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estructuras


Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - cimentaciones, estructuras, medios auxiliares, MOOC    

By Leonard G. [CC0], from Wikimedia Commons

En una entrada anterior dimos recomendaciones acerca de la cimentaci贸n de una cimbra en el caso particular de la construcci贸n de un puente losa. Ahora vamos a explicar brevemente los requisitos b谩sicos de cualquier tipo de cimbra atendiendo a lo dispuesto en la norma UNE-EN 12812:2008 “Cimbras. Requisitos de comportamiento y dise帽o estructural”.

Una cimbra, tal y como dispone dicha norma, se utiliza normalmente para soportar las cargas producidas al verter hormig贸n fresco durante la construcci贸n de estructuras permanentes hasta que se alcance la capacidad de soportar la carga suficientemente, tambi茅n sirve para absorber las cargas de elementos estructurales, instalaciones y equipos utilizados durante la construcci贸n, el mantenimiento, la reforma o el derribo de las estructuras y, adicionalmente, proporcionan sustento para el almacenamiento temporal de materiales de construcci贸n, elementos estructurales y equipos.

Como puede verse, la cimbra es una estructura que debe transmitir las cargas al terreno o a otra subestructura. Puede ser una subestructura habilitada a tal efecto, la superficie del terreno existente (por ejemplo, roca), una superficie parcialmente excavada y preparada (por ejemplo, tierra), una estructura ya existente o bien un cimiento propiamente dicho.

Apoyo sin ninguna incrustaci贸n en el terreno

El cimiento de una cimbra se puede apoyar directamente sobre el terreno, siempre que se retire la capa superficial del suelo. En este caso se deben cumplir las siguientes condiciones:

  • Los cimientos deben resistir los arrastres por aguas superficiales o subterr谩neas, al menos, durante la vida de la cimbra. Para ello se puede ejecutar un drenaje o bien se puede proteger dicha cimentaci贸n con una capa de hormig贸n.
  • No deben existir heladas que afecten a terrenos permeables que sean superficie de apoyo, al menos, durante la vida de la cimbra.
  • La superficie de apoyo no debe superar el 8% de pendiente. En otro caso, se debe realizar un macizo de apoyo o cualquier otra soluci贸n que permita disipar la componente de fuerza en el terreno.
  • En terrenos cohesivos, y cuando la distancia al borde es grande, se debe disponer de un drenaje por debajo de la base de cimentaci贸n.
  • En el caso de terrenos no cohesivos, se debe asegurar que no sea probable que el nivel fre谩tico se eleve a menos de un metro de la parte inferior de la estructura. La raz贸n es mantener el asentamiento en un valor suficientemente bajo.
  • Se debe verificar la capacidad de esfuerzo cortante lateral.

 

Apoyo sobre una estructura permanente existente

En este caso hay que verificar la capacidad de la estructura permanente para soportar las cargas aplicadas de la cimbra.

Elementos rectangulares apilados

Se pueden utilizar elementos de madera rectangulares u otros elementos comparables para el apoyo en la ejecuci贸n de las torres portantes, as铆 como para el ajuste de la altura de la base de la construcci贸n en combinaci贸n con la cimentaci贸n. Estos elementos se deben colocar transversalmente, ampli谩ndose el 谩rea base con cada capa desde la parte superior a la inferior. Asimismo, se debe comprobar que el apoyo de la ejecuci贸n para las torres portantes debe cubrir toda la secci贸n transversal de la torre (Figura 1).

Figura 1. Apoyo de una torre portante mediante elementos apilados. AENOR (2008)

El extremo superior de los elementos apilados debe dise帽arse como un apoyo horizontal arriostrado, o bien, se debe estabilizar el punto de apoyo en cualquier direcci贸n horizontal mediante anclajes horizontales. Este elemento apilado se considera como un punto de apoyo horizontal arriostrado si se cumple (Figura 2):

Figura 2. Elemento apilado para ajuste de la altura. AENOR (2008)

Torres de carga

Se requiere asegurar la forma de la secci贸n de la estructura de apoyo mediante anclajes o planos rigidizados, en la parte superior e inferior de la torre. Se puede sustituir dichos anclajes por el propio encofrado o por la cimentaci贸n en el caso de que la torre est茅 bien conectada a dichos elementos.

Referencias.

AENOR (2008). Norma Espa帽ola UNE-EN 12812 Cimbras. Requisitos de comportamiento y dise帽o general.

 

1 agosto, 2018
 
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Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - cemento, estructuras, hormig贸n, ingenier铆a mar铆tima    

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

La gran cantidad de obras mar铆timas que se realizan han obligado a realizar numerosos estudios sobre el comportamiento de los hormigones sometidos a la acci贸n del agua del mar. El hormig贸n, como material heterog茅neo que es, presenta propiedades que var铆an de las caracter铆sticas de sus componentes, de sus cantidades, de la forma de poner dicho hormig贸n en obra, del curado y conservaci贸n, del medio donde va a estar trabajando, entre otras.

