¿Es el agua de mar agresiva para el hormigón?

http://www.ohlinnovacion.com/soluciones-tecnologicas-innovadoras/cubipod/

La gran cantidad de obras marítimas que se realizan han obligado a realizar numerosos estudios sobre el comportamiento de los hormigones sometidos a la acción del agua del mar. El hormigón, como material heterogéneo que es, presenta propiedades que varían de las características de sus componentes, de sus cantidades, de la forma de poner dicho hormigón en obra, del curado y conservación, del medio donde va a estar trabajando, entre otras.

En efecto, el agua de mar provoca un proceso muy complejo sobre el hormigón en el que intervienen gran número de parámetros mecánicos, físicos, químicos, biológicos y atmosféricos. Sin embargo, la agresividad química de los componentes del agua marina sobre los productos de hidratación del cemento, en especial el hidróxido de magnesio (Mg(OH)2) y el sulfato cálcico (CaSO4), provocan expansiones debidas a la reacción álcali-árido, si hay árido reactivo, a la presión de cristalización de sales en el hormigón, a la acción del hielo en climas fríos, a la corrosión de las armaduras y a la erosión física debida al oleaje. Estas acciones aumentan la permeabilidad del hormigón, lo que retroalimenta el proceso. Son los iones sulfato del interior de la matriz los que reaccionan con el monosulfatoaluminato produciendo estringita, que es la responsable de la expansión y la rotura. Con todo, el agua de mar es menos agresiva para el hormigón que cada una de las soluciones que la componen individualmente debido a que el comportamiento expansivo asociado con formación de estringita está inhibido por la presencia de cloruros y facilita su solubilidad. Además, el CO2 disuelto en el agua carbonata gradualmente al hormigón, formando una capa superficial de carbonato cálcico que actúa como protector frente al ataque del hidróxido de magnesio y del sulfato cálcico los cuales terminan colmatando los poros restantes.

Lo anteriormente expuesto indica que, en un hormigón de razonable calidad, no suele ser un serio problema el ataque químico por el agua de mar. El parámetro esencial que determina el buen comportamiento de un hormigón es su compacidad y la morfología de sus poros. Por tanto, aunque el agua de mar podría considerarse como poco agresiva respecto de los hormigones, el ambiente marino, por sí mismo, resulta fuertemente agresivo. En efecto, el ataque químico del agua de mar depende de si el hormigón se encuentra sumergido total o parcialmente. Si está totalmente sumergido, tienen lugar fundamentalmente los procesos químicos. En la zona de oscilación, actúan los ataques químicos con otras acciones físicas como cristalizaciones de sales, heladas, etc. En la zona no sumergida, pero cercana al agua, ésta sube por capilaridad y arrastra sales que pueden cristalizar dando lugar a expansiones. Además, los cloruros del agua marina (MgCl2) solubilizan el hidróxido de calcio (Ca(OH)2) (portlandita) que se ha formado durante el fraguado y endurecimiento del cemento, formando cloruro de calcio e hidróxido de magnesio.

http://blog.hidrodemolicion.com/2013/02/corrosion-del-hormigon-en-ambiente.html

El tema se complica cuando tratamos con hormigón armado. Efectivamente, los cloruros (incluso los bromuros) presentes en el agua marina atacan a las armaduras. Los iones cloruro penetran por difusión por los poros del hormigón y llegan a las armaduras, donde forman un electrolito conductor que rompe su capa pasivante y se produce la oxidación llamada de “picadura”. Es por ello, que en las estructuras de hormigón armado situadas en ambiente marino, resulta fundamental respetar los recubrimientos recomendados para evitar la corrosión descrita.

Os dejo a continuación una guía técnica de IECA donde se describe con mayor detalle el comportamiento del hormigón en ambiente marino.

