¿Qué hacer antes de empezar a construir una estructura de hormigón?

La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 indica claramente la necesidad de planificar y prevenir aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, con la seguridad, con los impactos ambientales, con la trazabilidad de los materiales, entre otros. Se trata de evitar imprevistos durante la ejecución de las estructuras de hormigón. Hay que tener presente que el propio procedimiento constructivo (descimbrado, pretensado, etc.) pueden inducir acciones que pueden superar incluso las solicitaciones que tendrá la estructura durante su vida de servicio. Os dejo un objeto de aprendizaje donde explicamos brevemente este tipo de cuestiones. Espero que os sea de interés.

 

Cimentación de la cimbra de un puente losa

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Detalle de las torres sobre los durmientes de madera y de la zahorra compactada. Imagen: V. Yepes.

Una cimbra no deja de ser una estructura que debe estar perfectamente apoyada sobre un terreno con suficiente capacidad portante que, además, minimice sus asientos diferenciales. Normalmente se suele exigir un mínimo de 0,10 MPa de tensión admisible al terreno que sirve de apoyo a una cimbra tubular. Para ello se compacta el suelo y se le suele mejorar con unos 30 cm de un material granular (grava-cemento o zahorras), para facilitar el drenaje en caso de lluvias. También se deben colocar durmientes de madera paralelos a la directriz del tablero para apoyar los pies de las torres. Este elemento sirve para repartir las cargas y reducir la tensión transmitida.

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Cimentación provisional para soportar las torres de una cimbra diáfana. Imagen: V. Yepes

En el caso de terrenos flojos o cuando las cargas son elevadas, se puede sustituir el terreno o, incluso, hay que recurrir a cimentaciones auxiliares. La cimbra también se debe estabilizar también en la proximidad de los terraplenes laterales, próximos a los estribos. Para ello se escalona el terreno, ejecutando unos pequeños muros de hormigón para reforzar la seguridad de los apoyos.

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Escalonamiento con pequeños muros de hormigón junto al estribo. Imagen: V. Yepes

Un aspecto importante es la disposición de cimbras sobre ríos o torrenteras. Una lluvia torrencial imprevista puede originar arrastres y avenidas que pueden erosionar el apoyo de las cimbras, ocasionando su desplome. Este incidente es especialmente grave cuando se ha vertido el hormigón y no se ha alcanzado la resistencia suficiente para pretensar el tablero de forma que soporte su propio peso. Para prevenir esta circunstancia una buena práctica consiste en cimentar la cimbra sobre una losa de hormigón protegida lateralmente mediante escollera. Otra buena práctica consiste en prever alguna zanja aguas arriba para dar salida al agua con una zanja lateral que atraviese la planta del tablero y vierta aguas abajo.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

 

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Study on Improving Labor Productivity in the Construction Industry. The Cases of Europe and Hong Kong

Labor productivity is one the least studied areas within the construction industry. Productivity improvements achieve high cost savings with minimal investment. Due to the fact that profit margins are small on construction projects, cost savings associated with productivity are crucial to becoming a successful contractor. The chief setback to improving labor productivity is measuring labor productivity.

However, labor productivity involves many aspects. The aim of this research is to focus in some of them such as construction trades and how different factors affect their labor productivity through benchmarking in both online and hard copy format. A list of 37 construction trades was selected based on the Construction Industry Council of Hong Kong (CIC) in order to see their construction cost, labor cost and labor shortage criticality and their automation level. A list of 40 factors affecting the labor productivity was selected based on experts at The Hong Kong University of Science and Technology, in order to see in which level they affect the critical construction trades labor productivity found previously. Both results were analyzed using the relative importance index (RII).

These results are used in an additional case study, based on the comparison of them with another study with the same objectives did by some colleagues from The Hong Kong University of Science and Technology. An additional improvement of the labor productivity can be done by the mixture of both studies.

Results found previously can be used in a future study to create a tool to help contractor’s grade productivity on their projects in the preplanning stage and plan improvements in the most beneficial areas.

Reference:

ZABALLOS, I. (2016). Study on Improving Labor Productivity in the Construction Industry. The Cases of Europe and Hong Kong. Trabajo Final de Grado. Universitat Politècnica de València.

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Funcionamiento de un cilindro neumático de simple efecto. Problema resuelto

image001A continuación te presentamos un problema resuelto de neumática, muy sencillo, que sirve de introducción a los conceptos básicos de los circuitos neumáticos aprovechando la capacidad de un pistón de simple efecto conectado a un motor con pérdidas mecánicas. Se trata de aprender cómo calcular la fuerza de avance y aplicar la Ley de Boyle al cálculo del volumen de aire en condiciones normales.

