Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
Creo interesante comentar en este post los resultados que estamos obteniendo de un Proyecto de Investigación financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación que nuestro grupo de investigación llama HORSOST. Su nombre completo describe el contenido del trabajo que estamos desarrollando: “Diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo mediante el empleo de técnicas de minería de datos“.
Se trata de un proyecto que empezamos en el año 2012 y que tiene prevista su finalización a finales del 2014. Nuestro grupo de investigación está formado por seis profesores y varios becarios de investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universidad Politécnica de Valencia. En dicho grupo me corresponde el papel de investigador principal. Espero que esta breve descripción os oriente sobre lo que estamos haciendo.
Este proyecto de investigación se encuentra relacionado con otros ya finalizados y otros en marcha, tanto de convocatorias competitivas como de convenios de transferencia tecnológica con empresas (constructoras, empresas de prefabricados, consultoras, etc.).
El objetivo fundamental del proyecto de investigación HORSOST consiste en (más…)
Ya lo he comentado en algún post anterior. Parece que las nuevas tecnologías nos permiten sacar de las hemerotecas y de los museos oficios que han desaparecido en España. De este modo, nuestros alumnos puede “ver” cómo se hace una presa, qué es eso del hormigón y cómo en su día existían oficios ya perdidos como el de encofrador. Lo dicho: si ya no hay obras para enseñar, hay que recurrir a los vídeos. Espero que esta nota de cinismo se interprete bien. Pasemos, pues a comprender un poco mejor el oficio del encofrador.
Un encofrador es un profesional que confecciona y monta los distintos tipos de encofrados (revestimientos que sostienen el hormigón de las construcciones), respetando las condiciones de seguridad en el trabajo.
Tareas:
Interpretar los planos de la construcción, efectuar las mediciones correspondientes y replantear (trazar en el suelo o sobre el plano la planta de una obra ya proyectada) los elementos necesarios en la obra.
Organizar y preparar el tajo, los materiales, las herramientas y los equipos necesarios así como su ubicación, para optimizar recursos y evitar interferencias entre los tajos.
Construir y montar los encofrados de madera, metálicos, prefabricados y deslizantes para obras de hormigón, ajustándose a las especificaciones del proyecto y las normativas vigentes.
Desencofrar elementos de hormigón sin dañar las superficies y procurar la recuperación de las piezas.
El presente artículo presenta una caracterización estadística de una muestra de 87 tableros reales de pasos superiores pretensados de canto constante para carreteras. El objetivo principal es encontrar fórmulas de predimensionamiento con el mínimo número de datos posible que permita mejorar el diseño previo de estas estructuras. Para ello se ha realizado un análisis exploratorio y otro multivariante de las variables geométricas determinantes, de las cuantías de materiales y del coste, tanto para tableros macizos como aligerados. Los modelos de regresión han permitido deducir que el canto y la armadura activa quedan bien explicados por la luz, mientras que la cuantía de hormigón lo es por el canto. La variable que mejor explica (71,3%) el coste por unidad de superficie de tablero en losa maciza es el canto, mientras que en las aligeradas es la luz (51,9%). Las losas macizas son económicas en vanos inferiores a los 19,24 m. La luz principal y los voladizos, junto con la anchura del tablero para el caso de losas macizas, o el aligeramiento interior en el caso de las aligeradas, bastan para predimensionar la losa, con errores razonables en la estimación económica.
Es más, ¿es posible que un ordenador sea capaz de diseñar de forma automática estructuras óptimas sin darle ninguna pista o información previa? Estoy convencido que a la vuelta de un par de años, todos los programas comerciales tendrán paquetes de optimización estructural que permitirán reducciones de coste en torno al 5-15% respecto a los programas actuales. Ya os adelanto que esta nueva tecnología va a traer consigo nuevas patologías en las estructuras de hormigón, que con la optimización se parecen más a las estructuras metálicas. Con el tiempo habrá que introducir capítulos o restricciones en las futuras versiones de la EHE o de los Eurocódigos. En este post vamos a continuar comentando aspectos relacionados con la modelización matemática, la optimización combinatoria, las metaheurísticas y los algoritmos.