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Bibliografía y enlaces útiles sobre encofrados y cimbras

Imagen: AFECI (Asociación de Fabricantes de Encofrados y Cimbras). http://www.afeci.es/

Una vez finalizada la primera edición del curso MOOC sobre cimbras y encofrados, algunos alumnos me han solicitado que reúna toda la documentación y enlaces de interés al respecto. Es por ello que os dejo a continuación una lista que, probablemente, iré ampliando sucesivamente. Por cierto, al final más de 1000 alumnos se inscribieron en este primer curso gratuito y masivo. El objetivo era un curso divulgativo que llegase al máximo número de perfiles diferentes. Estamos preparando ya una segunda edición MOOC similar para aquellos que no pudieron hacer la primera versión y un curso de 30 horas donde, además se incluyan problemas y casos prácticos y permita un certificado oficial del Centro de Formación de Posgrado de la Universitat Politècnica de València (muchos alumnos necesitan, a parte de los conocimientos, un certificado académico). Ya os iré contando este proyecto, que seguramente se pondrá en marcha en el último trimestre de este año.

Enlaces y documentos de interés:

Estudios de apuntalamiento: De la teoría a la práctica. Jornada divulgativa (2018). Seguridad en fase de estructuras. (enlace)

Sistemas de encofrado: análisis de soluciones técnicas y recomendaciones de buenas prácticas preventivas. Fundación Agustín de Betancourt (2011), Comunidad de Madrid, 130 pp. (enlace)

Estudio de las condiciones de trabajo en encofrado, hormigonado y desencofrado. Fernández, R.; Honrado, C. (2010), Junta de Castilla y León, 68 pp. (enlace)

Guía informativa sobre encofrados y cimbras. AFECI. (enlace)

Guía práctica de encofrados. OSALAN (2007), Instituto Vasco de Seguridad y Salud Laborales, 200 pp. (enlace)

Colección de Legislación en materia de Prevención de Riesgos Laborales. INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. (enlace)

REAL DECRETO 2177/2004, de 12 de noviembre, por el que se modifica el Real Decreto 1215/1997, de 18 de julio, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo, en materia de trabajos temporales en altura. BOE nº 274 13-11-2004. (enlace)

Orden FOM/3818/2007, de 10 de diciembre, por la que se dictan instrucciones complementarias para la utilización de elementos auxiliares de obra en la construcción de puentes de carretera.(enlace) BOE Nº 310 27-12-2007

Soluciones completas de encofrado túnel. Túneles y encofrados. (enlace)

Encofrado vertical. Sistemas trepantes (I). Notas técnicas de prevención. INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (2009). (enlace)

Encofrado vertical. Muros a dos caras, pilares, muros a una cara (II). Notas técnicas de prevención. INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (2009).  (enlace)

Encofrado horizontal: protecciones colectivas (I). Notas técnicas de prevención. INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (2008). (enlace)

Encofrado horizontal: protecciones colectivas (II). Notas técnicas de prevención. INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (2008).  (enlace)

Cimbras montadas con elementos prefabricados (I): normas constructivas. Notas técnicas de prevención. INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (2016). (enlace)

Cimbras montadas con elementos prefabricados (II): normas constructivas. Notas técnicas de prevención. INSHT, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo (2016). (enlace)

Norma UNE 180 201: Encofrados. Diseño general, requisitos de comportamiento y verificaciones. AENOR (2016). (enlace)

Norma UNE-EN 12812: Cimbras. Requisitos de comportamiento y diseño general. AENOR (2008). (enlace)

Norma UNE 76501: Estructuras auxiliares y desmontables. Clasificación y definición. AENOR (1987).

Norma UNE-EN 1065: Puntales telescópicos regulables de acero. Especificaciones del producto, diseño y evaluación por cálculos y ensayos. AENOR (1999).

Norma UNE-EN 16031: Puntales telescópicos regulables de aluminio. Especificaciones del producto, diseño y evaluación por cálculos y ensayos. AENOR (2013).

Bibliografía:

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ACI 318. Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318S-05) y Comentario (ACI 318SR-05).

