Mes: julio 2013

Cementos expansivos para el taqueo y la demolición

A mediados de los años setenta del siglo XX, un ingeniero y químico italiano, Rossano Vannetti, comienza el estudio y el desarrollo de la formulación moderna del cemento expansivo. A base de carbonatos de calcio, consigue desarrollar una formulación que le permite regular a voluntad el tiempo de reacción del producto, y por tanto, a base de catalizadores de la reacción, controlar los tiempos de rotura.

El cemento expansivo permite el taqueo y demolición sin emplear productos explosivos. Este método, consiste en llenar los barrenos practicados en los bloques de roca con un cemento, encartuchado o a granel mezcla de cal y silicatos, que al hidratarse aumenta de volumen y genera unas presiones expansivas del orden de unos 30 MPa, que provocan la rotura de los bloques siguiendo la malla previstas de las perforaciones.

La principal ventaja es la ausencia total de alteraciones ambientales y su mayor inconveniente el coste. Se utilizan normalmente donde no es posible realizar voladuras. Las cantidades consumidas oscilan entre los 3 kg/m3 en rocas blandas hasta los 8 kg/m3 en rocas duras. Normalmente, la proporción de agua que se añade al cemento es del 25% y los tiempos necesarios para que aparezca la rotura de la roca van desde los 30 minutos para algunos tipos hasta las 12 y 24 horas para otros. Aunque estos cementos son productos básicamente seguros, es preciso durante su manejo observar algunas recomendaciones:

  • Usar guantes y gafas protectoras, ya que, generalmente, son sustancias alcalinas con un pH muy alto y cualquier salpicadura puede producir daños en la piel y en los ojos.
  • Una vez cargados los barrenos no mirar en la dirección de éstos.
  • Colocar protecciones ligeras sobre la roca a fragmentar si existe riesgo de estallidos y proyecciones de pequeñas esquirlas” sobre todo si se lleva a cabo un taponado firme de los barrenos.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

 

Construcción del puente de Rande en Vigo

Infografía sobre la ampliación del puente de Rande

El puente de Rande es un puente atirantado inaugurado en 1978 que une los municipios de Redondela y Moaña, márgenes del Estrecho de Rande, en la Ría de Vigo, evitando dar un rodeo de más de 50 km. Fue proyectado por el ingeniero italiano Fabrizio de Miranda, el español Florencio del Pozo (que también se encargó de la cimentación) y por Alfredo Passaro. En 1979 obtuvo el Premio Europeo a la Construcción metálica más destacada. Sin embargo, el puente se ha quedado pequeño y debe ampliarse, tal y como veremos en uno de los vídeos que os dejo en la entrada.

El puente en su tramo central es del tipo atirantado. El conjunto se completa con dos viaductos de acceso, formados por dos vigas de cajón continuas, una por cada calzado, de hormigón pretensado. La longitud total de los viaductos es de 863 metros. Por tanto, el puente mide 1.558 m. de longitud total entre el puente metálico más viaductos de acceso.

Las columnas que lo sostienen tienen una altura de 148 m. sobre el fondo marino. Consta de un tablero metálico con un ancho total de 23,46 m., que permite una doble circulación en cada sentido y que se encuentra a una cota de 50 m. sobre el nivel del mar. La luz libre entre las pilas centrales es de 400,14 m., que lo situaron en su momento en el segundo con más luz del mundo para ese tipo de puentes, entre las pilas centrales y las de tierra hay un tramo de 147,42 m. a ambos lados, dando un total de longitud para el puente central atirantado de 694,98 m.

El tablero está suspendido de cables rectos anclados en los bordes del mismo y en las cabezas de las pilas centrales. Las pilas centrales de hormigón armado tienen un altura de 128,10 sobre el nivel del mar y descansan sobre unas fundaciones que llegan a la cota menos 20, cimentadas directamente sobre la roca del fondo de la ría.

Os paso un vídeo, ya antiguo, de ACCIONA sobre la construcción de dicho puente, así como un vídeo actual sobre la presentación del proyecto de ampliación de este puente. Espero que os gusten.

 

Reflexiones sobre la competitividad de los destinos turísticos y la calidad

¿Qué opciones tiene España para salir de la crisis? Probablemente una de las bazas más fuertes con las que se cuenta es el turismo, fundamentado en las ventajas climáticas y la buena comunicación con el resto de Europa. Sin embargo, algo habrá que hacer mejor para evitar que esta oportunidad se convierta en una amenaza por culpa de una mala gestión, especialmente en el ámbito de la ordenación del territorio. Veamos, pues, es este post, algunas reflexiones relacionadas con los destinos turísticos, la competitividad y la calidad.

