Silos fijos de cemento

Figura 1. Silo de cemento atornillado. https://www.machinio.es/anuncios/80213364-silo-de-cemento-vertical-de-200-toneladas-silo-de-hormigon-en-esmirna-turquia

Durante mucho tiempo, el cemento se ha suministrado en sacos de papel. Sin embargo, en la actualidad, en la mayoría de los casos, se transporta a granel en camiones cisterna y se almacena en silos herméticos que forman parte integral de las centrales. Los silos se pueden clasificar según su movilidad en fijos y móviles. En este artículo se describen las características principales de los silos fijos.

Los silos fijos de cemento suelen ser depósitos cilíndricos metálicos que terminan en la parte inferior con un cono donde se encuentra la base de salida. La extracción en los silos de cemento se realiza por gravedad, con un ángulo de inclinación en el cono inferior de aproximadamente 50 grados. Este diseño asegura un flujo eficiente del material, permitiendo que el cemento se desplace de manera constante y sin obstrucciones hacia la salida del silo​. El conjunto se apoya en una estructura de perfiles con una altura variable, siendo muy importante formar unos buenos cimientos para evitar caídas de silos.

Estas instalaciones ofrecen varias ventajas en comparación con el almacenamiento tradicional en sacos, especialmente cuando la producción horaria del hormigón debe superar los 10 m³:

  • Ahorro en la compra de cemento: Se puede obtener una reducción de costos entre el 10% y el 15%.
  • Reducción de pérdidas de material: Se evita el desperdicio de cemento causado por sacos rotos o mojados.
  • Dosificación precisa: Permite una dosificación regulable para cualquier cantidad, incluyendo múltiplos de 50 kg e incluso 25 kg.
  • Incremento de la productividad: El cemento está inmediatamente disponible, lo que mejora la eficiencia operativa de la planta.
  • Economías en la manipulación: Se reducen los costos asociados con la descarga, almacenamiento y manipulación del cemento.

Los inconvenientes son relativamente pocos: aunque los silos tienen generalmente un costo inicial bajo, su precio aumenta considerablemente cuando se les equipa con los dispositivos necesarios para su funcionamiento (chimenea filtrante, sistemas antibóveda, indicadores de nivel, etc.). No obstante, las ventajas económicas y la eficiencia operativa que proporcionan superan con creces estas desventajas en comparación con el método de almacenamiento en sacos.

El material principal para la fabricación del silo de cemento es acero de diversos grados, adecuado para las condiciones del área de instalación, y recubierto con un compuesto protector anticorrosivo. El espesor de las partes del silo varía entre 6 y 10 mm. En áreas con bajas temperaturas invernales, el silo se aísla externamente para mantener el cemento en condiciones óptimas.

Para capacidades entre 25 y 40 t, los silos se construyen de una sola pieza con un diámetro máximo de 2,50 m, lo que permite su transporte por carretera en camiones. También se pueden fabricar en un diseño telescópico, donde una sección del silo se inserta dentro de otra, permitiendo así su transporte en un solo camión y alcanzando capacidades de hasta 60 t. Para capacidades superiores, surgen problemas de transporte, por lo que los silos se construyen de manera desmontable. Estos silos están divididos en secciones ensambladas longitudinalmente con bridas y se atornillan en el sitio de la obra. De esta manera, se pueden alcanzar grandes capacidades de 200, 500 y hasta 1000 t.

La carga se realiza a través de un tubo de 3” o 4” para el llenado neumático, y en la parte superior cuentan con un respiradero o un filtro que permite la salida del aire durante el vaciado o el llenado. Los silos suelen estar equipados con un sistema de fluidificación para evitar la formación de bóvedas en su interior. Este sistema consiste en boquillas que inyectan aire a una presión no superior a 200 kPa.

En la parte inferior, los silos disponen de un cierre de tajadera o de mariposa, que permite cerrar la salida de cemento cuando es necesario realizar una reparación.

Es obligatorio que los silos estén equipados con una escalera con protecciones para acceder a la parte superior, donde también es preceptivo contar con barandillas de seguridad. En algunos casos, los silos de cemento están equipados con indicadores de nivel que informan sobre su estado de llenado. Además, es importante tener en cuenta que cada tipo de cemento debe ser almacenado en silos separados, designados específicamente para un tipo y procedencia determinados. Se deben tomar las precauciones necesarias para evitar cualquier tipo de mezcla.

Os dejo algunos vídeos que, espero, os sean de interés.

Os paso también algunas instrucciones de seguridad respecto a los silos.

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Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Trompas de elefante para la colocación del hormigón

Figura 1. Trompa de elefante.

Las trompas de elefante o tubos de caída son tuberías circulares que se alimentan a través de un embudo, diseñadas para transferir el hormigón de manera vertical, evitando así la segregación que puede ocurrir al impactar el hormigón con las armaduras u otros obstáculos. Se utilizan cuando se descarga hormigón a diferentes niveles. Debe ser firme, a plomo, y colocarse de tal manera que el hormigón caiga verticalmente. Estas tuberías son especialmente útiles en proyectos de gran altura y en hormigonados bajo el agua. También son útiles en estructuras de pequeño canto y gran altura, tales como muros y otros elementos verticales, donde se trata de evitar que la caída del hormigón no supere los 2 m.