APA (2002). Encofrado de concreto (hormigón). Guía de diseño y construcción. 

Báez, J.M. (2016). Análisis de las legislaciones e cimbras en materia de prevención en Reino Unido, España y República Dominicana. Tesis de Máster. Universitat Politècnica de Catalunya.

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Gasch, I. (2012). Estudio de la evolución de cargas en forjados y estructuras auxiliares de apuntalamiento durante la construcción de edificios de hormigón in situ mediante procesos de cimbrado, clareado y descimbrado de plantas sucesivas. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil. Universitat Politècnica de València.

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Ledo, J.Mª. (1997). Andamios, apeos y entibaciones. 17ª edición. Grupo Editorial CEAC, S.A. Barcelona, 168 pp.

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Ricouard, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.

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SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

Yepes, V. (1992). Seguridad en la construcción de tableros de puentes losa cimbrados. Apuntes del Máster Seguridad e Higiene en la Construcción. Universidad Politécnica de Valencia.

Yepes, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp.

 

 

Premio Docencia en Red 2017/2018

El viernes pasado recogí en el Paraninfo de la Universitat Politècnica de València, uno de los premios de Docencia en Red correspondientes a la convocatoria 2017/2018. Pero, ¿qué es la Docencia en Red? Para trabajar en la mejora del rendimiento académico de los estudiantes, la UPV ha definido una línea de acción de intensificación del uso de las nuevas tecnologías de la información y las comunicaciones en la docencia. En este contexto, el Plan DOCENCIA EN RED, tiene como objetivo es incentivar en el profesorado la elaboración de materiales educativos reutilizables en formato digital.

Los materiales educativos se elaboran en formato digital, de forma que puedan ser almacenados en bases de datos, distribuidos a través de la red y accesibles desde cualquier navegador estándar. Los objetos de aprendizaje elaborados se incluyen en el repositorio institucional de la UPV (RiuNet).

En particular, este año hice una serie de vídeos educativos relacionados con las cimbras autolanzables. Este material ha formado parte del curso MOOC sobre cimbras y encofrados, que ha tenido más de 1000 alumnos inscritos y que en septiembre volverá a repetirse su edición.

Técnicas de optimización avanzada y sus aplicaciones a la ingeniería civil

Tal y como os comenté en un post anterior, un grupo de profesores decidimos lanzar un número especial sobre optimización avanzada en la revista Advances in Civil Engineering (indexada en el JCR). El enlace, en abierto, al contenido de este número especial lo podéis ver aquí: https://www.hindawi.com/journals/ace/si/893072/

Además, os dejo la presentación del número especial:

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El número completo lo tenéis también aquí:

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El puente de Hradecky, en Liubliana (Eslovenia)

Puente de Hradeck, en Liubliana (Eslovenia). Imagen: V. Yepes (2018)

Con motivo de la Conferencia Internacional HPSM/OPTI 2018, que tuvo lugar en Liubliana (Eslovenia), tuve la oportunidad de visitar la ciudad y sus puentes. Me llamó la atención el puente de Hradeck.

Se trata de uno de los pocos puentes de hierro fundido que sobrevive en Europa. El primer puente de este tipo, el de Coalbrookdale (Inglaterra), se construyó entre 1777 y 1779. Este puente, construido después, se inauguró el 18 de octubre de 1867, aunque a lo largo de los años se ha cambiado hasta dos veces de su posición original. Este puente, que sustituyó al antiguo Puente de Zapatero de madera, presenta una longitud total de 30,8 m y un ancho de 6,42 m. Su proyectista fue Johann Hermann. El puente está compuesto de elementos prefabricados de perfil triangular, que se transportaron a Liubliana y se conectaron en obra con tornillos. En el año 2011 se trasladó el puente a su ubicación actual, siendo su uso actual sólo para peatones y ciclistas.

Os dejo un vídeo sobre el puente, que espero que os guste.