La globalización de los mercados turísticos, las estructuras de costes en los destinos emergentes o el abaratamiento del transporte ha provocado el aumento de la competencia y las posibilidades de elección de destino. La estrategia competitiva basada tan sólo en el precio desencadena dinámicas difíciles de romper, en las cuales una minoración en los costes conlleva mayores volúmenes de negocio que resultan inconciliables con la progresiva rivalidad de los destinos turísticos, que a su vez, traen consigo consecuencias ambientales y sociales inadmisibles en el marco de un desarrollo sostenible. La pluralidad de comportamientos de los consumidores, cada vez más dirigidos hacia ofertas diferenciadas y de mayor calidad, configura un horizonte donde la provisión de productos y servicios excelentes será un elemento decisivo del éxito empresarial, y la clave de su competitividad.

Si bien éste es el contexto en el que se desarrollaba, entre otras, la actividad turística, es conveniente destacar aspectos diferenciadores en relación a otros ámbitos económicos. Se distinguen dos niveles de competencia, uno formado por los establecimientos de una misma zona turística, y otro compuesto por los numerosos destinos turísticos. Es innegable que la competencia dentro de una zona distribuye cuotas de mercado entre las empresas en concordancia con los bienes y servicios ofrecidos. No obstante, con la eventualidad de una oferta poco transparente o diferenciada, el turista puede acceder a establecimientos que, si son incapaces de cubrir sus expectativas respecto a la prestación del servicio, ocasionan insatisfacciones que trascienden al conjunto del destino. Consecuentemente, a una empresa turística le interesa que su competencia directa, a nivel local, proporcione servicios de calidad.

Ahora bien, aún así resulta insuficiente. El destino es más que la suma de sus empresas turísticas, en él participan los servicios prestados por los agentes públicos, la actitud de los residentes, los comercios, los equipamientos e infraestructuras, etcétera. La insatisfacción generada por parte de algún componente del sistema turístico, o incluso ajeno a él, provoca percepciones negativas que se vinculan a la totalidad. Aplicar la estrategia de la calidad no sólo impacta sobre el cliente, quien, obviamente, saldrá beneficiado a través de un mejor cumplimiento de sus expectativas. El destino en su conjunto y cada empresa en particular obtendrá la mejora de su competitividad y rentabilidad.

Además de reconocer y propiciar los atributos apetecibles para el destino turístico, dado que se proporcionan unos servicios que en definitiva son “bienes de experiencia” al exigir su consumo para evaluar después la satisfacción del usuario, debe fomentarse la transparencia y comunicación de las características de los productos ofrecidos para eludir el hecho de que una información escasa e inadecuada sobre una zona turística desencadene la desincentivación de la demanda que, desconfiada, esté dispuesta a pagar menos, desatando una espiral en el deterioro creciente de la calidad ofertada.

No obstante, resulta conveniente romper con ciertas creencias fuertemente arraigadas tales como que la provisión de productos y servicios de mayor calidad siempre trae consigo un mayor coste. Esta consideración tiene lugar cuando se confunde la calidad con las prestaciones del producto, que no es otro que la satisfacción de las expectativas, gustos y necesidades de los consumidores.

La calidad implica “hacer las cosas como espera el cliente” a la primera. La eficacia y la eficiencia en los procesos de la prestación de los servicios turísticos reduce los costes, al no existir la necesidad de reiniciar, repetir o enmendar procesos ya realizados. Por consiguiente, y considerando que los esfuerzos de la unidad de negocio deben satisfacer a los consumidores en el momento y circunstancia previstos; así como que dicho cumplimiento se refiere a lo que, en realidad, son distintos niveles de exigencia por parte de los clientes; es posible, partiendo de un conocimiento apropiado de la demanda, mejorar la calidad del producto o servicio sin que, necesariamente, dicha cualificación incida en la partida de costes.

Otra opinión extendida ampliamente es aquella que asumía una relación estable entre el precio y la calidad, de manera que una mejora de ésta acarrea forzosamente un incremento del precio. Al darse por supuesto esta premisa, una elevación de los precios derivada de una calidad superior no podía ser mal acogida por el cliente. Ahora bien, la realidad es otra, dado que, siendo el consumidor consciente del aumento de la competencia y de los efectos de ésta sobre los precios, quiere cada vez más calidad a un precio similar, o en ocasiones hasta inferior. Se puede hablar, incluso, de un “umbral mínimo de calidad” por debajo del cual determinados segmentos de la demanda rechazan ciertos productos y servicios, independientemente del precio al que se ofrezcan.

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¿Qué son las metaheurísticas?