Las velocidades de colocación varían entre 0,5 y 3 m de altura por hora, y el espaciado de las tuberías suele ser de una por cada 30 m² de superficie, o con centros de radio de 4 o 5 m. No obstante, en situaciones de hormigonado sin congestión de armaduras, estas distancias pueden aumentar.

Las tuberías pueden ser metálicas, de plástico o de goma, dispuestas en pequeños tramos de tubo ensamblados, lo que las hace flexibles y fáciles de acortar según sea necesario. Se recomienda que el diámetro de estas tuberías sea al menos 8 veces el tamaño máximo del árido en la parte superior, pero puede reducirse aproximadamente a 6 veces el tamaño máximo en la parte inferior. Es fundamental que las trompas de elefante se posicionen en vertical y se aseguren correctamente para garantizar que el hormigón se vierta de manera precisa.

Figura 2. Trompa de elefante. https://shop.kuhlman-corp.com/deslauriers-8-wide-concrete-mini-hopper-with-6-long-elephant-trunk-and-chains/p3517/

El embudo que suministra el hormigón a estos dispositivos debe tener dimensiones generosas y paredes inclinadas para permitir una descarga rápida y sin obstrucciones del hormigón.

Figura 3. Cuándo se utiliza una trompa de elefante

Os dejo algunos vídeos ilustrativos.

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Curado de pavimentos y otras losas de hormigón sobre tierra

Figura 1. Losa de hormigón sobre tierra. https://ich.cl/unidad/05-uso-del-hormigon-en-obra/

Las losas en el terreno abarcan una variedad de aplicaciones, incluyendo pavimentación de carreteras y aeropuertos, revestimiento de canales, estacionamientos, entradas de cocheras, aceras, y losas niveladas en edificaciones. Debido a su alta relación entre área superficial y volumen de hormigón, si no se toman las medidas adecuadas, la evaporación de la humedad puede ser rápida y significativa, lo que puede resultar en grietas por contracción. Esto puede afectar negativamente la resistencia, así como la capacidad de soportar la abrasión y las heladas.

Un problema que surge en la ejecución de losas de hormigón es la formación de un gradiente considerable de humedad entre su cara superior e inferior. Cuando la pérdida de humedad ocurre en la cara superior, se produce una retracción que provoca la curvatura de la losa. Por otro lado, si la base de tierra está seca, puede absorber agua del hormigón, generando un gradiente de humedad opuesto si la superficie está húmeda, lo que también provoca la curvatura de la losa con signo contrario.

Para prevenir este problema, es crucial garantizar condiciones de humedad uniformes en ambas caras de la losa. Esto implica humedecer previamente la base y minimizar la pérdida de humedad de la superficie mediante un proceso de curado inicial, intermedio y final. Además, si se coloca una lámina impermeable debajo de la losa, es fundamental mantener la cara superior húmeda para evitar la curvatura. La instalación de un relleno de drenaje compactado de 100 mm sobre la lámina ayuda a secar la base de la losa y reduce el problema.

Otro factor importante a tener en cuenta en estos elementos es el riesgo de fisuración debido a la retracción plástica. La pérdida rápida de humedad por evaporación desde la superficie puede aumentar este riesgo. Es esencial aplicar el curado inmediatamente después del acabado para evitar daños en la superficie. Se pueden utilizar diferentes métodos para reducir la evaporación, como reductores de evaporación, nebulización o compuestos de curado. Cuando se interrumpe el proceso de curado, es crucial evitar una rápida pérdida de humedad, por ejemplo, sustituyendo las arpilleras por láminas de plástico. Además, es recomendable utilizar techado y cortavientos para proteger la losa y mantener condiciones óptimas de curado.

El método más efectivo para el curado de losas implica el uso de agua mediante aspersores o inmersión. Esta técnica no solo proporciona hidratación al hormigón, sino que también ayuda a enfriarlo, reduciendo así el riesgo de fisuración térmica. No obstante, el método más simple y práctico consiste en aplicar compuestos de curado mediante pulverización. Estos compuestos pueden ser aplicados inmediatamente después del acabado y no requieren intervención adicional. En caso de que la temperatura ambiente supere los 25 °C, se recomienda el uso de compuestos pigmentados en blanco.

Para temperaturas ambientales superiores a los 5 °C, se recomienda conservar la humedad y la temperatura del hormigón durante un período mínimo de 7 días, o hasta que se alcance el 70% de las resistencias especificadas a la compresión o a la flexión, eligiendo el período más corto entre ambas condiciones. En el caso de que el hormigón se vierta a temperaturas ambientales iguales o inferiores a los 5 °C, se deben tomar precauciones adicionales para prevenir daños por congelación.

Referencias:

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

MENZEL, C.A. (1954). Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete. Proceedings of the Portland Cement Association, Vol. 130:136.