En efecto, el agua de mar provoca un proceso muy complejo sobre el hormig贸n en el que intervienen gran n煤mero de par谩metros mec谩nicos, f铆sicos, qu铆micos, biol贸gicos y atmosf茅ricos. Sin embargo, la agresividad qu铆mica de los componentes del agua marina sobre los productos de hidrataci贸n del cemento, en especial el hidr贸xido de magnesio (Mg(OH)2) y el sulfato c谩lcico (CaSO4), provocan expansiones debidas a la reacci贸n 谩lcali-谩rido,聽si hay 谩rido reactivo, a la presi贸n de cristalizaci贸n de sales en el hormig贸n, a la acci贸n del hielo en climas fr铆os, a la corrosi贸n de las armaduras y a la erosi贸n f铆sica debida al oleaje. Estas acciones aumentan la permeabilidad del hormig贸n, 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 expansi贸n y la rotura. Con todo,聽el agua de mar es menos agresiva para el hormig贸n que cada una de las soluciones que la componen individualmente debido a que el comportamiento expansivo asociado con formaci贸n de estringita est谩 inhibido por la presencia de cloruros聽y facilita su solubilidad. Adem谩s, el CO2 disuelto en el agua carbonata gradualmente al hormig贸n, formando una capa superficial de carbonato c谩lcico que act煤a como protector frente al ataque del hidr贸xido de magnesio y del sulfato c谩lcico los cuales terminan colmatando los poros restantes.

Lo anteriormente expuesto indica que, en un hormig贸n de razonable calidad, no suele ser un serio problema el ataque qu铆mico por el agua de mar. El par谩metro esencial que determina el buen comportamiento de un hormig贸n es su compacidad y la morfolog铆a de sus poros. Por tanto, aunque el agua de mar podr铆a considerarse como poco agresiva respecto de los hormigones, el ambiente marino, por s铆 mismo, resulta fuertemente agresivo. En efecto, el ataque qu铆mico del agua de mar depende de si el hormig贸n se encuentra sumergido total o parcialmente. Si est谩 totalmente sumergido, tienen lugar fundamentalmente los procesos qu铆micos. En la zona de oscilaci贸n, act煤an los ataques qu铆micos con otras acciones f铆sicas como cristalizaciones de sales, heladas, etc. En la zona no sumergida, pero cercana al agua, 茅sta sube por capilaridad y arrastra sales que pueden cristalizar dando lugar a expansiones. Adem谩s, los cloruros del agua marina (MgCl2) solubilizan el hidr贸xido de calcio (Ca(OH)2) (portlandita) que se ha formado durante el fraguado y endurecimiento del cemento, formando cloruro de calcio e hidr贸xido de magnesio.

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

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

Os dejo a continuaci贸n una gu铆a t茅cnica de IECA donde se describe con mayor detalle el comportamiento del hormig贸n en ambiente marino.

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26 julio, 2018
 
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Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - arco, estructuras, historia, ingenier铆a civil, Puentes    

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 llam贸 la atenci贸n 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聽(Inglaterra), se construy贸 entre 1777 y 1779. Este puente, construido despu茅s, se inaugur贸 el 18 de octubre de 1867, aunque a lo largo de los a帽os se ha cambiado hasta dos veces de su posici贸n original. Este puente, que sustituy贸 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 est谩 compuesto de elementos prefabricados de perfil triangular, que se transportaron a Liubliana y se conectaron en obra con tornillos. En el a帽o 2011 se traslad贸 el puente a su ubicaci贸n actual, siendo su uso actual s贸lo para peatones y ciclistas.

Os dejo un v铆deo sobre el puente, que espero que os guste.

 

19 julio, 2018
 

Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - algoritmo, costes, estructuras, hormig贸n, optimizaci贸n, Puentes    

Os dejo a continuaci贸n, en abierto, un estudio param茅trico que hemos realizado sobre pasarelas de hormig贸n postesado de secci贸n en caj贸n. Espero que os sea de inter茅s.

Referencia:

YEPES, V.; P脡REZ-L脫PEZ, E.; ALCAL脕, J.; GARC脥A-SEGURA, T. (2018).聽Parametric study of concrete box-girder footbridges.Journal of Construction Engineering, Management & Innovation,聽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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17 julio, 2018
 

Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - cemento, ciclo de vida, estructuras, hormig贸n    

Revestimiento de suelo de resina epoxi l铆quida

Un revestimiento constituye una barrera que impide el paso y el acceso de los agentes agresivos exteriores en el hormig贸n. Se trata de capas finas, de unas micras hasta 3 mm de espesor, de diferentes productos, que pueden ser pinturas o micromorteros de diferentes composiciones qu铆micas. Los agentes agresivos de los que el revestimiento debe realizar una protecci贸n son, entre otros, los siguientes:

  • El agua, por lo que el revestimiento debe ser impermeable
  • L铆quidos agresivos, por lo que el revestimiento debe ser resistente qu铆micamente
  • Cloruros y otros iones, que normalmente vienen disueltos en agua
  • Di贸xido de carbono, por lo que el revestimiento debe ser una barrera a dicho gas

 

Se utilizan como revestimiento productos diferentes seg煤n el tipo de protecci贸n que se quiera realizar. Los productos m谩s habituales son las resinas epoxi, las resinas de brea-epoxi, las emulsiones bituminosas, las pinturas acr铆licas, las impregnaciones de siloxanos, los micromorteros de cementos y los micromorteros de epoxi-cemento.