El enunciado del problema sería el siguiente: Un cilindro neumático de simple efecto, de 63 cm de diámetro y 10 cm de carrera trabaja a una presión de 6 bares. Sabiendo que la fuerza neta ejercida en el vástago del cilindro es el 90% de la fuerza teórica, se pide:

  1. Fuerza neta ejercida por el cilindro en su carrera de avance.
  2. Consumo de aire medido en condiciones normales en una hora, si ese cilindro completa 6 ciclos de trabajo cada minuto.

Para ello os dejo el siguiente vídeo de Javier Luque que espero os sea útil.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

Cimbras cuajadas en la construcción de puentes

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Cimbra T-60, ULMA

Las cimbras cuajadas se utilizan cuando no existen obstáculos topográficos, de capacidad portante del terreno, paso de vehículos o corrientes de agua. A diferencia de las cimbras diáfanas, las cuajadas presentan la ventaja de distribuir las cargas de forma más uniforme sobre el terreno. Se emplean habitualmente en alturas de hasta 6 o 7 m, no siendo económicas cuando las alturas de rasante son excesivas, por encima de 20 – 30 m, en cuyo caso se recurren a torres y cuchillos metálicos. Por ejemplo, la Dirección General de Ferrocarriles en España recomienda el uso de cimbra cuajada para el proyecto de sistemas constructivos en puentes ferroviarios de hormigón, no superar los 15 m de altura y siempre que no existan obstáculos que obliguen a distanciar los apoyos de las cimbras.

El sistema más habitual de cimbra cuajada es la cimbra tubular (cimbra PAL), con torres de planta triangular o cuadrangular que cubren toda la planta del tablero. Los perfiles de las barras son tubos huecos, montándose cada torre a partir de módulos planos que se enganchan por las esquinas. Además, para garantizar la estabilidad de la cimbra, se hace necesario colocar barras de arriostramiento longitudinales y transversales para unir las distintas torres.

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Esquema de la sección de un puente losa cimbrado con torres tubulares. Imagen: V. Yepes

Para que las torres estén perfectamente aplomadas, se calzan los pies usando para ello tablones, tarugos y cuñas. Las placas de los pies de las torres llevan agujeros para clavarlas a los tablones que sirven de base o a las cuñas. También suelen llevar tornillos de nivelación para ajustar la altura del pie. En la parte superior de la torre se disponen husillos, que son piezas en U que reciben los largueros de madera del encofrado. Los usillos se conectan a la torre mediante tornillos de nivelación para conseguir la geometría de cotas del tablero. Los husillos bajan para descimbrar la losa una vez se ha realizado el pretensado. No se suelen dar contraflechas debido a que las flechas de peso propio y del pretensado son muy parecidas. Asimismo, es necesario atender a su apoyo en el terreno, para lo cual os remitimos al post correspondiente.

En cuanto a rendimientos medios, se puede decir que una cimbra tubular de un paso superior se puede montar en una semana con una cuadrilla de cinco operarios.

Os dejo un vídeo explicativo que espero os sea útil.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

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Las juntas de construcción en el hormigón

Pasadores en una junta de construcción de un pavimento rígido

Una junta de construcción es una superficie plana, intercalada entre dos elementos de hormigón, de forma que el segundo se ha colocado contra o sobre el primero una vez que éste último ha endurecido y surge cuando finaliza una zona de estructura que requiere una interrupción de hormigonado por razones constructivas. Estas juntas son prácticamente inevitables, salvo para las estructuras de muy pequeña dimensión. Pueden ser horizontales, como es el caso de los pilares, o verticales, como en las losas, y su situación debe venir indicada en los planos del proyecto. A diferencia de las juntas frías, que se trata de juntas no previstas en la planificación de la obra debido a interrupciones involuntarias, las juntas de construcción se realizan deliberadamente pero con una previa planificación, de acuerdo a la programación de vaciado que se tenga. Cuando se debe interrumpir el hormigonado al finalizar la jornada laboral, la junta de hormigonado se denomina junta de trabajo.

Los aspectos más importantes de las juntas de construcción tienen que ver con su posición, rugosidad, tratamiento de la junta y duración de la interrupción del hormigonado. A pesar de la importancia que tienen en el ritmo de construcción y en la resistencia de la estructura, no siempre se les presta la atención que merecen, especialmente en lo que respecta a su disposición y su técnica de ejecución.