LERCH, W. (1957). Plastic shrinkage. ACI Journal, 53(8):797-802.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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Compactación del hormigón con regla vibrante

Figura 1. Regla vibrante. https://esfactory.mennofolk.org/content?c=regla+vibradora+para+hormigon&id=27

Las reglas o maestras vibrantes son máquinas diseñadas para alisar o dar acabado a superficies de hormigón, resultando especialmente útil en la construcción de soleras y pavimentos. Principalmente, constan de un elemento vibrador acoplado a una regla metálica de 3 a 5 m de longitud. Este bastidor lleva, en cada uno de sus extremos, dos elementos de arrastre desmontables, entre los cuales suele ubicarse el interruptor de arranque y parada del vibrador. El vibrador suele ser de tipo rotatorio de contrapesos, accionado con motor eléctrico o de combustión en los equipos más ligeros y neumáticamente en los más pesados. Las vibraciones se transmiten a través del entramado o la placa mientras se desliza sobre el hormigón, permitiendo la compactación y el alisado simultáneos de la superficie.

Estas máquinas se utilizan para nivelar hormigón en superficies extensas como locales industriales, aceras, garajes, calles y carreteras. A excepción de algunos equipos autoportantes más pesados, el entramado suele ser ligero para facilitar su manejo, reduciendo así la presión sobre el hormigón. Además, la vibración vertical se amortigua rápidamente. Por lo tanto, cuando el espesor de la solera supera los 20 cm, es necesario realizar una compactación previa con vibradores de inmersión.

Su uso elimina el laborioso trabajo manual de las maestras y aumenta la eficiencia sin esfuerzo adicional. La acción vibradora corrige las irregularidades superficiales, dejando el suelo perfectamente liso.

Hay dos tipos principales de reglas vibrantes: las de un solo larguero y las de dos largueros. Las reglas vibrantes de doble larguero constan de un conjunto vibrante y dos largueros o vigas. El conjunto vibrante está equipado con un motor, ya sea eléctrico o de gasolina, que impulsa un vibrador con amplitud de vibración variable. Este vibrador está montado en un bastidor provisto de grapas que permiten fijar los largueros o vigas de tubo rectangular, ajustándose a las longitudes requeridas según el ancho de la solera, con un máximo de 4 m. Para anchos mayores, se pueden montar dos elementos vibrantes sobre las vigas. La frecuencia de vibración oscila entre 50 y 100 Hz, con aceleraciones que van desde 5 hasta 10 g.

Figura 2. Regla vibradora. https://emaresarental.cl/wp-content/uploads/2020/06/ficha-alisadora-regla-vibradora.pdf

El esfuerzo de compactación transmitido por la regla vibrante al hormigón es directamente proporcional a la carga estática, a la amplitud y a la frecuencia de vibración, pero es inversamente proporcional a la velocidad de desplazamiento. La experiencia ha evidenciado que es más favorable la combinación de una amplitud alta y una frecuencia baja en comparación con la combinación de baja amplitud y alta frecuencia.

La mayor popularidad de la regla vibratoria doble en comparación con la de una sola regla se debe principalmente a su capacidad de ajustar la amplitud de vibración. Esta característica permite seleccionar entre amplitudes baja, media y alta, adaptándose así de manera óptima a la profundidad de hormigón a vibrar: 5, 10 y 15 cm respectivamente. Otra de las características importantes de esta regla es que el primero de los largueros recibe dos tercios de la vibración, con lo cual vibra en profundidad y nivela el hormigón, y el segundo larguero que recibe un tercio de la vibración, permite acabar la superficie sacando el aire del hormigón y el agua.

El hormigón no debe tener cantidad elevada de agua, porque dejaría charcos que forman desigualdades. Una consistencia demasiado rígida impide una compactación suficiente y deja una superficie porosa; debe ser plástica con un asiento de cono de Abrams de 5 a 7,5 cm. Cuando se trabajan con mezclas secas, también es posible utilizar reglas vibrantes; sin embargo, en estos casos, se requieren estructuras más pesadas para generar la energía necesaria y compactar el espesor adecuado de la masa de hormigón.

Existen algunos modelos con vibradores múltiples.  En este caso, los vibradores están separados a intervalos muy próximos, a unos 50 cm, que producen una superficie más plana. La velocidad de desplazamiento debe estar comprendida entre 0,5 y 1 m/min. La regla puede desplazarse mediante tracción desde ambos lados o mediante un cabrestante, cuyo cable está anclado al final de la trayectoria de la regla. El cabrestante puede ser accionado manualmente o con un motor.

Se pueden utilizar varios tipos de reglas de manera secuencial para cumplir funciones complementarias. Por ejemplo, la primera regla puede ser una regla con o sin hélice extendedora, la segunda puede ser una regla para aplicar productos de curado o endurecedores metálicos, y la tercera puede ser otra regla para el acabado final. En algunos casos, se prescinde de la segunda regla y la tercera regla se utiliza para realizar una función de revibrado. Esta función de revibrado puede llevarse a cabo con la primera regla, realizando una segunda pasada y vibrando en la misma dirección que en la primera ocasión.

Cuando la regla vibrante se automatiza por completo, se desplaza sobre raíles mediante ruedas, que también pueden funcionar como guías laterales del encofrado o sobre durmientes. Es crucial mantener un cuidado especial en el estado de las ruedas, ya que esto afecta la uniformidad de la superficie del hormigón una vez compactado. Aunque pueden alcanzar longitudes de hasta unos 20 m, lo habitual es no exceder los 10 m. La frecuencia de vibración típica ronda los 60 Hz, con aceleraciones de hasta 6 g. La velocidad de avance suele oscilar entre 0,3 y 2,4 m/min, y el rendimiento de estas máquinas puede superar los 75 m³ por hora, dependiendo de las condiciones específicas de uso.