 ¿Cómo se podrían optimizar en tiempos de cálculo razonable problemas complejos de redes de transporte, estructuras de hormigón (puentes, pórticos de edificación, túneles, etc.) y otro tipo de problemas de decisión empresarial cuando la dimensión del problema es de tal calibre que es imposible hacerlo con métodos matemáticos exactos? La respuesta son los métodos aproximados, también denominados heurísticas. Este artículo divulgativo trata de ampliar otros anteriores  donde ya hablamos de los algoritmos, de la optimización combinatoria, de los modelos matemáticos y otros temas similares. Para más adelante explicaremos otros temas relacionados específicamente con aplicaciones a problemas reales. Aunque para los más curiosos, os paso en abierto, una publicación donde se han optimizado con éxito algunas estructuras de hormigón como muros, pórticos o marcos de carretera: (González et al, 2008).

Desde los primeros años de la década de los 80, la investigación de los problemas de optimización combinatoria se centra en el diseño de estrategias generales que sirvan para guiar a las heurísticas. Se les ha llamado metaheurísticas. Se trata de combinar inteligentemente diversas técnicas para explorar el espacio de soluciones. Osman y Kelly (1996) nos aportan la siguiente definición: “Los procedimientos metaheurísticos son una clase de métodos aproximados que están diseñados para resolver problemas difíciles de optimización combinatoria, en los que los heurísticos clásicos no son ni efectivos ni eficientes. Los metaheurísticos proporcionan un marco general para crear nuevos algoritmos híbridos combinando diferentes conceptos derivados de la inteligencia artificial, la evolución biológica y la mecánica estadística”.

Aunque existen diferencias apreciables entre los distintos métodos desarrollados hasta el momento, todos ellos tratan de conjugar en mayor o menor medida la intensificación en la búsqueda –seleccionando movimientos que mejoren la valoración de la función objetivo-, y la diversificación –aceptando aquellas otras soluciones que, aun siendo peores, permiten la evasión de los óptimos locales-.

Las metaheurísticas son susceptibles de agruparse de varias formas. Algunas clasificaciones recurren a cambios sucesivos de una solución a otra en la búsqueda del óptimo, mientras otras se sirven de los movimientos aplicados a toda una población de soluciones. El empleo, en su caso, de memoria que guíe de la exploración del espacio de elecciones posibles permite otro tipo de agrupamiento. En otras circunstancias se emplean perturbaciones de las opciones, de la topología del espacio de soluciones, o de la función objetivo. En la Figura se recoge una propuesta de clasificación de las heurísticas y metaheurísticas empleadas en la optimización combinatoria (Yepes, 2002), teniendo en común todas ellas la necesidad de contar con soluciones iniciales que permitan cambios para alcanzar otras mejores. Es evidente que existen en este momento muchas más técnicas de optimización, pero puede ser dicha clasificación un punto de partida para una mejor taxonomía de las mismas.

 

Taxonomía de estrategias empleadas en la resolución aproximada de problemas de optimización combinatoria sobre la base de soluciones iniciales.
Figura. Taxonomía de estrategias empleadas en la resolución aproximada de problemas de optimización combinatoria sobre la base de soluciones iniciales (Yepes, 2002)

Las  metaheurísticas empleadas en la optimización combinatoria en podrían clasificarse en tres grandes conjuntos. Las primeras generalizan la búsqueda secuencial por entornos de modo que, una vez se ha emprendido el proceso, se recorre una trayectoria de una solución a otra vecina hasta que éste concluye. En el segundo grupo se incluyen los procedimientos que actúan sobre poblaciones de soluciones, evolucionando hacia generaciones de mayor calidad. El tercero lo constituyen las redes neuronales artificiales. Esta clasificación sería insuficiente para aquellas metaheurísticas híbridas que emplean, en mayor o menor medida, estrategias de unos grupos y otros. Esta eventualidad genera un enriquecimiento deseable de posibilidades adaptables, en su caso, a los diferentes problemas de optimización combinatoria.

Referencias

GONZÁLEZ-VIDOSA-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; CARRERA, M.; PEREA, C.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I. (2008) Optimization of Reinforced Concrete Structures by Simulated Annealing. TAN, C.M. (ed): Simulated Annealing. I-Tech Education and Publishing, Vienna, pp. 307-320. (link)

OSMAN, I.H.; KELLY, J.P. (Eds.) (1996). Meta-Heuristics: Theory & Applications. Kluwer Academic Publishers.

YEPES, V. (2002). Optimización heurística económica aplicada a las redes de transporte del tipo VRPTW. Tesis Doctoral. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València. 352 pp. ISBN: 0-493-91360-2. (pdf)

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Comunicaciones presentadas en el 2º Congreso EIME

En plena celebración del 2º Congreso Nacional sobre Ensañanza de las Matemáticas en Ingeniería de Edificación, desarrollado los días 18 y 19 de julio de 2013 en la Universitat Politècnica de València, aprovecho para presentar los resúmenes de los trabajos que hemos presentado. Espero que sean de vuestro interés.