Resinas epoxi

La resina epoxi constituye un revestimiento formado por dos componentes termoendurecibles.聽 Son muy interesantes como revestimiento del hormig贸n porque presentan una gran adherencia, buenas resistencias mec谩nicas, magn铆fica resistencia qu铆mica, elevada impermeabilidad a l铆quidos y gases y una buena resistencia a la abrasi贸n y a los golpes. Las resinas epoxi puras presentan las mejores caracter铆sticas, pero debido a la dificultad existente en su aplicaci贸n por la elevada viscosidad, se emulsionan con agua o se disuelven con disolventes org谩nicos.

Resinas de brea-epoxi

La uni贸n de la brea -que es un producto d煤ctil y el谩stico-, con la resina epoxi -que presenta una excesiva rigidez-, produce un revestimiento de mayor flexibilidad y menor coste que la聽 resina epoxi, si bien con unas caracter铆sticas menores en cuanto a la resistencia qu铆mica y mec谩nica. As铆 y todo, resulta un producto adecuado para determinados usos.

Pinturas bituminosas

Las emulsiones bituminosas se componen de bet煤n asf谩ltico, agua y un agente emulsionante. Son pinturas que se pueden aplicar a brocha, rodillo o proyecci贸n mec谩nica. Estos productos se caracterizan por su gran impermeabilidad al agua, su facilidad de aplicaci贸n y colocaci贸n, su buen comportamiento en contacto con el terreno y su bajo coste.

Pinturas acr铆licas

Se trata de resinas acr铆licas emulsionadas en agua o con disolventes org谩nicos a fin de mejorar su fluidez y aplicabilidad. Se trata de unas pinturas que se suelen utilizar para evitar la carbonataci贸n del hormig贸n. Entre sus caracter铆sticas principales destaca su excelente impermeabilidad tanto al agua, al di贸xido de carbono y a los cloruros, su buen aspecto est茅tico y su permeabilidad al vapor de agua.

Impregnaciones a base de siloxanos

Son impregnaciones que, sin llegar a formar una pel铆cula continua, se introducen en los poros del hormig贸n e impiden la entrada de las gotas de agua al cambiar su tensi贸n superficial. Este car谩cter hidr贸fugo hacen a estas impregnaciones adecuadas para proteger al hormig贸n de los ataques por cloruros, pues 茅stos viajan disueltos en el agua.

Micromorteros de cemento

Son mezclas de cemento, arena fina y resinas sint茅ticas (normalmente acr铆licas). Forman un revestimiento de 2-3 mm impermeables y con una buena resistencia a la abrasi贸n. Dejan una superficie muy cerrada y adecuada para una posterior aplicaci贸n de otra pintura de revestimiento. Son adecuados estos revestimientos para hormigones que puedan estar sumergidos de forma no permanente, incluso en entornos donde ataquen los cloruros.

Micromorteros de epoxi-cemento

Son como los anteriores, pero sustituyendo las resinas acr铆licas por resinas epoxi. En este caso, adem谩s de aditivo, las resinas epoxi act煤an como ligante junto al cemento. Ello permite una gran impermeabilidad y resistencia mec谩nica, y unas resistencias qu铆micas aceptables. Para un ataque qu铆mico medio suele bastar una capa de 2 mm. Adem谩s, tambi茅n son recomendables en combinaci贸n con posteriores aplicaciones de pinturas de resinas epoxi.

 

Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - estructuras, ingenier铆a civil, Puentes    

Imagen del “Silver Bridge” tras el colapso (1967). Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2500886

En general, las necesidades de los trabajos de mantenimiento y conservaci贸n han ido creciendo en todos los pa铆ses desarrollados con redes de infraestructuras importantes. En principio, estas labores estaban enfocadas desde el punto de vista de resolver problemas de la estructura ya deteriorada, mediante reparaciones y acciones puntuales, para pasar, actualmente, en los sistemas de gesti贸n m谩s desarrollados, a tratarse de labores preventivas que eviten llegar a la situaci贸n de degradaci贸n 煤ltima de la estructura, en la cual se disparan los costes de adecuaci贸n.

Mapa conceptual sobre sistemas de gesti贸n de puentes. Elaborado por V. Yepes

Os dejo a continuaci贸n la presentaci贸n de una clase sobre mantenimiento de puentes que impart铆 recientemente en la asignatura “Gesti贸n del mantenimiento de infraestructuras”, del Grado en Ingenier铆a Civil de la Escuela T茅cnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.

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19 junio, 2018
 
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Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - ciclo de vida, estructuras, hormig贸n, investigaci贸n, Puentes, sostenibilidad    

Acaban de publicarnos un art铆culo en la revista聽Environmental Impact Assessment Review聽(primer decil del JCR), de la editorial ELSEVIER, en el que se realiza una valoraci贸n de las medidas preventivas consideradas en el proyecto a lo largo del ciclo de vida de un puente de hormig贸n sometido a un ambiente costero, donde los clorh铆dricos suponen una agresi贸n que supone un mantenimiento de la infraestructura. En el art铆culo se analizan 15 dise帽os diferentes y se comprueba que no siempre realizar un mantenimiento m铆nimo supone menores impactos ambientales. Adem谩s, los tratamientos superficiales y la adici贸n de humo de s铆lice supone una reducci贸n del 70% en los impactos.