Para longitudes mayores, se requiere el uso de reglas vibrantes en celosía, las cuales cuentan con elementos metálicos desmontables que posibilitan alcanzar extensiones de hasta 25 m. Estas reglas están equipadas con sistemas de vibración externa para garantizar un adecuado compactado del hormigón a lo largo de la superficie.

Figura 3. Regla vibrante en celosía. https://interconex.us/es/reglas-vibratorias/

En situaciones donde el empleo de reglas vibrantes totalmente automatizadas resulte costoso, también se puede considerar el empleo de reglas vibrantes manuales. Estas reglas suelen consistir en una viga de madera encastrada en un perfil metálico, con vibradores dispuestos cada 2 m aproximadamente. Cuando se utilizan para compactar losas, se colocan transversalmente junto a costeros laterales que facilitan la nivelación de la losa. Normalmente, son operadas por dos personas, una en cada extremo de la viga, y su longitud típica no excede los 5,5 m. Cuando no están en contacto con el hormigón, estas reglas pueden alcanzar frecuencias de alrededor de 70 Hz, con aceleraciones de 5 g o 6 g y amplitudes de aproximadamente 0,35 mm. Sin embargo, al entrar en contacto con el hormigón, tanto la aceleración como la amplitud se reducen. Por lo general, se utilizan en losas con espesores de hasta 20 cm.

Os dejo algunos vídeos explicativos. Espero que os sean de interés.

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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¡Portada en Nature! Investigadores de la UPV idean un nuevo método de diseño de edificios que evita colapsos catastróficos

De vez en cuando se recibe una buena noticia que marca un punto de inflexión en la investigación. Es un honor para mí pertenecer al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia. En este contexto, el equipo del catedrático José Miguel Adam ha logrado un hito al publicar un artículo en la revista de mayor impacto por excelencia: NATURE. No solo eso, sino que, además, es portada de dicha revista. Mi más sincera enhorabuena a José Miguel y a su equipo. Os paso la noticia completa.

Un equipo del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València (UPV) ha publicado en Nature los últimos resultados de su “radical” propuesta para conseguir edificios ultrarresistentes, que sean capaces de aguantar situaciones extremas causadas por desastres naturales –riadas, inundaciones, deslizamiento de laderas…- explosiones, su propio envejecimiento, o un mantenimiento y conservación inadecuados. Esta propuesta añade al diseño de la estructura de los edificios una última línea de defensa para evitar colapsos catastróficos.

El nuevo método se inspira en cómo los lagartos se protegen de los depredadores al liberar sus colas cuando son atacados.

Los métodos de diseño actuales se basan en mejorar la conectividad entre los componentes de la estructura. En el caso de que algún componente falle, esta conectividad permite que las cargas que soportaban los componentes que fallan se redistribuyan al resto del sistema estructural. Aunque estos métodos resultan eficaces en el caso de pequeños fallos iniciales, pueden aumentar el riesgo de colapso progresivo tras grandes fallos iniciales, conduciendo así a colapsos completos o de gran magnitud. Así sucedió, por ejemplo, en las Champlain Towers y en el derrumbe de un edificio en Peñíscola en 2021, o en la ciudad iraní de Abadan en 2022. Y esto es lo que evita la propuesta surgida del ICITECH de la UPV.

“Nuestro novedoso método de diseño proporciona una solución para superar esta alarmante limitación y conseguir edificios más resilientes, capaces de aislar el colapso a solo la parte de la estructura que ha sufrido el fallo inicial, y salvaguardar el resto del edificio. El nuevo método de diseño ha sido verificado con un ensayo sobre un edificio real. Por tanto, se trata de la primera solución contra la propagación de colapsos en edificios tras grandes fallos iniciales que ha sido probado y verificado a escala real. Con la aplicación del nuevo método de diseño se conseguirá prevenir colapsos catastróficos, protegiendo así vidas humanas y minimizando los costes materiales que supondría un colapso completo de la estructura”, destaca José M. Adam, coautor de la publicación con Nirvan Makoond, Andri Setiawan y Manuel Buitrago; todos ellos miembros del ICITECH de la UPV.

Unos “fusibles” evitan el colapso total

La clave del método ideado por el equipo de la UPV reside en usar el concepto de fusible estructural, que permite aislar las partes dañadas de un edificio con el fin de evitar la propagación de grandes fallos a toda la construcción.

“Esta nueva filosofía es parecida a la forma en que las redes eléctricas se protegen frente a sobrecargas, al conectar diferentes segmentos de la red mediante fusibles eléctricos. Con nuestros diseños, el edificio presenta continuidad estructural bajo condiciones normales de funcionamiento, pero se segmenta cuando la propagación de un fallo es inevitable, reduciendo así el alcance del colapso y evitando el derrumbe total”, apunta Nirvan Makoond.

“La implementación del método repercutirá levemente, o incluso de forma despreciable, en el coste de la estructura, ya que utiliza detalles constructivos y materiales convencionales”, señala Andri Setiawan.

