Los materiales compuestos (en este caso, Polímeros Reforzados con Fibra, PRF) son materiales con grandes posibilidades en cuanto a su aplicación en construcción ya que su ligereza ofrece un ahorro significativo en costes de montaje e implantación en obra. Adicionalmente, la flexibilidad de dichos materiales en cuanto a la combinación de sus constituyentes (tipos de resina, aditivos, materiales de refuerzo, etc.) facilitan el desarrollo de elementos prácticamente ad hoc que permiten afrontar la ejecución de aplicaciones estructurales singulares y muy diversas [1].
Dado que hasta el momento, los PRFs a nivel estructural se han aplicado en elementos aislados o estructuras secundarias, emprender proyectos como el que nos ocupa es una oportunidad única de profundizar en el desarrollo de este tipo de materiales y de impulsar el diseño de estructuras novedosas en base a ellos. Es la primera vez que se ha desarrollado un faro marítimo fabricado íntegramente en materiales compuestos capaz además de operar de manera autónoma al incorporar elementos precisos para su auto-suministro energético de forma sostenible. Se trata tanto de una novedad a nivel sectorial ya que, hasta el momento no se ha desarrollado una estructura similar, como a nivel internacional, puesto que hasta la fecha tampoco se ha desarrollado una estructura de estas características.
La estructura modular, con una altura máxima de 37 metros en su cota superior, está situada en la esquina norte del nuevo dique de abrigo del Puerto de Valencia. Entre los elementos fabricados en material compuesto cabe destacar:
Las principales innovaciones aportadas por el proyecto abarcan tanto aspectos de diseño como de fabricación, monitorización y control:
Las principales etapas en el desarrollo y optimización de los diferentes procesos de fabricación utilizados en la producción de los componentes desarrollados para la construcción del faro fueron:
La optimización de las formulaciones a escala de laboratorio se llevó a cabo mediante la caracterización físico-química y reológica de la resina. Tanto la caracterización físico-química (Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC); Termogravimetría (TGA), Caracterización Dinanomecánica (DMA)) como reológica de cada formulación empleada se ha realizado de acuerdo a los procedimientos establecidos en el plan de calidad (PE) en base a la normativa ASTM y UNE-EN vigente.
Los tubos horizontales de fibra de vidrio (TFV) y tubos verticales de fibra de carbono (TFC) se han fabricado mediante sistema de pultrusión en baño abierto (Figura 2).
Durante la fabricación de los tubos con cada uno de los perfiles de temperatura propuestos se monitorizaron en continuo los perfiles de temperatura reales obtenidos en el molde de pultrusion mediante sensores de temperatura embebidos en el propio tubo.
Los forjados, los nudos (cartelas) y los descansillos se han fabricado mediante Infusión de resina. El control de la temperatura durante el curado se realizó mediante la monitorización de la temperatura en el interior del horno durante todo el proceso mediante sensores de temperatura (termopares).
Finalmente, los peldaños se fabricaron mediante RTM (Inyección de resina) (Figura 3). Del mismo modo que en los procesos anteriores, todas las piezas fabricados se monitorizaron para controlar la reacción de entrecruzamiento y asegurar un curado óptimo de las mismas.
Dado que es necesario validar los componentes fabricados, es decir, comprobar que cumplen los requerimientos mecánicos y físico-químicos mínimos establecidos en la memoria del proyecto, se caracterizó tanto la producción inicial durante el ajuste de los parámetros de fabricación como posteriormente sobre el resto de los elementos fabricados para validar la producción de acuerdo al plan de calidad.
El Plan de Calidad del proyecto recoge los requerimientos mínimos correspondientes a cada elemento fabricado:
El ensamblaje del prototipo se realizó previamente a su traslado a su ubicación definitiva mediante la distribución en 5 módulos, uno por cada forjado, de los diferentes elementos fabricados. Este proceso requirió optimizar el diseño del sistema de andamiaje mediante modelización por elementos finitos (SAP 2000) los diversos tipos de cargas y acciones a considerar.
Finalmente, se aplicó una pintura protectora a todos los elementos de la estructura tanto por razones estéticas como para mejorar su protección frente a la acción del ambiente marino [6].