Adem谩s, la editorial ELSEVIER nos permite la聽distribuci贸n gratuita del art铆culo聽hasta el 6 de agosto de 2018. Por tanto, os paso el enlace para que os pod谩is descargar este art铆culo:聽https://authors.elsevier.com/a/1XERB3QCo9R2ye

Referencia:

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

Abstract:

Chloride corrosion of reinforcing steel in concrete structures is a major issue in the construction sector due to economic and environmental reasons. Assuming different prevention strategies in aggressive marine environments results in extending the service life of the exposed structures, reducing the maintenance actions required throughout their operation stage. The aim of the present study is to analyze the environmental implications of several prevention strategies through a life cycle assessment using a prestressed bridge deck as a case study.

The environmental impacts of 15 prevention alternatives have been evaluated when applied to a real case of study, namely a bridge deck exposed to a chloride laden surrounding. The Eco-indicator 99 methodology has been adopted for the evaluation of the impacts. As some of the alternatives involve the use of by-products such as fly ash and silica fume, economic allocation has been assumed to evaluate their environmental impacts.

Results from the life cycle analysis show that the environmental impacts of the chloride exposed structure can be reduced significantly by considering specific preventive designs, such as adding silica fume to concrete, reducing its water to cement ratio or applying hydrophobic or sealant treatments to its surface. In such scenarios, the damage caused to the environment mainly due to maintenance operations and material consumption can be reduced up to a 30鈥40% of the life cycle impacts associated to a conventional design. The study shows how the application of life cycle assessment methodologies can be of interest to reduce the environmental impacts derived from the maintenance operations required by bridge decks subjected to aggressive chloride laden environments.

Keywords:

Life cycle assessment;聽Chloride corrosion;聽Preventive measures;聽Eco-indicator 99;聽Bridge deck;聽Sustainable design;聽Concrete

Highlights:

  • Life cycle assessment of different design strategies for bridge decks in marine environments.
  • 15 different design alternatives were studied and compared with the conventional design.
  • Less maintenance does not always result in lower environmental impacts.
  • Steel and maintenance are main contributors to environmental burdens.
  • Surface treatments and the addition of silica fume reduce impacts up to 70%.

 

 

 

Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - estructuras, hormig贸n, investigaci贸n    

By MADe [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], from Wikimedia Commons

En posts anteriores ya hemos tratado el tema del di贸xido de carbono y el hormig贸n, en especial cuando cuantific谩bamos la cantidad de聽 CO2 que se emite a la atm贸sfera con la fabricaci贸n del hormig贸n o bien cuando trat谩bamos sobre la durabilidad del hormig贸n. En este post vamos a realizar un peque帽o an谩lisis de las investigaciones relacionadas con la carbonataci贸n del hormig贸n a lo largo del ciclo de vida de una estructura (Yepes, 2017).

Son pocos los estudios sobre el ciclo de vida de estructuras de hormig贸n que consideran la carbonataci贸n. Si se ignora la absorci贸n de CO2 se pueden sobrestimar las emisiones en un 13-48%, dependiendo del tipo de cemento y la aplicaci贸n del hormig贸n reciclado durante la vida secundaria (Collins, 2010). Este proceso de carbonataci贸n se denomina muchas veces recarbonataci贸n, puesto que el producto final es el carbonato c谩lcico, que es qu铆micamente el mismo componente que se utiliz贸 como ingrediente primario para la fabricaci贸n del cemento. La carbonataci贸n del hormig贸n se puede evaluar mediante modelos te贸ricos (Papadakis et al., 1991), modelos experimentales (Jiang et al., 2000) y modelos basados en la teor铆a de la difusi贸n y en pruebas reales (Houst y Wittmann, 2002).

El coeficiente de carbonataci贸n del hormig贸n depende de la porosidad y de la permeabilidad del recubrimiento de las armaduras, as铆 como de las condiciones ambientales a las que est茅 expuesto (Bertolini et al., 2004). Cuando reducimos la relaci贸n agua/cemento, dificultamos la difusi贸n de CO2 en el hormig贸n. El hecho de que la velocidad de carbonataci贸n sea mayor en hormigones protegidos de la intemperie se debe al bloqueo parcial de los poros por efecto de la lluvia en el exterior no protegido.

Oxidaci贸n de las armaduras como limitante de la durabilidad del hormig贸n armado

Si se comparan ambas condiciones se obtienen grandes diferencias, mostr谩ndose la gran influencia que tiene la humedad en la carbonataci贸n (Gal谩n et al., 2010). La cantidad necesaria de CO2 para bajar el pH hasta rangos casi neutros, en los que las armaduras dejan de estar protegidas, variar谩 en funci贸n de la reserva alcalina que el cemento aporte al hormig贸n, la cual depende tanto del tipo como de la cantidad de cemento utilizado (Ho and Lewis, 1987; Kobayashi y Uno, 1989). Zornoza et al. (2009) se帽alaron que la capacidad del hormig贸n para fijar CO2 es proporcional a la alcalinidad de la pasta de cemento. Otro factor muy importante es el recubrimiento del acero, pues cuanto mayor sea, m谩s tiempo tardar谩 el CO2 en deteriorar la protecci贸n alcalina frente a la corrosi贸n del acero. La EHE-08 (Fomento, 2008) calcula el coeficiente de carbonataci贸n en funci贸n de la exposici贸n a la lluvia, el aire ocluido, la resistencia del hormig贸n y el uso de adiciones.