 

Estudio paramétrico de pasarelas de hormigón de sección en cajón

Os dejo a continuación, en abierto, un estudio paramétrico que hemos realizado sobre pasarelas de hormigón postesado de sección en cajón. Espero que os sea de interés.

Referencia:

YEPES, V.; PÉREZ-LÓPEZ, E.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T. (2018). Parametric study of concrete box-girder footbridges. Journal of Construction Engineering, Management & Innovation, 1(2):67-74. doi:10.31462/jcemi.2018.01067074

ABSTRACT:

This paper presents a study of the parametric variability of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. SAMO2 algorithm is used for the parametric study. This algorithm combines SA with a mutation operator, to find the economic solutions. A span-length parametric study analyzes the characteristics for the best design of a three-span deck in which the main span ranges from 30 to 60 m. The depth and the number of strands were adjusted according to span length, while the thickness of the slabs presented the same optimum values in all cases. Results show that the amount of steel and volume of concrete per square meter of deck shows a good correlation with the main span length. This study demonstrates that by increasing the main span length by one meter, the total cost per square meter of the deck increases by 6.38 euros on average. Thus, this paper shows the relationship between the span length and geometrical and steel variables to produce and build a cost-efficient pedestrian bridge.

KEYWORDS:

Structural optimization; Post-tensioned concrete; Box-girder bridge; Pedestrian bridge

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Concepto de Sistema de Gestión de Puentes (SGP)

Colapso puente en Cerdeña. https://pxhere.com/es/photo/600583

En artículos anteriores ya hemos mencionado la necesidad de aumentar progresivamente los fondos para el mantenimiento y conservación de las infraestructuras. Estos fondos deben aplicarse de una manera eficiente, buscando la toma de decisiones basadas en los aspectos técnicos y económicos, teniendo también en cuenta los factores sociales y ambientales. Aquí vamos a prestar especial atención a los puentes.

La gestión de puentes se define, por tanto, como el conjunto de acciones a llevar a cabo para garantizar la seguridad y calidad de servicio de las estructuras gestionadas y optimizar el uso de recursos disponibles. No obstante, esta gestión no debe limitarse a la fase de servicio del puente, y debe establecerse tan pronto como sea posible, preferiblemente en la fase de diseño, proyecto y ejecución.

Los sistemas de gestión de puentes, según se puede extraer de las aplicaciones desarrolladas en los diferentes países que ya los tienen implementados, se plantean como herramientas cada vez más desarrolladas como resultado de la evolución de las computadoras y su capacidad de procesamiento. Generalmente presentan una estructura modular, con una serie de elementos comunes, que forman los siguientes módulos básicos:

  • Inventario
  • Inspección y evaluación
  • Apoyo a las decisiones y la gestión. Matrices de decisión
  • Catálogo de daños
Componentes de un sistema de gestión de puentes (Austroads, 2002)

Estos sistemas deben ayudar al gestor a tomar decisiones basadas en la información recopilada durante las inspecciones y determinación de la condición de los puentes, simulando varios escenarios de acción para poder predecir el nivel de conservación futuro de cada elemento y optimizar los recursos económicos para realizar acciones que prolonguen la vida útil de los puentes de la red y mantengan un nivel de servicio adecuado. En la siguiente figura se muestra esquemáticamente el planteamiento conceptual de los efectos de la aplicación de estrategias de conservación en mantenimiento, frente a políticas de no inversión:

Concepto de vida útil y su gestión. León González (2008)

Los modelos de evolución del deterioro futuro de elementos plantean una previsión de la degradación, basándose en diferentes teorías probabilísticas. Hay modelos deterministas, modelos según evolución planificada de daños o probabilístico, basado en el estado actual del elemento y probabilidad de una tasa predeterminada de deterioro en el tiempo y modelos de valoración de costes que tienen en cuenta un análisis económico a lo largo del ciclo de vida de los puentes gestionados.

