
- Como hemos comentado el primer proceso (punto 2) de auscultacion topográfica es el montaje en blanco (en posición horizontal) de los elementos que conforman los cuchillos de cada dovela. Para ello habremos de disponer los elementos sobre unas bancadas que encajen con los ejes de la celosía en esa zona.
- La clave de todo el proceso es trabajar con offsets de los ejes alámbricos contraflechados de los perfiles metálicos en cordones/diagonales; para medir sobre ellos habremos de trasladarlos (dichos ejes ideales) del interior al exterior de estos elementos (pasarlos de dentro de los "cajones metálicos" hacia fuera sobre sus caras donde podremos levantarlos por medio de un taquimetrico). Para conseguir esto se construyeron una serie de utiles/escantilladores metálicos que permitían lo anteriormente descrito:
- Esto obligará disponer una infraestructura topográfica en taller que garantice las precisiones exigidas a la hora de realizar los levantamiento y replanteos oportunos. Principalmente se optó por construir hitos de hormigón/acero de centrado forzado (con tirantas/apuntalamientos fijados al suelo) y altura variable (normalmente + 2.3 m) para visar por encima de los cuchillos horizontalizados.
- Todos los elementos (ya fueran de estacionamiento/punteria) deben estar independizados de la estructura de las naves ya que había pórticos grúas que con su movimiento producían vibraciones que afectaban/descorregian las estaciones totales.
- Recordad que para hacer nuestros chequeos topográficos partiremos de la estructura alámbrica del inicio (ejes CAD 3D) extraeremos el tramo de cuchillo (derecho/izquierdo) de la dovela de que se trate en cada caso y realizaremos una traslación/giro hasta su posición en coordenadas taller sobre las bancadas (los puntos homólogos entre el sistema A y B serán los centros geométricos de los nudos- al menos 4; siempre). Si todo está ok la transformación geométrica citada debería arrojar unos resultados similares a los de abajo.
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| PUNTOS HOMOLOGOS CGN OBRA CAD 3D <> CGN BANCADA TALLER RELATIVOS - EN NARANJA ABAJO |
- Todo este proceso es mas sencillo en taller para las zonas de celosía de canto constante y mas complejo en el canto variable (no hay que modificar demasiado la zona de bancadas porque la distancia entre cordones superiores e inferiores es similar - como en el caso de abajo). Para disponer los elementos en su posición se replantearan los ejes sobre las bancadas y los cordones aproximándolos primero a grosso modo para después afinar.
- Una aclaración es que al estar volteada la estructura (en horizontal) en las zonas donde el eje de la obra es recto; el cuchillo ha de estar horizontal en todas sus caras (sobre bancadas)--> sin embargo en las zonas donde el eje es curvo (4 primeros vanos) las cotas de los C.G.N. varían acorde a la flecha de la curva circular del trazado. Para materializar ese flecheo se disponían forros/plaquitas metálicas sobre las bancadas en la parte inferior de los nudos.
- Se elaboraron planos de montaje/composición de elementos como se muestra en la imagen superior. Una vez ajustada la posición ideal de cuchillo como si fuera a soldarse (respetando geometría integral/distancias entre elementos a unir) y superando las tolerancias exigidas (esto se realiza tras varios levantamientos/replanteos y ajustes de piezas del puzzle) realizamos el levantamiento final del conjunto.
- Para establecer las desviaciones de lo real (puntos levantados de los ejes marcados sobre caras de cordones/diagonales) con lo teórico (distancia a offsets de los ejes contraflechados de la celosia alambrica) dispondremos de un taquimétrico de puntos a lo largo de la superficie de todo el cuchillo incluidas las bocas extremas de los cordones (final de elementos).
- Realizaremos las evaluaciones de distancias perpendiculares (en programa de trazado) de puntos levantados con respecto a ejes teóricos (C.S, C.I. y diagonales) encajados según las coordenadas relativas de los nudos estableciendo como tolerancia +-10 mm a prori en planimetria/altimetria. Así mismo también se compararán las fluctuaciones de centros de nudos teóricos a nudos reales (intersecciones de la prolongación de lineas de puntos levantados).
- Una vez que todo el conjunto del cuchillo está en tolerancia geométrica se efectuará el informe final de validación dimensional. Abajo algunos extractos del informe generado tras montaje en blanco de un cuchillo (dovela 14-cuchillo izquierdo). Como véis la cosa tiene tela ¡¡¡.