Cuando por cualquier razón es necesario disponer una junta de construcción, ésta se debe situar en un plano normal a la dirección de la armadura y en la zona de esfuerzo cortante mínimo. En las losas o vigas simplemente apoyadas, el mínimo de los esfuerzos cortantes se encuentra en las proximidades del centro de vano. La armadura se dispone normalmente continua a través de las juntas de construcción, debiendo preverse conectadores en caso contrario.

Junta de construcción en centro de vano
Elemento de encofrado para junta de construcción. http://www.maxfrank.com/

Una vez que el hormigón alcanza suficiente resistencia, se retirará el encofrado y se procederá a tratar la junta. El tratamiento puede realizarse mediante cepillado o bien con chorro de agua de caudal y presión suficiente como para eliminar de la superficie la pasta de cemento, bien con chorro de arena húmeda. Estos tratamientos deberán realizarse cuando se espere que los áridos no vayan a desprenderse del hormigón. También es de gran interés utilizar elementos de encofrado especiales, a base de rejillas de acero, que permite el paso de la lechada de cemento, por lo que se forma una superficie rugosa para la segunda tongada. También se podría usar una imprimación con resinas, aunque estas técnicas son de elevado coste y sólo se utilizan en casos especiales. En cambio, está totalmente desaconsejado el “picado” de la junta con medios mecánicos, pues los ensayos realizados demuestran que produce una microfisuración del hormigón que debilita la adherencia de la junta.

Las cualidades de una buena junta son la regularidad y la rugosidad de superficie, evitándose los resaltos y depresiones producidos por los áridos. El mejor tratamiento de limpieza, antes de verter el nuevo hormigón, es la retirada del polvo y la suciedad con aspiradoras, aunque es una técnica que sólo se aplica en presas. No se aconseja la limpieza con chorro de aire comprimido salvo en superficies verticales. Si no es posible utilizar una aspiradora en la limpieza, entonces se debería usar un chorro de agua a baja presión. Por último, es muy importante realizar una vibración enérgica y cuidadosa del hormigón vertido sobre la junta, así como realizar un curado cuidadoso para evitar reducir la resistencia estructural en dicha zona.

Os dejo a continuación algunos vídeos sobre juntas de construcción.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

Sostenibilidad social en el desarrollo de infraestructuras públicas chilenas

Costanera Center, Santiago, Chile

Referencia:

SIERRA, L.A.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2016). Sostenibilidad en el desarrollo de infraestructuras públicas chilenas. X Conferencia Internacional Encuentros Barcelona 2016, 16-18 de octubre, Barcelona (España).

Resumen:

Desde la promulgación de la Agenda 21, se han promovido acciones orientadas a la sostenibilidad en el ciclo de vida de los proyectos de  construcción . No obstante, hoy en día, se reconoce que los aspectos sociales no tienen la misma consideración que los aspectos biofísicos o económicos. No considerar la dimensión social en el desarrollo de una infraestructura ha tenido los siguientes efectos sobre la sociedad: A corto plazo, la interacción de los diversos actores han puesto en riesgo los resultados del proyecto. A largo plazo, vulnera la calidad de vida intra-generacional y repercute sobre las futuras generaciones. Iniciativas recientes en Chile han abordado los aspectos sociales respecto de las iniciativas empresariales a través de la responsabilidad social. En otras instancias ha sido considerados la participación ciudadana en algunos proyectos como una parte de los procesos de Evaluación Ambiental. La definición de los criterios que componen la sostenibilidad social en proyectos de construcción tiene todavía que ser claramente delineada, dependiendo los contextos de aplicación, la perspectiva de los actores involucrados y las etapas durante el ciclo de vida. Esta comunicación  identifica los criterios de sostenibilidad social más adecuados para cada etapa del ciclo de vida de una infraestructura civil pública. Este estudio está limitado a las infraestructuras civiles de uso público, bajo condiciones de uso esperado y a un número limitado de expertos consultados en un contexto chileno.

Palabras claves:

Delphi; Infraestructura; Sostenibilidad Social; Ciclo de vida; Chile.