Leber y Blakey (1956) estimaron los efectos de la carbonataci贸n suponiendo que todo el CO2 absorbido reacciona con la cal para formar carbonato c谩lcico en morteros y en hormig贸n. La carbonataci贸n del hormig贸n capta CO2 y compensa las emisiones de otras etapas del ciclo de vida. El tipo de cemento y el uso de hormig贸n reciclado influyen significativamente en la captura de CO2 (Collins, 2010). Flower y Sanjayan (2007) encontraron que la escoria de alto horno y la ceniza volante podr铆an reducir, respectivamente, las emisiones de CO2 del hormig贸n en un 22% y entre un 13% y un 15% en mezclas de hormig贸n habituales.

Pade y Guimaraes (2007), Collins (2010) y Dodoo et al. (2009) consideraron los modelos predictivos de la primera ley de difusi贸n de Fick para estimar la captura de CO2. Esta captura depende del coeficiente de carbonataci贸n, del tiempo, de la cantidad de cemento Portland por metro c煤bico de hormig贸n, de la cantidad de contenido de CaO en el cemento Portland, de la proporci贸n de CaO que puede ser carbonatada y de la superficie expuesta. Pade y Guimaraes (2007) analizaron la cantidad de hormig贸n que se recicla para uso secundario seg煤n el pa铆s y concluyeron que la trituraci贸n del hormig贸n tras su vida 煤til incrementa significativamente la carbonataci贸n gracias a la mayor superficie expuesta. Aproximadamente dos tercios de las emisiones producidas en la calcinaci贸n para fabricar cemento se pueden capturar si se deja el hormig贸n triturado expuesto durante 30 a帽os tras la finalizaci贸n de su vida 煤til (Dodoo et al., 2009). De hecho, un 70% del CO2 liberado en la producci贸n de cemento se recapturar铆a por el hormig贸n endurecido en 100 a帽os (B枚rjesson y Gustavsson, 2000).

La durabilidad del hormig贸n armado puede disminuirse significativamente por los procesos de degradaci贸n de origen ambiental o funcional (Angst et al., 2009; Guzm谩n et al., 2011). En consecuencia, la reducci贸n de la vida 煤til provoca una mayor cantidad de emisiones anuales. Adem谩s, contemplar la durabilidad tambi茅n es fundamental en un buen dise帽o conceptual, en la gesti贸n de calidad en la construcci贸n y en un buen plan de mantenimiento. As铆, A茂tcin (2000) se帽al贸 la importancia de considerar no solo el coste de 1 m3 de hormig贸n, sino el coste de 1 MPa o 1 a帽o del ciclo de vida de una estructura. La carbonataci贸n puede ayudar a reducir las emisiones totales de CO2 asociadas a la producci贸n de hormig贸n. Sin embargo, este fen贸meno hace perder la capa protectora alcalina que protege de la corrosi贸n y, por tanto, determina la durabiliad de la estructura.

Garc铆a-Segura et al. (2014) estudiaron el ciclo de vida de las emisiones de gases de efecto invernadero del hormig贸n elaborado con cemento con adiciones. Se evalu贸 la carbonataci贸n durante la vida 煤til y tras la demolici贸n, considerando que el 贸xido de calcio que no carbonate durante la etapa de uso lo puede hacer despu茅s de la demolici贸n. Encontraron que la carbonataci贸n durante la etapa de uso disminuye las emisiones totales en un 22% respecto a los hormigones con cemento Portland. Adem谩s, y esto es muy importante, el hormig贸n reciclado triturado y expuesto a la atm贸sfera garantiza una carbonataci贸n completa y una enorme reducci贸n de las emisiones de CO2.

Referencias:

A茂tcin, P.C. (2000). Cements of yesterday and today. Cement and Concrete Research, 30(9), 1349鈥1359.

Angst, U.; Elsener, B.; Larsen, C.K.; Vennesland, 脴. (2009). Critical chloride content in reinforced concrete 鈥 A review. Cement and Concrete Research, 39(12), 1122鈥1138.

Bertolini, L.; Elsener, B.; Pedeferri, P.; Polder, R.B. (2004). Corrosion of Steel in Concrete: Prevention, Diagnosis, Repair. Weinheim: Wiley-VCH.

B枚rjesson, P.; Gustavsson, L. (2000). Greenhouse gas balances in building construction: wood versus concrete from life-cycle and forest land-use perspectives. Energy Policy, 28(9), 575鈥588.

Collins, F. (2010). Inclusion of carbonation during the life cycle of built and recycled concrete: influence on their carbon footprint. The International Journal of Life Cycle Assessment, 15(6), 549鈥556.

Dodoo, A.; Gustavsson, L.; Sathre, R. (2009). Carbon implications of end-of-life management of building materials. Resources, Conservation and Recycling, 53(5), 276鈥286.