En su estado de desarrollo actual, el nuevo diseño de estos investigadores se puede aplicar a prácticamente cualquier edificio de nueva construcción. “Su eficacia ha sido verificada y demostrada para edificios con estructura prefabricada de hormigón. Actualmente, trabajamos en la aplicación de la metodología a edificios ejecutados con hormigón in situ y a edificios con estructura de acero”, concluye Manuel Buitrago.

Validado en un ensayo pionero a nivel mundial

El desarrollo de este nuevo método de diseño es uno de los resultados más destacados hasta la fecha del proyecto Endure, financiado por el European Research Council – ERC (Consejo Europeo de Investigación) con una ayuda Consolidator Grant de más de 2,5 millones de euros. Fue precisamente en el marco de este proyecto donde se llevó a cabo, en junio del año pasado, un ensayo pionero a nivel mundial que permitió validar sus prestaciones. Las pruebas se hicieron con un edificio completo, a escala real, en el que un gran fallo inicial en la estructura se aisló en una parte del edificio, evitando su propagación a toda la estructura. Cabe resaltar que la investigación se lleva a cabo al 100% en la UPV, siendo los cuatro autores de la publicación investigadores también de la UPV.

Portada de Nature

Nature ha publicado el trabajo del equipo del Instituto ICITECH de la UPV en la portada de su número de hoy. Además, es la primera vez que la revista publica un artículo de investigación en el campo del diseño y construcción de edificios.

Primeros pasos gracias a un proyecto financiado por la Fundación BBVA

El germen de este proyecto surgió de una Beca Leonardo que en 2017 otorgó la Fundación BBVA a José M. Adam. Ahora, siete años más tarde, el investigador del ICITECH – UPV continua con este proyecto revolucionario, de la mano del Consejo Europeo de Investigación, que permitirá levantar edificios más seguros y salvar vidas humanas.

Endure se desarrollará hasta 2026 en el laboratorio de estructuras del ICITECH de la Universitat Politècnica de València, uno de los mayores de Europa para el ensayo de grandes elementos estructurales.

Referencia

Makoond, N., Setiawan, A., Buitrago, M. et al. Arresting failure propagation in buildings through collapse isolation. Nature 629, 592–596 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07268-5

Os dejo el vídeo y el artículo completo, pues está publicado en abierto.

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Indicadores de nivel en los silos de cemento

Figura 1. Silos de cemento. https://www.machinio.es/anuncios/72938606-silo-de-cemento-en-esmirna-turquia

En grandes instalaciones, los silos de cemento se vacían con rapidez, requiriendo una monitorización constante del volumen de su contenido para realizar los pedidos y consumir el cemento según una programación predefinida. Cuando se trata de almacenar productos de cemento, la tecnología también debe abordar desafíos relacionados con la humedad. Esta tiende a aglutinar materiales, provocando problemas como la baja densidad y la constante dieléctrica reducida. Además, durante el invierno, se puede producir condensación, lo que potencialmente afecta a las mediciones. Para medir el nivel de llenado de los silos, se utilizan diversos tipos de indicadores de nivel, como los mecánicos, ultrasónicos, electrónicos, entre otros.

Existe una amplia gama de estos dispositivos, con algunos altamente sofisticados. Se pueden clasificar en dos categorías principales: aquellos que ofrecen una indicación continua del nivel de llenado y aquellos que operan en un modo de “todo o nada”. Estos últimos, además de no proporcionar una medida continua, requieren al menos dos dispositivos para ofrecer dos informaciones clave: si el silo está vacío o lleno. Se pueden colocar en diversas ubicaciones dentro del silo, ya sea en la parte superior, inferior, en el cono o en ambas. Los dispositivos de “todo o nada” pueden ser útiles en instalaciones con múltiples silos que contienen el mismo producto (se activa el segundo cuando el primero está vacío), donde el nivel exacto de llenado no es esencial.

Hasta hace algunos años, los procedimientos más comunes eran los dispositivos mecánicos o electromecánicos. Sin embargo, actualmente, estos han ido siendo reemplazados cada vez más por procedimientos electrónicos. Ya sea que se trate de dispositivos mecánicos o electrónicos, todos operan según dos métodos: por contacto o sin contacto con el material.

Los dispositivos mecánicos pueden ser los siguientes:

  • De paletas, aletas y semiesferas giratorias: Estos dispositivos constan de pequeños motores ubicados cerca de las paredes de los silos, los cuales accionan un eje equipado con paletas. Cuando el material desciende y libera las paletas previamente bloqueadas por el cemento, el motor se activa y se enciende un piloto luminoso como aviso.
  • De contrapeso o palpador: Consisten en un torno que permite descender un peso hasta el nivel del cemento, emitiendo una señal al alcanzar dicho nivel y deteniendo el motor del torno. La longitud del cable proporciona información sobre el nivel de cemento. Una vez conocido, se enrolla nuevamente el cable y se repite el proceso según intervalos programados periódicamente.
  • De diafragmas presiométricos: En este tipo de dispositivo, el circuito eléctrico permanece abierto cuando el cemento ejerce presión sobre el diafragma. Cuando el nivel de cemento desciende y la presión disminuye, el circuito se cierra, activando un piloto luminoso como indicador.
  • De péndulo: Estos dispositivos constan de un péndulo de corta longitud que, al entrar en contacto con el cemento durante el llenado del silo, se inclina, abriendo un circuito eléctrico. De manera similar, al vaciarse el silo, el circuito se cierra, activando un indicador luminoso de nivel, ubicado ya sea en el propio silo o en el panel de control del puesto de mando.