Los autores agradecen el aporte financiero realizado para este trabajo por el Ministerio de Ciencia e Innovación (Proyecto de Investigación BIA2011-23602) y por la Universitat Politècnica de València (Proyecto de Investigación PAID-06-12).

BÁRCENA, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2013). Diseño automático de forjados de chapa nervada optimizados con criterios de economía y sostenibilidad. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 159-172. ISBN: 978-84-8363-992-4.

Los forjados mixtos con chapa colaborante son una tipología de estructuras horizontales que está experimentando un crecimiento continuo en las últimas décadas. Su optimización presenta un enorme interés para conseguir diseños más asequibles y sostenibles, que permitan un mejor aprovechamiento de los recursos necesarios. El objetivo de este trabajo es aplicar técnicas heurísticas para este tipo de forjados, permitiendo plantearse el problema de una manera más compleja, utilizando una definición completa del forjado mixto y sus componentes, mientras que al mismo tiempo satisface las restricciones de este tipo de estructuras. Los algoritmos de optimización aplicados a la estructura se basan en tres metaheurísticas: búsqueda local de descenso (DLS), recocido simulado (SA) y el umbral de aceptación (TA). Se muestran las principales características, los parámetros que deben calibrarse y los diferentes modos de selección de dichos parámetros, para cada una de las heurísticas. La comparación de los resultados ha permitido señalar la SA como la mejor heurística de todas ellas. Por último, una vez seleccionado el mejor calibración de la SA, se ha estudiado la sensibilidad del modelo y un estudio paramétrico con diferentes tramos horizontales.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2013). Optimización multiobjetivo de viga en I de hormigón armado con criterios sostenibles. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 135-148. ISBN: 978-84-8363-992-4.

Este estudio tiene como objetivo presentar una metodología de diseño de una viga en I de hormigón armado de alta resistencia autocompactable o convencional.  Algoritmos heurísticos como recocido simulado multiobjetivo “Multiobjective Simulated Annealing” (MOSA) son utilizados para buscar dentro del espacio de soluciones factibles aquellas que mejoren criterios como coste, emisiones de CO2 o durabilidad. Se tomará como ejemplo una viga en I biapoyada de 15 m de luz definida por 20 variables. La viga deberá cumplir de acuerdo a la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) los requisitos de seguridad estructural, así como aspectos constructivos o geométricos. El análisis comparativo de los objetivos servirá como guía para el diseño sostenible de estructuras de hormigón. Los resultados obtenidos muestran una clara tendencia de diseño de estructuras de hormigón hacia la sostenibilidad.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T. (2013). Optimización memética de vigas artesa prefabricadas con criterios sostenibles de hormigón con fibras. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 91-104. ISBN: 978-84-8363-992-4.

Esta comunicación describe una metodología heurística empleada para diseñar estructuras bajo criterios sostenibles, con reducción de la emisión de gases de efecto invernadero (CO2) durante la fase de ejecución. La estructura presentada es un tablero de un paso superior de carreteras de vigas artesa  prefabricadas de hormigón reforzado con fibras, empleando para ello un algoritmo memético híbrido, que combina la búsqueda poblacional de soluciones mediante algoritmos genéticos y una búsqueda por entornos variable (VDNS). Este algoritmo se aplica a un tablero formado por dos vigas isostáticas para una luz de 30 m y una losa de 12 m de ancho. La estructura analizada consta de 41 variables discretas. El módulo de la evaluación considera los estados límite último y de servicio que se aplican habitualmente para estas estructuras. El uso del algoritmo memético requiere previamente su calibración. Cada una de las heurísticas se procesa nueve veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el medio y las desviaciones. El procedimiento presentado permite la aplicación práctica al diseño real y su adaptación al proceso de prefabricación.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T. (2013). Diseño de vigas en “U” de hormigón con fibras mediante la heurística SA con criterios económicos. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 299-309. ISBN: 978-84-8363-992-4.