Flower, D.J.M.; Sanjayan, J.G. (2007). Green house gas emissions due to concrete manufacture. The International Journal of Life Cycle Assessment, 12(5), 282鈥288.

Fomento, M. (2008). EHE-08: Code on structural concrete. Madrid, Spain: Ministerio de Fomento.

Gal谩n, I.; Andrade, C.; Mora, P.; Sanjuan, M.A. (2010). Sequestration of CO2 by concrete carbonation. Environmental Science & Technology, 44(8), 3181鈥6.

Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Alcal谩, J. (2014). Life cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. The International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1), 3鈥12.

Guzm谩n, S.; G谩lvez, J.C.; Sancho, J.M. (2011). Cover cracking of reinforced concrete due to rebar corrosion induced by chloride penetration. Cement and Concrete Research, 41(8), 893鈥902.

Ho, D.; Lewis, R. (1987). Carbonation of concrete and its prediction. Cement and Concrete Research, 17(3), 489-504.

Houst, Y.F.; Wittmann, F. H. (2002). Depth profiles of carbonates formed during natural carbonation. Cement and Concrete Research, 32(12), 1923鈥1930.

Jiang, L.; Lin, B.; Cai, Y. (2000). A model for predicting carbonation of high-volume fly ash concrete. Cement and Concrete Research, 30(5), 699鈥702.

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Leber, I.; Blakely, F.A. (1956). Some effects of carbon dioxide on mortars and concrete. Journal of American Concrete Institute, 53(9), 295鈥308.

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5 junio, 2018
 

Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - ciclo de vida, estructuras, hormig贸n, investigaci贸n, Puentes, sostenibilidad, toma de decisiones    

By retocada por Yeza de la versi贸n original de Alonsoquijano [Public domain], from Wikimedia Commons

Actualmente existe una tendencia clara hacia la evaluaci贸n de los impactos en todas las etapas del ciclo de vida de un producto. Esta tendencia ha llegado a los proyectos de estructuras, donde la evaluaci贸n de las repercusiones sociales, ambientales y econ贸micas de las distintas alternativas no deriva en una decisi贸n clara y un铆voca de la mejor soluci贸n, sobre todo cuando los objetivos que se pretenden se encuentran enfrentados entre s铆 (Jato-Espino et al., 2014; Penad茅s-Pl脿 et al., 2016; Zamarr贸n-Mieza et al., 2017; Sierra et al., 2018). El problema de seleccionar la mejor opci贸n en el 谩mbito del proyecto de puentes ha supuesto una l铆nea de investigaci贸n que se ha desarrollado enormemente en las 煤ltimas d茅cadas. Balali et al. (2014) expusieron que los problemas relacionados con la toma de decisiones a lo largo del ciclo de vida de un puente se pueden enmarcar dentro de las siguientes fases: (a) proyecto, (b) construcci贸n, y (c) uso y mantenimiento. Estas fases son las que se consideran habitualmente por otros autores (Malekly et al, 2010), que adem谩s a帽aden una 煤ltima fase en el ciclo de vida de un puente: (d) reciclado o demolici贸n.

As铆 pues, el proyecto de puentes se caracteriza por la presencia de m煤ltiples objetivos de dise帽o -muchos contradictorios entre s铆-, y la selecci贸n de la mejor opci贸n entre distintas alternativas. La calidad, la constructibilidad, la seguridad, el impacto ambiental y el coste son los aspectos que normalmente se consideran en el dise帽o y la planificaci贸n de las operaciones de mantenimiento de un puente. La optimizaci贸n multiobjetivo (Multi-Objective Optimization, MOO) resulta una herramienta 煤til cuando varios objetivos desean optimizarse simult谩neamente. MOO proporciona un conjunto de soluciones eficaces, constituyendo la denominada frontera de Pareto. Las soluciones que forman parte de la frontera de Pareto no pueden mejorarse sin que empeore cualquier otra soluci贸n de dicho conjunto. Koumousis y Arsenis (1998) utilizaron MOO para el dise帽o de estructuras de hormig贸n. Liao et al (2011) revisaron los estudios que utilizaron metaheur铆sticas para problemas relacionados con el ciclo de vida de un proyecto de construcci贸n. Por su parte, Zavala et al. (2013) estudiaron las metaheur铆sticas utilizadas en la optimizaci贸n multiobjetivo de las estructuras.

Se pueden rese帽ar varios estudios que han utilizado la optimizaci贸n multiobjetivo para comparar el dise帽o de estructuras de hormig贸n armado (Reinforced Concrete, RC) atendiendo a la reducci贸n de las emisiones de gases de efecto invernadero y la reducci贸n de costes (Mart铆nez-Mart铆n et al., 2012; Garc铆a-Segura et al., 2014, 2016; Yepes et al, 2015). Pay谩 et al. (2008) optimizaron p贸rticos de edificaci贸n de RC utilizando como funci贸n objetivo la constructibilidad, los costes econ贸micos, el impacto ambiental y la seguridad general de la estructura. Mart铆nez-Mart铆n et al. (2012) optimizaron las pilas RC de un puente considerando como funciones objetivo el coste econ贸mico, la congesti贸n de las armaduras pasivas y las emisiones de CO2. Yepes et al. (2015) incorporaron como funci贸n objetivo la vida 煤til en el dise帽o de una viga de secci贸n en I confeccionada con hormig贸n de alta resistencia. Garc铆a-Segura et al. (2014) incluyeron, adem谩s, un factor que eval煤a la seguridad global en esa misma estructura.