Los sistemas de gestión de puentes deben aportar criterios objetivos para determinar en qué momento compensa tomar la decisión de llevar a cabo medidas de conservación, teniendo en cuenta los beneficios de la inversión y los riesgos de que los deterioros puedan crecer con el tiempo y suponer costes de reparación mucho más elevados.

Esquema de funcionamiento del sistema de gestión de puentes (Ministerio de Fomento, 2012)

 

Por tanto, aunque no es tarea sencilla, pues siempre hay un cierto condicionamiento del contexto económico por el que pueda atravesar la administración gestora, que pudiera tener que restringir el gasto por debajo de límites que garantizasen la optimización de las labores de gestión, se proponen las siguientes etapas generales descritas en diferentes metodologías de sistemas de gestión de puentes:

1º. Definición de los elementos estándar en un puente

2º. Inventario y creación de una base de datos de puentes y elementos existentes.

3º. La identificación mediante labores de inspección de puentes de las anomalías de cada elemento y el desarrollo modelos para predecir el futuro deterioro.

4º. Desarrollo de acciones de conservación y mantenimiento para cada conjunto de elementos y cada una de las tipologías de anomalía detectadas.

5º. Desarrollo de modelos de optimización y toma de decisiones.

En general, existe un avance importante, llevado a cabo en los últimos años en países desarrollados, en lo que a las etapas de inventariado y creación de bases de datos se refiere, existiendo lagunas y líneas de acción pendientes en lo que se refiere a las etapas finales de implementación de sistemas de gestión (modelos de predicción y toma de decisiones), siendo esta última la línea de investigación que ayudará a la optimización de los recursos disponibles, como culminación del desarrollo de la técnica en cuanto a gestión, conservación y mantenimiento de los puentes.

En las referencias os dejo algunos artículos de nuestro grupo de investigación relacionada con la gestión de los puentes a lo largo de su ciclo de vida, con la optimización multiobjetivo y la toma de decisión multicriterio.

Referencias:

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety. Engineering Structures, 125:325-336. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.07.012.

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, 56(1):139-150. doi:10.1007/s00158-017-1653-0

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M.; YANG, D.Y. (2017). Lifetime Reliability-Based Optimization of Post-Tensioned Box-Girder Bridges. Engineering Structures, 145:381-391. DOI:10.1016/j.engstruct.2017.05.013 OPEN ACCESS

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Life cycle cost assessment of preventive strategies applied to prestressed concrete bridges exposed to chlorides. Sustainability, 10(3):845. doi:10.3390/su10030845 (link).

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Social life cycle assessment of concrete bridge decks exposed to aggressive environments. Environmental Impact Assessment Review, 72:50-63. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2018.05.003

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2018). Life cycle impact assessment of corrosion preventive designs applied to prestressed concrete bridge decks. Journal of Cleaner Production, 196:698-713. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.110

PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). A review of multi-criteria decision making methods applied to the sustainable bridge design. Sustainability, 8(12):1295. DOI:10.3390/su8121295

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. doi:10.3390/su10030685 (link)

PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.;  YEPES, V. (2017). Life-cycle assessment: A comparison between two optimal post-tensioned concrete box-girder road bridges. Sustainability, 9(10):1864. doi:10.3390/su9101864 (link)

SIERRA, L.A.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2017). Method for estimating the social sustainability of infrastructure projects.Environmental Impact Assessment Review, 65:41-53. DOI: 10.1016/j.eiar.2017.02.004

SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects.  Journal of Cleaner Production, 176:521-534. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.12.140

SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2017). Assessing the social sustainability contribution of an infrastructure project under conditions of uncertainty. Environmental Impact Assessment Review, 67:61-72. DOI:10.1016/j.eiar.2017.08.003 (link)

SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2018). A review of multi-criteria assessment of the social sustainability of infrastructures. Journal of Cleaner Production, 187:496-513. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.03.022.