Tras la finalización del montaje a nivel modular de los distintos componentes (forjados, tubos horizontales y verticales, cuñas, cartelas y collarines) y la aplicación del sistema de revestimiento exterior previsto, el conjunto ensamblado se transporto a su ubicación definitiva, la ampliación norte del Puerto de Valencia. Dadas las dimensiones del mismo (4,5 m de diámetro y 31 m de altura) fué necesaria la utilización de un transporte especial para su traslado desde las instalaciones de ACCIONA donde se realizó el montaje, localizadas en Noblejas (Toledo), hasta el Puerto de Valencia (Figura 4).
Los trabajos de izado se realizaron levantando la estructura con dos grúas al mismo tiempo para evitar el arrastre de la misma y los posibles daños derivados de golpes ocasionados con los elementos circundantes permitiendo su correcto posicionamiento en vertical. Se utilizaron dos grúas de 100 tn y 50 tn respectivamente como puede apreciarse en la figura 5.
Finalmente, tras la instalación del faro en su ubicación definitiva se llevó acabo la prueba de carga y análisis dinámico con objeto de validar las especificaciones funcionales en base a las cuales se ha diseñado la estructura modular.
La prueba de carga se basó en la aplicación de una carga horizontal de 500 kg en el forjado superior (F5) mediante una grúa. Esta carga se aplicó a la estructura mediante un cable fijado al forjado de cubierta. Como elemento de carga se emplearon bidones de plástico de una capacidad de 1000 litros. Los valores de las flechas obtenidos se situaron dentro de las flechas teóricas previstas, validando el diseño de la estructura.
Figura 6. Detalle de la prueba de carga estática.</div
El Centro Tecnológico de Acciona Construcción afrontó y culminó con éxito el desafío de desarrollar la primera estructura modular a nivel mundial para un Faro marítimo diseñada y fabricada íntegramente con materiales compuestos. FAROCOMP ha abierto nuevas vías de investigación y desarrollo respecto los materiales compuestos y su utilización en el sector de la construcción. Aportando como ventajas principales su mayor durabilidad (necesidades de mantenimiento son reducidas al mínimo) y su ligereza (procesos de construcción más rápidos con maquinaria más ligera para la instalación).
A los autores les gustaría agradecer su apoyo y colaboración a lo largo de la ejecución del proyecto a D. Ignacio Pascual Navarro ipascual@valenciaport.com Director de Gestión de Infraestructuras de la Autoridad Portuaria de Valencia y a D. Juan B. Montaña Miguel juanbautista.montana.miguel@acciona.com pertenieciente al Departamento Construcción Levante-Baleares de ACCIONA Construción S.A.. Cabe destacar que esta estructura ha sido galardonada con un premio en los JEC World 2016 Innovation Awards en París en la categoría de Infraestructuras con el título «All-composite lighthouse marine navigation aid».
[1] | M. A. Pérez, "Aplicaciones avanzadas de los materiales compuestos en la obra civil y la edificación," 2014. |
[2] | J. D. Jiménez Vicaria, I. Pascual Navarro, E. Navarro Lera, P. Sanchez Sierra and E. Martinez Barrigüete, "An Innovative New Lighthouse at the Port of Valencia," Structural Engineering International, vol. 28, no. 4, pp. 546-549, 2018. |
[3] | EUCIA European Composites Industry Association, "Prospect for New Guidance in the Design of FRP Structures". |
[4] | T. Starr, "Pultrusion for Engineers," Woodhead Publishing, 2000. |
[5] | J. D. Jiménez Vicaria, P. Sánchez Sierra, E. Martínez Barrigüete and C. Paulotto, "Evaluación numérica y experimental de la respuesta dinámica de un faro fabricado mediante polímeros reforzados con fibra (PRF)," Hormigón y Acero, p. 68(282):121–128, 2017. |
[6] | "HEMPEL Spring Newsletter," 2016 . |
Published on 14/04/19
Accepted on 14/04/19
Submitted on 14/04/19
Volume 03 - Comunicaciones Matcomp17 (2019), Issue Núm. 2 - Aplicaciones, uniones y reparaciones de los materiales compuestos, 2019
DOI: 10.23967/r.matcomp.2019.04.009
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