Toda esta aventura la empezamos en el año 2002, con el primer curso de doctorado sobre optimización heurística en la ingeniería civil, que luego hemos ido ampliando y mejorando en el actual Máster Oficial en Ingeniería del Hormigón. Ya tenemos varias tesis doctorales y artículos científicos al respecto para aquellos de vosotros curiosos o interesados en el tema. Para aquellos que queráis ver algunas aplicaciones concretas, os recomiendo el siguiente capítulo de libro que escribimos sobre la optimización de distintas estructuras con un algoritmo tan simple como la cristalización simulada. Para aquellos otros que tengáis más curiosidad, os dejos algunas publicaciones de nuestro grupo de investigación en el apartado de referencias.
Os paso, para abrir boca, una forma sencilla de optimizar a través de este Polimedia. Espero que os guste.
El método Tremie, de llenado por flujo inverso, se usa en el hormigonado de elementos estructurales a los que no se puede acceder con facilidad, como por ejemplo, pantallas y pilotes, especialmente en presencia del nivel freático o en excavaciones donde se empleen lodos de perforación. Con este procedimiento el hormigón se coloca mediante un tubo vertical de acero cuyo extremo superior tiene la forma de embudo. El extremo inferior del tubo se mantiene sumergido en el hormigón fresco sin contacto con el agua.
El hormigón es bombeado de forma continua, a través de una tubería, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua e impurezas hacia la superficie. Dicho tubo es colocado por tramos de varias longitudes para su mejor acoplamiento a la profundidad del elemento a hormigonar, y está provisto de un embudo en su parte superior, y de elementos de sujeción y suspensión.
En el fondo del tubo tremie existe una válvula para prevenir que el hormigón entre en contacto con el agua. El tubo debe llegar hasta el fondo de la perforación antes de iniciarse el vertido del hormigón. Al principio, se debe elevar algunos centímetros para iniciar el flujo del hormigón y asegurar un buen contacto entre en hormigón y el fondo de la perforación. Se debe evitar el contacto con el agua. Antes de retirar el tubo completamente, se debe verter en superficie suficiente hormigón como para desplazar toda el agua y el hormigón diluido. El hormigón debe fluir fácilmente hacia el lugar de su ubicación y consolidarse por su propio peso sin segregación o vibración que pueda incorporar agua a su masa, lavando el cemento, con la consecuente formación de bolsones de arena y grava débilmente cementados.
Os dejo algunos vídeos sobre este método de vertido del hormigón. Espero que os gusten.
El diseño en bloques completos al azar trata de comparar tres fuentes de variabilidad: el factor de tratamientos, el factor de bloques y el error aleatorio. El adjetivo completo se refiere a que en cada bloque se prueban todos los tratamientos. La aleatorización se hace dentro de cada bloque.
Para ilustrar el diseño, supongamos que queremos determinar si cuatro laboratorios miden la misma resistencia característica del hormigón a compresión. Para ello se han considerado 5 amasadas diferentes que han sido analizadas por cada uno de los laboratorios. A los 28 días, se han roto las probetas a compresión simple y los resultados son los que hemos recogido en la tabla que sigue.
AMASADA
1
2
3
4
5
Laboratorio 1
63,5
63,2
62,3
65,6
65,0
Laboratorio 2
64,1
64,2
63,0
64,2
64,9
Laboratorio 3
65,9
65,0
63,9
66,0
65,8
Laboratorio 4
64,9
65,2
64,1
65,9
67,9
En este caso, la variable de respuesta es la resistencia característica del hormigón a compresión (MPa), el factor es el laboratorio (4 niveles), el bloque es la amasada (no son objeto directo de motivo del estudio). Por otra parte, se considera que no existe interacción entre el laboratorio y la amasada (factor y bloque).
En este tipo de experimento, la medición será el resultado del efecto del tratamiento (laboratorio) donde se encuentre, del efecto del bloque al que pertenece (amasada) y de cierto error que se espera que sea aleatorio. La hipótesis de que las medias son iguales se va a analizar con el análisis de la varianza (ANOVA), con dos criterios de clasificación.
A parte de los suspuesto de normalidad, igualdad de varianzas y de independencia, aquí se añade otro que es que no existe interacción entre el factor y el bloque.
Para los curiosos, después de haber analizado los datos, diremos que en este caso, con una seguridad del 95%, se aprecian diferencias significativas entre las resistencias medidas por los laboratorios 1 y 3, entre los laboratorios 1 y 4, y entre los laboratorios 2 y 4.