Los dispositivos electrónicos principales comprenden:

  • Detectores de láminas vibrantes: Estos dispositivos generan vibraciones en unas horquillas de acero inoxidable mediante corriente eléctrica. La frecuencia de vibración varía dependiendo de si las horquillas están libres o cubiertas por el cemento, lo que indica si el nivel de este ha superado la altura de las láminas.
  • Medidores de conductividad: Consisten en una columna vertical en el centro del silo con emisores de impulsos eléctricos distribuidos uniformemente en altura. En la pared del silo, receptores miden la conductancia o capacitancia del medio (aire o cemento), lo que permite conocer constantemente la altura del cemento en el silo.
  • Medidores de ondas: Estos dispositivos se basan en la propagación y medición de ondas sónicas, infrasónicas o de isótopos radioactivos. Aunque son precisos, son más costosos y delicados en comparación con los electromecánicos, que son menos precisos pero más robustos.
  • Medidores de ultrasonidos: Utilizan parejas de emisores-receptores ubicados a diferentes alturas en la misma horizontal. Comparando las velocidades ultrasónicas en aire o cemento, es posible determinar la altura del material.
  • Medidores de ondas sónicas: Funcionan según el mismo principio que los anteriores y pueden tener una disposición similar. También pueden situarse en la parte superior del silo, midiendo el tiempo que tarda la onda sónica emitida por el aparato en reflejarse en el cemento y ser captada nuevamente, lo que proporciona una indicación precisa del nivel de cemento.
  • Detectores de nivel de ondas radioactivas: Estos dispositivos se basan en la emisión de rayos gamma desde una fuente en la parte superior del silo y en unos captadores (contadores Geiger) que se activan cuando no están bajo presión del cemento, indicando así su nivel.

Os dejo varios vídeos explicativos que, espero, sean de vuestro interés:

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

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El puente de Astilleros de Valencia

Figura 1. Puente de Astilleros, Valencia. https://puentesvalencia.com/2023/09/15/puente-de-astilleros/

El enorme tráfico que presentaba el puerto de Valencia a finales del siglo XIX hizo pensar en la conveniencia de ensanchar la carretera existente en la margen derecha del Turia y en la construcción de un nuevo puente en el poblado de Nazaret. La primera alternativa la presentó D. Antonio Guijarro Montó en el año 1891, a la que siguió otra de D. Fernando Prósper y González, siendo ambas rechazadas por el Ayuntamiento.

El 2 de septiembre de 1901, los ingenieros municipales Casimiro Meseguer y J. Blanco firman un nuevo proyecto, cuyas obras dieron comienzo el 14 de mayo de 1904. Surgieron problemas con los terraplenes laterales y se añadieron unos tramos metálicos en los extremos, con lo que quedó un puente de cinco vanos metálicos de 12 m de luz. Sin embargo, la estructura duró poco y en 1921 la Dirección de Caminos la declara en ruina, y se cierra durante dos años. Después se rehabilitó y se añadió un tramo más, quedando su longitud en 72 m con una anchura de calzada de 3,5 m y dos aceras de 0,5 m.

El actual puente de Nazaret o de Astilleros (1928-1931), que se hubiera llamado “Príncipe de Asturias” si no hubiese sido por los avatares políticos de entonces, se adjudicó a “Cubiertas y Tejados, que empezaron las obras un 16 de julio de 1928 y las terminaron el 22 de septiembre de 1931, siendo inaugurado el puente el 14 de noviembre de ese mismo año. Su ubicación fue unos 165 m aguas abajo del antiguo puente de Hierro que, para peatones y carros, existía frente a la calle Mayor del poblado de Nazaret. Se trata de un puente que se proyectó en 1926 y cuya forma, materiales y procedimientos constructivos son los propios de aquella época.

Figura 2. Plano de sección en proyecto original del puente de Astilleros. https://valenciaactua.es/puente-de-astilleros/

Su longitud es de 175 m y su anchura de 25. Formado por cinco vanos de hormigón armado de 23 m y cuatro vanos de 9,45 m, todos rectos. Se tuvieron que resolver las dificultades propias de una cimentación sobre un terreno fangoso mediante pilotes de hormigón armado clavados algunos a más de 12 m. Sus barandas son de hierro forjado, con adornos de hierro fundido, ornamentadas entre pilastras de hormigón que forman la base de las farolas. El coste de la obra se situó en torno a los 2 millones de pesetas de entonces, siendo sus autores los ingenieros Federico Gómez de Membrillera y Piazza y Luis Dicenta Vera.