Este artículo se ocupa de la optimización económica de los puentes de carreteras formados por tableros constituidos por una losa de hormigón ejecutada in situ y dos vigas artesa de hormigón reforzado con fibras metálicas pretensadas prefabricadas. Se comprueba la eficacia de la optimización heurística por el método del recocido simulado “simulated annealing” (SA). Los cálculos de las tensiones y de sus envolventes, son programados en lenguaje fortran directamente por los autores. Los algoritmos de optimización heurística se aplican a un tablero de 35 m de  luz y 12 m de ancho. Los parámetros que definen la forma de la sección de la viga se adaptan prácticamente a cualquier tipo de molde de una instalación de prefabricados. El ejemplo que se analiza consta de 60 variables discretas. El módulo de la evaluación incluye los estados límite último y de servicio que se aplican comúnmente para estas estructuras: flexión, cortante, torsor, fisuración, flechas, etc. El uso del algoritmo SA requiere previamente su calibración. La heurística se procesa 9 veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el medio y las desviaciones. El mejor resultado obtenido tiene un coste de 109.127 €.  Finalmente, entre las principales conclusiones de este estudio, destaca que económicamente es factible el uso de fibras de acero en el hormigón estructural y que las soluciones y los tiempos de proceso computacional son tales, que este método se puede aplicar de un modo práctico a casos reales.

RODRÍGUEZ-CALDERITA, A.M.; ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2013). Optimización heurística aplicada al diseño automático de forjados de losa postesa. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 63-75. ISBN: 978-84-8363-992-4.

En ese trabajo se muestran las características principales de los forjados de losa postesa obtenidos tras aplicar métodos heurísticos de optimización. Estos forjados son ventajosos frente a soluciones más convencionales a partir de ciertas luces. El proceso de diseño de estos forjados se puede plantear como un problema de optimización, que abordado con métodos heurísticos puede ser formulado de un modo totalmente realista. Se pueden encontrar diseños completos de forjados optimizados no solo con criterios de economía, sino también de sostenibilidad, pudiendo comparar ambos casos. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran una clara tendencia a disponer cantos muy estrictos en los resultados óptimos. Aplicando criterios de sostenibilidad se tiende a hormigones de mayores resistencias que con criterios económicos. Finalmente se han realizado pruebas de sensibilidad a los precios, que muestran mucha independencia de los forjados óptimos frente a las variaciones de precios ensayadas.

TORRES-MACHÍ, C.; YEPES, V.; PELLICER, E.; CHAMORRO, A. (2013). Optimización en la gestión de activos. Aplicación al mantenimiento de múltiples estructuras de edificación. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp.323-332. ISBN: 978-84-8363-992-4.

En una sociedad desarrollada en la que el nivel de inversión en nuevas infra-estructuras tiende a estabilizarse, su conservación pasa a ser uno de los retos a los que deben enfrentarse sus gestores, de forma que los recursos escasos de los que disponen, sean destinados en la mejor alternativa posible. Sin embargo, la asignación óptima de recursos de conservación es un problema que no tiene una solución directa. De hecho, la resolución del problema de asignación de recursos para el mantenimiento de una infra-estructuras presenta un problema de explosión combinatoria, pues existen ST soluciones factibles para la gestión una infraestructura con S posibles tratamientos de conservación y un periodo de análisis de T años. El objetivo de esta comunicación es presentar un modelo matemático que permite optimizar los recursos asignados al mantenimiento de una infraestructura de edificación, de forma que se maximice el nivel de servicio de la misma, cumpliendo además con unas restricciones presupuestarias y unos niveles mínimos de conservación.

YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V.;  GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2013). Cómo predimensionar muros óptimos sin calculadora usando la inteligencia artificial. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 119-134. ISBN: 978-84-8363-992-4.

El trabajo presenta un estudio de diseño automático de muros ménsula de hormigón armado basado en el recocido simulado, dentro de un esquema de búsqueda en entornos variables, como metaheurística de optimización económica. Cada solución se caracteriza por 20 variables de diseño: 4 geométricas relacionadas con el espesor del alzado y de la zapata, así como con las longitudes de la puntera y del talón; 4 tipos de material y 12 variables relacionadas con el armado. El trabajo estudia la importancia relativa de factores tales como el coeficiente de rozamiento suelo-zapata, el ángulo de rozamiento muro-relleno y la limitación de la flecha del alzado. Por último, se presenta un estudio paramétrico de muros de 4 a 10 metros de altura total para diferentes rellenos y condiciones de carga. Se aportan valores medios de costes, volúmenes de hormigón, espesor de alzados y zapatas, longitudes de punteras y talones que pueden ser útiles para el predimensionado económico de muros. Los resultados muestran cómo la inteligencia artificial es capaz de dimensionar de forma automática los muros ménsula de hormigón armado, detectando relaciones aportadas por la experiencia en el cálculo de este tipo de estructuras. Se aporta, como novedad de gran interés práctico, unas reglas sencillas que permiten predimensionar y estimar económicamente de forma rápida este tipo de estructuras.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T. (2013). Métodos empleados en el proyecto HORSOST sobre diseño sostenible con hormigón no convencional. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 259-272. ISBN: 978-84-8363-992-4.