La técnica del gunitado, también conocida como hormigón proyectado, es un sistema constructivo consistente en proyectar con un “cañón”, o manguera a alta presión, hormigón o mortero pudiendo construir sobre cualquier tipo de superficie, inclusive la tierra, con el objetivo de conseguir un muro continuo, con mayor resistencia y menor espesor, para soportar y contener la presión ejercida por el terreno, con cualquier tipo de pendiente, ofreciendo una impermeabilización óptima gracias a la baja porosidad. Una de las grandes ventajas respecto al hormigón tradicional es que no precisa compactación (tampoco el autocompactante), por lo que se puede adaptar a superficies de todo tipo y geometría. La velocidad de impacto es la que compacta inmediatamente el material. El hormigón proyectado es actualmente un elemento indispensable en los procedimientos de sostenimiento y revestimiento estructural de túneles y taludes.
Este hormigón se llamó originalmente “Gunite” o Gunita, cuando Carl Akeley diseñó un duplicado de pistola de cemento de cámaras en 1910. Su aparato neumático aplicó una mezcla de cemento-arena a gran velocidad a la superficie prevista.
Podemos distinguir tres procesos distintos de gunitado: mezcla seca, mezcla húmeda y mezcla semi-húmeda. En el proceso de mezcla seca, introduce y se mezcla el agua necesaria en la boquilla de aplicación, que el material seco de cemento (cenizas, escorias, humo de sílice, etc) y los agregados son entregados a través de la pistola. El proceso de mezcla húmeda utiliza hormigón entregado a la tarea que esté bien mezclada con exclusión de los aceleradores necesarios. Los ingredientes son generalmente entregados en camiones mezcladoras de hormigón listos, como se hace con el hormigón normal.
El método de Monte Carlo es un procedimiento numérico que permite aproximar la resolución de expresiones matemáticas complejas con las que resulta o bien difícil, o bien imposible (especialmente en el ámbito de la estadística) encontrar resultados exactos. Con este método se puede, con la ayuda de una hoja de cálculo, llevar a cabo un ajuste del criterio de aceptación suficientemente preciso y fundado en los intereses de las partes interesadas expresados por los riesgos aceptados de común acuerdo.
Os paso un vídeo destinado a que los alumnos adquieran una visión no determinista del control de calidad de materiales de construcción. El profesor Antonio Garrido, de la Universidad Politécnica de Cartagena, hace un recorrido por las diferentes funciones de distribución que se aplican hoy en día en la generación de las variables aleatorias, destacando su propuesta personal basada en la distribución gaussiana o normal. Además, propone el empleo de la hoja de cálculo de Excel para realizar la simulación de Monte Carlo, tanto por su sencillez de manejo como por su amplia disponibilidad. Espero que os guste.
Referencias:
Garrido, A.; Conesa, E.M. (2009). Simulación por el método de Monte Carlo para generar criterios de aceptación en el control de calidad de productos de construcción. Informes de la Construcción, 61(515): 77-85. (link)
La durabilidad de una estructura de hormigón, según el artículo 37 de la Instrucción Española de Hormigón (EHE), es su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura. Una estrategia correcta para la durabilidad debe tener en cuenta que en una estructura puede haber diferentes elementos estructurales sometidos a distintos tipos de ambiente.
La carbonatación en el hormigón armado se produce avanzando desde el exterior
Os recomiendo este link: http://www.inti.gob.ar/cirsoc/pdf/publicom/ACI_201_2R_01.pdf para que os podáis descargar la Guía de Durabilidad del Hormigón del ACI (en español). Además, os dejo un vídeo del profesor Antonio Garrido, de la Universidad Politécnica de Cartagena, destinado a que sus alumnos adquieran un conocimiento sobre los mecanismos de deterioro del hormigón y las estrategias preventivas de la EHE. Espero que os guste.
El diseño completamente al azar es el más sencillo de los diseños de experimentos que tratan de comparar dos o más tratamientos, puesto que sólo considera dos fuentes de variabilidad: los tratamientos y el error aleatorio.
Para ilustrar el diseño, supongamos que queremos determinar si cuatro dosificaciones de un hormigón A,B,C y D presentan una misma resistencia característica a compresión. Para ello se han elaborado 5 probetas para cada tipo de dosificación y, a los 28 días, se han roto las probetas a compresión simple y los resultados son los que hemos recogido en la tabla que sigue.
DOSIFICACIONES DE HORMIGÓN
A
B
C
D
Resistencia característica a compresión fck (Mpa)
42
45
64
56
39
46
61
55
48
45
50
62
43
39
55
59
44
43
58
60
Para este caso, la variable de respuesta es (más…)
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, actualmente es profesor de Ingeniería de la Construcción y Director Académico del Máster en Ingeniería del Hormigón