Su estilo modernista tiene gran influencia del art-decó, destacando la belleza de las farolas y las barandillas. Las aceras vuelan sobre los paramentos y se apoyan en sus extremos en las pilas y en el centro de una gran ménsula de piedra artificial. Además, cuenta en sus pilas con relieves alusivos a la marina, las obras públicas, etc. En su origen tuvo una zona central adoquinada y raíles para los tranvías, pero posteriormente se eliminó transformándose en calzada para el tráfico. La riada de 1949 provocó daños que debió reparar, dándole solidez y capacidad viaria, la Junta del Puerto. Fue ampliado hasta adquirir su fisonomía actual con dos aceras y seis carriles para circulación rodada.

Figura 3. Detalle de la barandilla del puente de Astilleros.

Si bien este puente no fue el primero que se realizó en la Comunidad Valenciana en hormigón armado, sí que lo fue sobre el cauce del Turia, en Valencia, pues se trató de un puente que debía soportar el tráfico de vehículos, ferrocarriles y tranvías. Eso lo diferenciaba de la pasarela de la Exposición de 1909, cuya función solo fue peatonal.

Referencia:

YEPES, V. (2010). Puentes históricos sobre el viejo cauce del Turia. Una aproximación histórica, estética y constructiva a la Valencia foral. Universitat Politècnica de València, 372 pp. Registro de la Propiedad Intelectual 09/2011/643.

 

Investigación sobre la optimización de las emisiones de carbono en proyectos internacionales de construcción

Acaban de publicarnos un artículo en Scientific Reports, revista indexada en el JCR. El documento enfatiza la importancia de contar con modelos de evaluación sólidos para abordar las emisiones y de carbono en los proyectos internacionales. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El trabajo presenta el proyecto del puente marítimo de Suramadu en Indonesia, construido según el modelo EPC por el gobierno chino, y muestra las especificaciones de diseño detalladas y los procesos de construcción. Además, establece un modelo de evaluación de las emisiones de carbono de los proyectos de inversión internacionales, que integra ocho etapas para analizar las fugas de carbono, destacando la importancia de evaluar con precisión las emisiones de carbono en los proyectos internacionales.

De Sakurai Midori – Trabajo propio, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8028163

El documento contribuye al demostrar la fiabilidad y la naturaleza científica de los datos de evaluación mediante la combinación de la bibliografía, la evaluación y el acoplamiento multidisciplinario de modelos matemáticos, lo que contribuye a la formulación de políticas de emisiones y aranceles al carbono.

Analiza de manera innovadora los complejos efectos de acoplamiento de varios datos e indicadores de incertidumbre en los proyectos internacionales, proporcionando modelos y evaluaciones precisos de los efectos interactivos, algo esencial para los responsables políticos.

Abstract:

Due to the rapid economic development of globalization and the intensification of economic and trade exchanges, cross-international and regional carbon emissions have become increasingly severe. Governments worldwide establish laws and regulations to protect their countries’ environmental impact. Therefore, selecting robustness evaluation models and metrics is an urgent research topic. This article proves the reliability and scientificity of the assessment data through literature coupling evaluation, multidisciplinary coupling, mathematical model, and international engineering case analysis. The innovation of this project’s research lies in the comprehensive analysis of the complex coupling effects of various discrete data and uncertainty indicators on the research model across international projects and how to accurately model and evaluate interactive effects. This article provides scientific measurement standards and data support for governments worldwide to formulate carbon tariffs and carbon emission policies. Case analysis data shows that the carbon emission ratio of exporting and importing countries is 0.577:100; the carbon trading quota ratio is 32.50:100.

Keywords:

Construction industry, Environmental impact, Carbon trading, Model evaluation.

Reference:

ZHOU, Z.; WANG, Y.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects. Scientific Reports, 14: 10752. DOI:10.1038/s41598-024-59531-4

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Mejora de la robustez en la optimización de estructuras modulares prefabricadas: Integración de NSGA-II, NSGA-III y RVEA para una infraestructura sostenible

Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. El documento explora el diseño de estructuras modulares prefabricadas sostenibles utilizando la optimización multiobjetivo (MOO) y la toma de decisión multicriterio (MCDM) con algoritmos avanzados como NSGA-II, NSGA-III y RVEA. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El artículo destaca la importancia de integrar la sostenibilidad del ciclo de vida en los proyectos de infraestructura de transporte para estimular la innovación y la colaboración entre las partes interesadas. Además, presenta una estrategia de diseño novedosa que se centra en la optimización del ciclo de vida de los marcos modulares prefabricados de hormigón armado (RCPMF). Por último, amplía la comprensión de la aplicabilidad de los algoritmos avanzados de MOO y las técnicas de MCDM para mejorar el desarrollo sostenible de la infraestructura.

Las conclusiones más importantes de este trabajo son las siguientes:

  • El estudio evalúa el rendimiento de optimización del ciclo de vida de los algoritmos NSGA-II, NSGA-III y RVEA dentro de una estructura prefabricada tipo marco de diseño coherente para una infraestructura de transporte sostenible.
  • El NSGA-III se identifica como el algoritmo con mejor rendimiento, lo que demuestra su potencial para facilitar enfoques de diseño sostenibles.
  • El problema del MCDM se evalúa rigurosamente y se abordan nueve soluciones no dominantes generadas por los algoritmos de optimización, lo que demuestra la eficiencia y la fiabilidad del marco integrado de MOO y MCDM.
  • Los resultados abogan por un enfoque transformador del desarrollo de infraestructuras, orientado hacia soluciones de ingeniería más avanzadas y sostenibles.