A pesar de que los dise帽os deben garantizar cierta durabilidad, esta funci贸n objetivo suele utilizarse m谩s en el 谩mbito de la gesti贸n del mantenimiento de infraestructuras ya existentes. As铆, Liu y Frangopol (2005) emplearon la optimizaci贸n multiobjetivo en puentes deteriorados atendiendo a su estado, a los niveles de seguridad y al coste de mantenimiento de la estructura a lo largo del ciclo de vida. Sabatino et al. (2015) optimizaron las operaciones de mantenimiento de la estructura a lo largo de su ciclo de vida bajo los objetivos simult谩neos de reducci贸n del coste de mantenimiento y la utilidad m铆nima anual asociada con un indicador relacionado con la sostenibilidad. Torres-Machi et al. (2015) optimizaron la gesti贸n sostenible de un pavimento considerando simult谩neamente aspectos econ贸micos, t茅cnicos y ambientales.

Otro aspecto de inter茅s en el 谩mbito de la investigaci贸n son los procedimientos que permiten seleccionar una soluci贸n de un conjunto de opciones posibles atendiendo a m煤ltiples criterios. Las t茅cnicas de toma de decisiones proporcionan un procedimiento racional a las decisiones basadas en cierta informaci贸n, experiencia y juicio. Estas t茅cnicas pueden clasificarse de acuerdo con la forma en la que el decisor articula sus preferencias. En un proceso 鈥a priori鈥, los expertos asignan los pesos de cada criterio en la etapa inicial. El proceso 鈥a posteriori鈥 no requiere una definici贸n previa de las preferencias. Por ejemplo, la optimizaci贸n multiobjetivo genera una gama de soluciones 贸ptimas, que se consideran igualmente buenas 鈥揻rontera de Pareto-. En este caso, la toma de decisiones tiene lugar 鈥a posteriori鈥. Este enfoque permite el an谩lisis de las mejores soluciones seg煤n cada objetivo, lo cual proporciona informaci贸n sobre la relaci贸n entre los objetivos y las soluciones. Jato-Espino et al. (2014) presentaron una revisi贸n del desarrollo de los m茅todos de decisi贸n multicriterio aplicados a la construcci贸n. Existen numerosas t茅cnicas de toma de decisiones multicriterio. TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution), VIKOR (Multi-criteria Optimization and Compromise Solution), MAUT (Multi-Attribute Utility Theory), AHP (Analytical Hierarchy Process), ANP (Analytical Network Process), PROMETHEE (Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluations), DEA (Data Envelopment Analysis), COPRAS (Complex Proportional Assessment) o QFD (Quality Function Deployment), son, entre otras, las m谩s extensamente utilizadas.

Abu Dabous y Alkass (2010) presentaron una estructura jer谩rquica para la toma de decisiones en la gesti贸n de puentes basados en MAUT y AHP. Sabatino et al. (2015) recurrieron a la teor铆a de utilidad de m煤ltiples atributos para evaluar diversos aspectos de la sostenibilidad estructural considerando los riesgos asociados a los fallos en el puente y las actitudes frente al riesgo de los decisores. Ardeshir et al. (2014) emplearon un AHP difuso para seleccionar la ubicaci贸n para la construcci贸n de un puente. Aghdaie et al. (2012) emplearon AHP y COPRAS para calcular la importancia relativa de los criterios y clasificar las alternativas en la selecci贸n de ubicaciones para construir nuevas pasarelas. Balali et al. (2014) seleccionaron el material, el procedimiento constructivo y la tipolog铆a estructural de un puente mediante la t茅cnica PROMETHEE. Tanto VIKOR (Opricovic, 1998) como TOPSIS (Hwang y Yoon, 1981) son m茅todos que seleccionan soluciones basadas en la distancia m谩s corta a la soluci贸n ideal. Opricovic y Tzeng (2004) compararon VIKTOR y TOPSIS y mostraron que presentan algunas diferencias en relaci贸n con la funci贸n de agregaci贸n y los efectos de normalizaci贸n. La t茅cnica difusa (fuzzy) (Zadeh, 1965) es una t茅cnica 煤til para representar la incertidumbre inherente en la vida real. Joshi et al. (2004) evaluaron un conjunto de criterios para seleccionar la cimentacion m谩s adecuada mediante fuzzy. AHP se combina con fuzzy (Jakiel y Fabianowski, 2015, Wang et al., 2001) para seleccionar entre distintas tipolog铆as de puentes RC y alternativas de plataforma offshore, respectivamente. Abu Dabous y Alkass (2010) indicaron la dificultad en establecer la importancia relativa entre dos elementos con planteamientos deterministas, debido a la incertidumbre inherente al comportamiento de los diferentes elementos.