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Redes neuronales aplicadas al diseño multiobjetivo de puentes postesados

Nos acaban de publicar en línea en la revista Structural and Multidisciplinary Optimization (revista indexada en JCR en el primer cuartil) un trabajo de investigación en el que utilizamos las redes neuronales artificiales junto para el diseño multiobjetivo de puentes postesados de carreteras. Os paso a continuación el resumen y el enlace al artículo por si os resulta de interés. El enlace del artículo es el siguiente: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00158-017-1653-0

Referencia:

García-Segura, T.; Yepes, V.; Frangopol, D.M. (2017). Multi-objective design of post-tensioned concrete road bridges using artificial neural networks. Structural and Multidisciplinary Optimization, doi:10.1007/s00158-017-1653-0

Abstract:

In order to minimize the total expected cost, bridges have to be designed for safety and durability. This paper considers the cost, the safety, and the corrosion initiation time to design post-tensioned concrete box-girder road bridges. The deck is modeled by finite elements based on problem variables such as the cross-section geometry, the concrete grade, and the reinforcing and post-tensioning steel. An integrated multi-objective harmony search with artificial neural networks (ANNs) is proposed to reduce the high computing time required for the finite-element analysis and the increment in conflicting objectives. ANNs are trained through the results of previous bridge performance evaluations. Then, ANNs are used to evaluate the constraints and provide a direction towards the Pareto front. Finally, exact methods actualize and improve the Pareto set. The results show that the harmony search parameters should be progressively changed in a diversification-intensification strategy. This methodology provides trade-off solutions that are the cheapest ones for the safety and durability levels considered. Therefore, it is possible to choose an alternative that can be easily adjusted to each need.

Keywords:

Multi-objective harmony search; Artificial neural networks; Post-tensioned concrete bridges; Durability; Safety.

Cálculo de la presión y la potencia de bombeo del hormigón

https://pixabay.com/es/bomba-hormig%C3%B3n-m%C3%A1quina-construir-1902158/

La pérdida de carga en un circuito de transporte de hormigón (igual a la presión necesaria a la salida de la bomba) depende de una combinación de factores como son las propiedades del hormigón, el desnivel a salvar, la longitud del circuito, el caudal necesario, los diámetros de tubería y el material en que están construidas. Se trata de obtener una solución óptima de forma que un menor diámetro equivale a un menor coste y menos desperdicio de mezcla durante la limpieza, pero hace necesaria una presión de bombeo superior, que puede llegar a ser inaceptable.

El hormigón fresco se comporta esencialmente como un fluido de Bingham, y por tanto, su flujo en tubería sigue la ley de Buckingham. Sin embargo, se acepta normalmente que existe una relación lineal entre la pérdida de carga y el caudal, en vez de la relación cuadrática que establece la ecuación empírica de Darcy-Weisbach. Esta simplificación en el cálculo la asume el ACI (ACI 304.2r-96) y algunos fabricantes de bombas de hormigón (Putzmeister) al utilizar una fórmula empírica que indica que la relación presión-caudal (pq) durante el bombeo es lineal, siendo el coeficiente de la ecuación que las vincula igual a una constante que depende de la geometría del circuito (cuantificada por su longitud L y diámetro D) y de las propiedades de la mezcla, expresadas en función de su asentamiento medido mediante el cono de Abrams a través del parámetro b.

Con las siguientes unidades: q (m3/h), (m), D (m) y b (10·exp(-6)·bar·h/m), entonces p (bar). Además, b se puede obtener de la tabla siguiente en función del cono de Abrams:

Esta fórmula se ha utilizado ampliamente en la generación de ábacos o programas de cálculo de pérdidas de carga. Sin embargo Putzmeister solo tabula el coeficiente b para valores de asentamiento menores de 12 cm, es decir, para hormigones relativamente consistentes, lo que deja fuera de su campo de aplicación a los hormigones fluidos. Si observamos, la pérdida de carga no depende de la presión existente en la tubería, hipótesis que algunos autores han comprobado. Esta aproximación empírica es útil desde el punto de vista práctico, pero no es satisfactoria desde un punto de vista teórico. Si bien proporciona buenos resultados en mezclas tradicionales, no resulta tan adecuada para los nuevos hormigones más fluidos como los autocompactantes o los de alta resistencia (Rodríguez López, 2015).

Para calcular la potencia de la bomba deberemos considerar la presión originada por la pérdida de carga más la presión necesaria para subir el hormigón en altura. Dicha presión total se multiplicará por el caudal y se dividirá por el rendimiento η de la bomba para obtener la potencia N necesaria. La fórmula a emplear sería la siguiente:La presión en la conducción y la potencia de bombeo necesaria para transporta un determinado caudal de hormigón, puede calcularse por medio de ábacos como el de la figura en el que estos parámetros se relacionan con las características de la tubería y del hormigón de la siguiente forma: La escala vertical y horizontal del ábaco representa respectivamente en el caudal (m3/h) y la presión (bar) (en bombeo con altura de elevación, la presión total añadiendo a la presión indicada en el ábaco la presión en altura de la columna de hormigón). Además, en cada cuadrante figura el diámetro de la tubería, la longitud equivalente (longitud real + longitud añadida por pérdidas), la consistencia del hormigón y la potencia necesaria de la bomba. El resultado es aproximado y para un hormigón de buena dosificación. En este tipo de nomogramas se obtiene la potencia necesaria de la bomba, suponiendo un rendimiento de η=0,7. Este rendimiento puede caer a η=0,6 al sobrepasar los 50 bar.