El objetivo fundamental del proyecto de investigación HORSOST consiste en establecer pautas de diseño eficiente de estructuras realizadas con hormigón no convencional optimizadas heurísticamente con funciones multiobjetivo relacionadas con la sostenibilidad. Se pretende avanzar en el establecimiento de nuevos diseños que permitan extraer las ventajas que aportan los hormigones especiales, en particular hormigones de alta resistencia, hormigones con fibras, hormigones autocompactantes. Para ello se utiliza el análisis del ciclo de vida de dichas estructuras (elaboración, transporte, procedimientos constructivos, mantenimiento, etc.) considerando aspectos energéticos, medioambientales, sociales y económicos. La optimización heurística permite evaluar los diseños más eficientes, comparar soluciones y generar bases de datos sobre las que aplicar herramientas procedentes de la minería de datos y del aprendizaje automático para extraer información no trivial que permita fórmulas de predimensionamiento. La posibilidad de análisis se debe a que las herramientas matemáticas empleadas presentan un carácter general. Se aplican técnicas como redes neuronales o la teoría del valor extremo además de otras herramientas más habituales como la regresión lineal múltiple o el análisis por componentes principales.

 

El uso de residuos agrícolas como material puzolánico en la construcción

En septiembre del 2012 se leyó en el Departamento de Ingeniería de la Construcción de la Universidad Politécnica de Valencia un trabajo fin de máster (Máster en Ingeniería del Hormigón) denominado “Caracterización química y reactividad de la ceniza de caña común y planta de maíz, para su uso como adición puzolánica en morteros y hormigones“, cuyo autor es Alejandro Escalera y cuyos directores fueron los profesores Jose María Monzó y Jorge Payá. Debido al interés que tiene esta línea de investigación seguida dentro del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), voy a dedicar este post a divulgar la línea de trabajo realizado.

Los romanos ya acuñaron el término “puzolana” para designar a la fina ceniza volcánica que, mezclada con cal y agua, forma compuestos con propiedades cementantes capaces de presentar propiedades similares a un hormigón convencional elaborado con cemento común. Lo realmente interesante es que la combustión, bajo determinadas condiciones, los residuos agrícolas tales como la cascarilla del arroz, las hojas de bambú o la caña de azucar, presentan contenidos en sílice que pueden tener carácter puzolánico. Estos residuos agrícolas son aquellas partes de la planta que es necesario separar para obtener el fruto o para facilitar el cultivo propio o posterior; y si bien gran parte de estos residuos se consumen por la ganadería, otros no son aprovechables. Continue reading “El uso de residuos agrícolas como material puzolánico en la construcción” →

Construcción de túneles mediante precorte mecánico o “Premill”

El método de precorte con revestimiento previo a la excavación, denominado precorte mecánico, preserraje mecánico de anillos o “premill”, consiste en la realización de un corte al avance, a partir del frente de excavación en el trasdós de la sección del túnel. Este método se emplea en suelos y rocas blandas, preferentemente por encima del nivel freático.

Este procedimiento constructivo se enmarca dentro de los métodos denominados de presostenimiento al avance, especialmente idóneos para la ejecución de túneles en entornos urbanos o semiurbanos, debido a la limitación de deformaciones superficiales (subsidencias) que producen en las estructuras y servicios situados por encima de la clave.

Con el método de precorte mecánico se produce un confinamiento del frente de excavación, previo a la realización de la misma, con indudables ventajas añadidas de cara a la estabilidad del mismo.

Figura. Máquina de precorte mecánico

Este corte se efectúa con una máquina específica a través de una especie de sierra de corte, que consta de dientes de widia. La ranura resultante se rellena, a continuación, con hormigón proyectado de fraguado rápido realizado por vía seca o húmeda, obteniéndose, de esta forma, una bóveda estabilizante.

Una vez ha fraguado el hormigón de la bóveda, esta asegura la estabilidad de la cavidad, constituyendo el sistema de sostenimiento. Posteriormente se efectúa la excavación del material que queda bajo la bóveda. Adicionalmente, pueden realizarse refuerzos con cerchas o bulones. El sistema exige una gran superficie de frente abierto para que pueda pasar el bastidor, y exige colocar a tiempo la riostra de solera necesarias para acodalar las tejas de la sección correspondiente, de forma provisional hasta que se cierren con la solera, que debe ir siempre algo retrasada por motivos constructivos.