Abstract:

The advancement toward sustainable infrastructure presents complex multi-objective optimization (MOO) challenges. This paper expands the current understanding of design frameworks that balance cost, environmental impacts, social factors, and structural integrity. Integrating MOO with multi-criteria decision-making (MCDM), the study targets enhancements in life cycle sustainability for complex engineering projects using precast modular road frames. Three advanced evolutionary algorithms—NSGA-II, NSGA-III, and RVEA—are optimized and deployed to address sustainability objectives under performance constraints. The efficacy of these algorithms is gauged through a comparative analysis, and a robust MCDM approach is applied to nine non-dominated solutions, employing SAW, FUCA, TOPSIS, PROMETHEE, and VIKOR decision-making techniques. An entropy theory-based method ensures systematic, unbiased criteria weighting, augmenting the framework’s capacity to pinpoint designs, balancing life cycle sustainability. The results reveal that NSGA-III is the algorithm converging towards the most cost-effective solutions, surpassing NSGA-II and RVEA by 21.11% and 10.07%, respectively, while maintaining balanced environmental and social impacts. The RVEA achieves up to 15.94% greater environmental efficiency than its counterparts. The analysis of non-dominated solutions identifies the 𝐴4𝐴4 design, utilizing 35 MPa concrete and B500S steel, as the most sustainable alternative across 80% of decision-making algorithms. The ranking correlation coefficients above 0.94 demonstrate consistency among decision-making techniques, underscoring the robustness of the integrated MOO and MCDM framework. The results in this paper expand the understanding of the applicability of novel techniques for enhancing engineering practices and advocate for a comprehensive strategy that employs advanced MOO algorithms and MCDM to enhance sustainable infrastructure development.

Keywords:

Multi-objective optimization; multi-criteria decision-making; NSGA-II; NSGA-III; RVEA; SAW; FUCA; TOPSIS; PROMETHEE; VIKOR

Reference:

RUIZ-VÉLEZ, A.; GARCÍA, J.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Enhancing Robustness in Precast Modular Frame Optimization: Integrating NSGA-II, NSGA-III, and RVEA for Sustainable Infrastructure. Mathematics, 12(10):1478. DOI:10.3390/math12101478

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Diseño sostenible de los cimientos de los aerogeneradores terrestres

Acaban de publicarnos un artículo en el Journal of Physics: Conference Series, referente a la comunicación que presentamos en la WindEurope Annual Event 2024 en Bilbao. El estudio se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El documento evalúa la sostenibilidad de los cimientos de los aerogeneradores utilizando un enfoque holístico, comparando diferentes alternativas concretas en función de los impactos del ciclo de vida y empleando un modelo de toma de decisiones multicriterio. Cuantifica la sostenibilidad y clasifica el hormigón con escorias de alto horno como el más sostenible, seguido del hormigón convencional y las cenizas volantes, y proporciona una metodología para la optimización del diseño con una perspectiva sostenible.

Las conclusiones más importantes de este trabajo son las siguientes:

  • El estudio concluye que la alternativa del hormigón con escorias molidas de alto horno (GBFS) demuestra índices de sostenibilidad más altos en comparación con el hormigón convencional (CONV) y el hormigón con cenizas volantes (FA) para cimentaciones de aerogeneradores.
  • El GBFS supera al CONV y al FA en términos de impacto ambiental, mientras que el CONV es más económico que el GBFS y el FA, y el GBFS muestra impactos sociales más destacados según los indicadores de los trabajadores.
  • El documento hace hincapié en la importancia de tener en cuenta simultáneamente las dimensiones económica, ambiental y social al optimizar el diseño, y destaca la necesidad de adoptar un enfoque holístico de la sostenibilidad en el diseño de las cimentaciones de las turbinas eólicas.

Abstract

Recently, wind power has emerged as a prominent contributor to electricity production. Minimizing the costs and maximizing the sustainability of wind energy is required to improve its competitiveness against other non-renewable energy sources. This communication offers a practical approach to assess the sustainability of wind turbine generator foundations from a 3-dimensional holistic point of view. Specifically, the main goal of this study is to analyse the life cycle impacts of one shallow foundation design by comparing three different concrete alternatives: conventional concrete, concrete with 66-80% of blast furnace slags and concrete with 20% fly ash, and then to apply a Multi-Criteria Decision-Making model based on TOPSIS method to evaluate and compare the resulting sustainability of each alternative considered. The study results in a methodology for quantifying sustainability rather than simply qualifying it. Therefore, with a sustainable perspective, this methodology can be employed for design optimization, such as geometry and materials. Specifically, in this study, concrete with blast furnace slags emerges as the top-ranked sustainable alternative, followed by conventional concrete in second place and the fly ash option in third position.

Reference:

MASANET, C.; NAVARRO, I.; COLLADO, M.; YEPES, V. (2024) Journal of Physics:Conference Series, 2745:012005. DOI:10.1088/1742-6596/2745/1/012005

Esta comunicación está en abierto, por lo que os la dejo para su descarga.

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