Ejemplo: 40 m3/h de hormigón con un cono de Abrams de 60 mm deben bombearse a través de una tubería de 125 mm de diámetro a una distancia horizontal de 220 m y vertical de 73 m. Con el uso del nomograma de la Figura es fácil deducir la presión del hormigón y el rendimiento.

Fuente: Bombas de hormigón estacionarias, Putzmeister

Para elegir bien el equipo, deberemos considerar algunas cosas:

  1. Hay que elegir el caudal de hormigón a bombear. Se parte del volumen de hormigón que se debe colocar y del tiempo que disponemos. Además, hay que suponer que la bomba tiene tiempos muertos, por lo que es habitual suponer un rendimiento de 45 minutos por cada hora.
  2. Para un caudal determinado, el diámetro de la tubería debe ser un compromiso entre los menores rozamientos, menor velocidad y mayor presión de los diámetros grandes, frente a la facilidad de montaje y de operaciones de bombeo de los diámetros menores.
  3. Hay que calcular las pérdidas en la tubería que se añaden a la longitud real para calcular la longitud equivalente. Los codos de 30º, 60º y 90º equivalen a 1, 2 y 3 m de tubería. Si la manguera es flexible, la longitud hay que multiplicarla por 2. El conducto en vertical hay que multiplicarlo por 1,1.
  4. No hay que olvidarse de sumar la presión necesaria para el bombeo en altura. En el caso de un peso específico del hormigón de 25 kN/m3, supone añadir 1 bar por cada 4 m de altura.

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Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

RODRÍGUEZ-LÓPEZ, A.J. (2015). Determinación automática de la eficiencia volumétrica y otros parámetros de operación de bombas alternativas de hormigón mediante análisis de los pulsos de presión en su salida. Tesis doctoral. Universidad Politécnica de Madrid.

 

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Sostenibilidad del mantenimiento de carreteras bajo presupuestos restrictivos

Foto: laseda.accionistas.es

¿Es posible un mantenimiento sostenible de las carreteras cuando apenas existen presupuestos para ello?

A continuación os dejo el enlace a un artículo científico que nos acaban de publicar donde se muestra la posibilidad de utilizar técnicas de optimización heurística para conseguirlo.

 

 

 

 

 

Puedes solicitar una copia gratuita de este artículo en la siguiente dirección: https://www.researchgate.net/publication/312598336_Towards_a_sustainable_optimization_of_pavement_maintenance_programs_under_budgetary_restrictions

 

Referencia: 

TORRES-MACHI, C.; PELLICER, E.; YEPES, V.; CHAMORRO, A. (2017). Towards a sustainable optimization of pavement maintenance programs under budgetary restrictions. Journal of Cleaner Production, 148:90-102. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652617301142

Abstract:

Transport sector constitutes the second largest source of global greenhouse gas (GHG) emissions, being the road transportation the main contributor of these emissions. Efforts in the road sector have traditionally focused on vehicle emissions and infrastructure is typically not included in the emissions account. Road environmental impact is estimated to increase by 10% if the stages of road design, construction, and operation were considered. Previous literature has widely study sustainable practices in pavement design and construction, with little attention paid to maintenance. Current state of practice reveals that pavement managers barely consider environmental performance and their evaluations solely rely on technical and economic criteria. This situation creates the need to incorporate, in an integrated manner, technical, economic, and environmental aspects in the design of maintenance programs. The main objective of this research is to develop a tool for the optimal design of sustainable maintenance programs. Given a maintenance budget, the tool aims to maximize the long-term effectiveness of the network while minimizing GHG emissions derived from the application of maintenance treatments. The capability of the proposed tool is analyzed in a case study dealing with an urban pavement network. In comparison to the traditional maintenance policy, the proposed tool designs maintenance programs that increase the average network condition by up to 22% and reduces GHG emissions by 12%. This application also analyzes the effect of different budgetary scenarios in the technical and environmental performance of the network. This application helps pavement managers in the trade-off between budget and network performance.

Keywords:

  • Greenhouse gas emissions;
  • Long-term effectiveness;
  • Optimization;
  • Sustainability;
  • Pavement management;
  • Sensitivity analysis