En España se ha utilizado en los túneles ferroviarios del Goloso (Madrid), ampliación de la línea VI del Metro de Madrid y túneles de la M-40 en el Monte del Pardo, también en Madrid. Premesa, la licenciataria en España del método Premill, construyó 2 enormes máquinas para su utilización en los túneles de El Pardo. La cuchilla de cada máquina presenta 5 m de longitud y corta una abertura de 30 cm. de anchura. Cada ciclo Premill de 14 m., comienza con el corte de una sección de aproximadamente 2 m. alrededor del perfil de la bóveda, hasta alcanzar una profundidad de 4,5 m.

El método de precorte mecánico posee algunas analogías con el Nuevo Método Austriaco (NMA) para la construcción de túneles. De hecho se pueden utilizar, en algunos casos, los mismos elementos de sujeción inmediata, como el hormigón proyectado, bulones de anclaje y cerchas. No obstante, la diferencia fundamental reside en el hecho de que con el precorte mecánico el revestimiento preliminar de hormigón se realiza al  avance respecto al frente de excavación, en una longitud de 3 a 5 m, mientras que en el NMA el revestimiento previo sigue a la excavación del frente a una cierta distancia.

Esta característica constituye la ventaja fundamental del método de precorte mecánico, pues el comportamiento de la formación por donde discurre el túnel está condicionado, de forma fundamental, por la sucesión de operaciones en el frente de excavación.

Referencias:

Pérez, R.; Rojo, J.L. (1999). El método de precorte mecánico (Premill (R)). Ingeopress, 72:62-72.

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Precedentes de los explosivos actuales: el fuego griego

Uso del fuego griego, según un manuscrito bizantino.

Un explosivo es una sustancia o mezcla de sustancias que, mediante un estímulo externo, pueden transformarse repentinamente en un gran volumen de gases y sustancias volátiles a gran temperatura. Pueden considerarse como sistemas químicos en equilibrio inestable, de forma que un impulso de energía inicial debidamente suministrada da lugar a la explosión.

Pero, ¿quién inventó los explosivos? Parece ser que los chinos ya utilizaron desde el siglo I d. de J.C. la pólvora negra o pírica, una primera sustancia con combustión lo suficientemente rápida para constituir una explosión, y que era utilizada probablemente con fines pirotécnicos. Fue a partir del siglo XII cuando los árabes empezaron a usarla como explosivo propulsor de los fusibles, si bien los bizantinos ya la habían utilizado antes en el llamado “fuego griego“.

El “fuego griego”, tambien conocido como “fuego marino”, era el nombre por el que se conocía en la antigüedad a una mezcla muy combustible e incendiaria compuesta, parece ser, de petróleo, azufre, carbón, salitre pez y quizá también fósforo y otros elementos, aunque sus ingredientes son motivo de gran debate. La mezcla fue inventada supuestamente por un refugiado cristiano sirio llamado Calínico, originario de Heliópolis. Algunos autores piensan que Calínico recibió el secreto del fuego griego de los alquimistas de Alejandría. Lanzaba un chorro de fluido ardiente y podía emplearse tanto en tierra como en el mar, aunque preferentemente en el mar. Su nombre proviede del uso que dieron los griegos del Bajo Imperio siguiendo una fórmula procedente de los pueblos orientales.

 

Un dromón bizantino utiliza el fuego griego en plena batalla. / J. A. Peñas

Su composición se consideró un secreto militar, y gracias a su utilización, consiguieron grandes victorias, tanto en tierra como en mar. El poder del arma venía no sólo del hecho de que ardía en contacto con el agua, sino de que incluso ardía debajo de ella. En las batallas navales era por ello un arma de gran eficacia, causando grandes destrozos materiales y personales, y extendiendo, además, el pánico entre el enemigo: al miedo a morir ardiendo se unía, además, el temor supersticioso que esta arma infundía a muchos soldados, ya que creían que una llama que se volvía aún más intensa en el agua tenía que ser producto de la brujería.

Fue creada en el siglo VI, aunque su mayor uso y difusión se daría tras las primeras cruzadas (siglo XIII). Representaba una ventaja tecnológica, y fue responsable de varias importantes victorias militares bizantinas, especialmente la salvación de Bizancio en dos asedios árabes, con lo que aseguró la continuidad del Imperio, constituyendo así un freno a las intenciones expansionistas del Islam, y evitando la posible conquista de la Europa Occidental desde el Este. La impresión que el fuego griego produjo en los cruzados fue de tal magnitud que el nombre pasó a ser utilizado para todo tipo de arma incendiaria,incluidas las usadas por los árabes, chinos y mongoles.  Lo que distinguió a los bizantinos en el uso de mezclas incendiarias fue la utilización de sifones presurizados para lanzar el líquido al enemigo. La mezcla incendiaria se empleó con éxito contra los cruzados en San Juan de Arce (año 1.101) y en Damieta (año 1.281). Más tarde pasó a Europa, pero pronto se abandonó ante la aparición de la pólvora. El fuego griego, que ardía sobre el agua gracias al petróleo, se lanzaba por medio de unos aparatos de proyección, contenido en unos tubos que al romperse sobre el blanco vertían líquido inflamable.