- Tras efectuar el montaje en blanco todos los elementos se trasladan a los talleres de obra donde pasarán a soldarse y componerse los cuchillos en dovelas (punto 3).
- El proceso es similar al que se ha descrito en el paso inferior con algunas salvedades; ya que algunos talleres optaban primero por componer/soldar totalmente en horizontal los dos cuchillos para después izarlos (verticalizarlos y apearlos - ver anigif inferior) para formar cada dovela (junto con los arriostramientos horizontales/montantes) o bien se componía la dovela completa sobre armazones creados a tal fin --> todo al mismo tiempo (que al final resultó ser la manera mas productiva de trabajar).
- La composición de todos los elementos a la vez sobre estructuras de apeo/refuerzo junto con otros elementos auxiliares para el ajuste en geometría de la dovela (no olvidemos que el soldeo es el proceso mas complejo) seguía una secuencia que se esquematiza en las imágenes sucesivas de abajo.
- La infraestructura topográfica de los talleres en obra era similar a la anteriormente descrita en los de fabricación (en origen). Al menos 4 hitos distribuidos por las naves que permitiesen realizar los chequeos/taquimétricos necesarios de los puntos de auscultación replanteados en cordones, montantes y diagonales. Observación de esa minired y calculo de coordenadas xyz por MMCC en coordenadas relativas (distancias inferiores a 50-60m --> altas precisiones con elipses de error mínimas). Reporte de cálculo abajo puede confirmar se obtendría un error de todas las componentes de tan solo +- 3mm (esfera de error) en cualquier punto radiado/replanteado sobre las dovelas.
- Las visuales de orientación se realizaban a bases nivelantes de centrado forzado sobre hitos. Pudimos comprobar que las trisecciones inversas para estacionamientos libres (recordemos que trabajamos en espacios reducidos con visuales cenitales complicadas y medios auxiliares por todos lados) daban resultados muy buenos y se realizaban con frecuencia.
- Como aditamentos auxiliares para punterias/taquimétricos en elementos de la dovela ya verticalizados (caras de cordones) se usaron miniprismas y dianas montadas sobre escuadras magnéticas.
- Los ejes de trabajo para el control dimensional en gabinete/obra serían los mismos 3D contraflechados utilizados para la fabricación (adaptados a solo la dovela de chequeo) con su transformación geométrica Hetlmert para posicionarlos en coordenadas taller obra y de paso comprobar que todo OK (ya citado).
- Un punto muy importante a destacar es que una vez realizados los soldeos se produce un efecto de contracción de la estructura denominado "rechupe". Había que prever demasías durante la fase presoldeo para que el producto final se adaptara a la geometría que buscábamos (un laberinto de los buenos ¡¡).
- El levantamiento final y el informe de validación; donde normalmente siempre había puntos fuera de tolerancia (prácticamente imposible cumplir esos requerimientos), era el último paso antes del acopio de la dovela en explanada para su posterior izado y montaje en altura.
- Para que os hagáis una idea de la magnitudes con las que estábamos trabajando os dejo esta comparativa de lo real obtenido y lo teórico esperado. Os puedo asegurar que era casi imposible afinar más. El resto de desviaciones sobre todo en diagonales habría de corregirse con los montajes en altura (dovela anterior <> presente <> posterior) --> pero eso es otra historia.
- El producto final se trasladaba a su zona de acopio mediante una mega-grúa que tenia que manejar normalmente entre 250-300 toneladas/dovela con un proceso medido cuidadosamente. Lo curioso que al final (después de todo este rollo patatero¡¡¡) todo lo que hemos conseguido descansará durante un tiempo encima de unos maderos. Como decía un profesor de Física que tuve: "al final las cosas son siempre mas pedestres de lo que parecen".
- Hay muchas cosas me he dejado por contar. Imagino que sería imposible comentar todos los detalles. Si alguien está haciendo algún trabajo similar y quiere aclarar algo en concreto que me lo pregunte.
- Un saludo a todos los que participaron en esta entelequia de obra; imagino que como siempre lo hicimos lo mejor que pudimos..
- Voy a pegar carpetazo aquí a esta temática creo que como nociones de como se hacen estas cosas está mas o menos OK..
- Hasta la próxima.
- By Rah.