Se han propuesto muchos m茅todos para reducir el conjunto de soluciones procedentes de la frontera de Pareto (Hancock y Mattson, 2013). El m茅todo de la regi贸n de 鈥渞odilla” (Rachmawati y Srinivasan, 2009) constituye un m茅todo 鈥a posteriori鈥 que distingue los puntos para los cuales una mejora en un objetivo da lugar a un empeoramiento significativo de al menos otro objetivo. Una regi贸n de 鈥渞odilla鈥 en el frente 贸ptimo de Pareto, visualmente es una protuberancia convexa en la parte delantera, la cual es importante para la toma de decisiones en contextos pr谩cticos, pues a menudo constituye el 贸ptimo en equilibrio. Los m茅todos de agrupaci贸n se centran en ensamblar soluciones en grupos y seleccionar soluciones representativas (Saha y Bandyopadhyay, 2009). Los m茅todos de filtrado eliminan las soluciones de Pareto que ofrecen poca informaci贸n al decisor (Mattson et al., 2004). Yepes et al. (2015a) propusieron un procedimiento sistem谩tico 鈥a posteriori鈥 para filtrar la frontera de Pareto, a la vez que proporcionaba conocimiento relevante derivado del proceso de resoluci贸n. Esta t茅cnica simplifica la elecci贸n de la soluci贸n preferente. Para ello se combinan matrices AHP aleatorias con la minimizaci贸n de la distancia para seleccionar la soluci贸n m谩s cercana a la ideal.

Se puede consultar una revisi贸n bibliogr谩fica reciente sobre la aplicaci贸n de las herramientas de decisi贸n multicriterio al ciclo de vida de los puentes en el trabajo de Penad茅s-Pl脿 et al. (2016). En este trabajo se comprueba c贸mo no existe una m茅trica universalmente aceptada para medir la diversidad de objetivos de todo tipo que se utilizan en la selecci贸n de la mejor opci贸n de proyecto de un puente para un caso determinado. Para ello se analizaron un total de 77 art铆culos publicados desde 1991. El estudio aplic贸 un an谩lisis multivariante de correspondencias (ver Figura). De este modo, se recogen los m茅todos de decisi贸n multicriterio que debe aplicar el ingeniero para la selecci贸n de alternativas seg煤n la fase del ciclo de vida del puente, as铆 como los criterios que se han considerado en dichos trabajos. La relaci贸n m谩s obvia se ha identificado entre la l贸gica difusa y la fase de uso y mantenimiento. Tambi茅n se observa que el m茅todo AHP es ampliamente usado en las tres primeras fases del ciclo de vida de un puente. Finalmente la fase de demolici贸n o reciclado es la menos estudiada, asoci谩ndose principalmente al m茅todo ANP.

Figura. An谩lisis de correspondencias entre la toma de decisiones y el ciclo de vida (Penad茅s-Pl脿 et al., 2016)

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28 mayo, 2018
 
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Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - ciclo de vida, costes, estructuras, hormig贸n, investigaci贸n, Puentes, sostenibilidad    

Acaban de publicarnos un art铆culo en la revista Environmental Impact Assessment Review聽(primer decil del JCR), de la editorial ELSEVIER, en el que se realiza una valoraci贸n del impacto social a lo largo del ciclo de vida de un puente de hormig贸n sometido a un ambiente costero, donde los clorh铆dricos suponen una agresi贸n que supone un mantenimiento de la infraestructura.

En el trabajo se analizan 15 alternativas diferentes durante el mantenimiento en relaci贸n con los impactos sociales. Los resultados indican que el uso de acero inoxidable en las armaduras y la adici贸n de humo de s铆lice son preferibles a otras alternativas convencionales. Os dejo a continuaci贸n el resumen y las conclusiones.

Adem谩s, la editorial ELSEVIER nos permite la聽distribuci贸n gratuita del art铆culo聽hasta el 11 de julio de 2018. Por tanto, os paso el enlace para que os pod谩is descargar este art铆culo:聽https://authors.elsevier.com/a/1X5QpiZ5swxFZ

Referencia:

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

Abstract:

Sustainable design of structures includes environmental and economic aspects; social aspects throughout the life cycle of the structure, however, are not always adequately assessed. This study evaluates the social contribution of a concrete bridge deck. The social performance of the different design alternatives is estimated taking into account the impacts derived from both the construction and the maintenance phases of the infrastructure under conditions of uncertainty. Uncertain inputs related to social context are treated through Beta-PERT distributions. Maintenance needs for the different materials are estimated by means of a reliability based durability evaluation. Results show that social impacts resulting from the service life of bridges are not to be neglected in sustainability assessments of such structures. Designs that minimize maintenance operations throughout the service life, such as using stainless steel rebars or silica fume containing concretes, are socially preferable to conventional designs. The results can complement economic and environmental sustainability assessments of bridge structures.

Keywords:

Social life cycle assessment;聽Chloride corrosion;聽Preventive measures;聽Guidelines;聽Concrete bridge;聽Sustainable design

Highlights:

  • Social Life Cycle Assessment of different design strategies for bridge decks in marine environments.
  • 15 design alternatives were studied and compared according to the Guidelines methodology.
  • Less maintenance results in better social performance.
  • Impacts during maintenance phase are main contributors to social performance
  • Stainless steel and the addition of silica fume are socially preferable to conventional designs.

 

 

 

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