Os paso algunos vídeos y post radiofónicos donde se explica el origen y composición de este producto inflamable. Espero que os gusten.

https://www.youtube.com/watch?v=3POFmZXLZvI

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La ingeniería de caminos en el siglo XXI ¿quo vadis?

En un momento como el actual, donde parece que el ingeniero de caminos, canales y puertos, es una titulación académica con horizonte borroso, no está de más seguir con algunos artículos adicionales a otros anteriores relacionados con el origen de la profesión. Todo el prestigio y el esfuerzo desarrollado por generaciones anteriores queda en este momento en manos de una generación como la nuestra, que podremos acertar o errar tomando decisiones que afectarán a lo que será nuestra profesión en el futuro.

Nos habíamos quedado a finales del siglo XIX, ¿qué pasó en el siglo XX? En el año 1926 se concedió a la Escuela (la única en ese momento, en Madrid) la autonomía respecto del Estado, a la que se había hecho acreedora en su fructífera y larga vida. Hasta 1933, la Escuela se convirtió en un centro donde personalidades científicas, tanto españolas como extranjeras, vinieron a impartir numerosas conferencias, convirtiéndose en un foco cultural de primer orden. La independencia económica consecuente con la obtención de personalidad jurídica permitió atender a la mejora de la enseñanza, modernizando los medios docentes y potenciando los trabajos de investigación. En cursos sucesivos se producen leves modificaciones en la estructura del plan de estudios, aunque sigue manteniendo la duración de cinco años con examen de ingreso previo. En 1953 se crea el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.

En el año 1957 desaparecen todas las Escuelas Especiales, pasando a incorporarse a la estructura general universitaria, dependiente del Ministerio de Educación y Ciencia, con la denominación de Escuelas Técnicas. Esto da lugar a la definición de un nuevo plan de estudios en el que se substituye el ingreso por un curso selectivo al que siguen un curso de iniciación y 5 cursos más. Se buscaba mejorar la docencia y dotar al país de un mayor número de técnicos con la sólida formación que la moderna tecnología exigía para cumplir el programa de industrialización en que se hallaba inmersa España. Se pretendía también una  mayor dedicación y una mejora de las tareas de investigación, por lo que se establecía que la Escuela ofreciera una formación complementaria que permitiera obtener el título de Doctor, hasta entonces inexistente.

La ley de Reordenación de las Enseñanzas Técnicas de 1964 estructura la enseñanza de las carreras técnicas en dos niveles: Escuelas Técnicas Superiores de Ingeniería y Escuelas de Ingeniería Técnica, en las que se realizan los estudios y obtienen las titulaciones de Ingeniero o de Ayudante y Perito –posteriormente Ingeniero Técnico-, respectivamente. En lo que a la titulación de Caminos se refiere, el plan de estudios resultante de esta estructura comprende 5 años, de los cuales los dos primeros son selectivos, pudiendo realizarse el primero de ellos en cualquier Escuela de Ingeniería o incluso en las Facultades de Ciencias, para, una vez superado en su totalidad, incorporarse a continuación a la Escuela correspondiente. Sin embargo, la Escuela de Madrid pronto va a contar con nuevos competidores. En 1966 la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Santander, en 1968 la de Valencia y en 1973 la de Barcelona.

En el curso 1975/76 se define un nuevo plan de estudios que, esencialmente, distribuye en seis años las materias que se impartían en cinco en el plan de 1964. Este plan de estudios es el que ha estado en vigor, con pequeñas modificaciones, en todas las Escuelas hasta la aparición de la reforma de planes de estudios definida en el R.D 1497/1987 de 27 de Noviembre (publicado en el BOE el 14 de diciembre), modificado posteriormente por el R.D. 1267/1994 de 10 de Junio (BOE de 11 de junio) y matizado por diversas Órdenes Ministeriales y Acuerdos del Consejo de Universidades.

Hasta hace bien poco (digo esto, porque a partir de ahora no tengo claro hacia dónde vamos), las enseñanzas universitarias oficiales se encontraban reguladas por el Real Decreto 1393/2007 (BOE de 30 de octubre) del Ministerio de Educación y Ciencia por el que se establece la ordenación de las enseñanzas universitarias oficiales. Este Real Decreto establece los estudios en grado, máster y doctorado; haciendo, por tanto, desaparecer la actual titulación de ingeniero de caminos, canales y puertos. Sin embargo, según la postura del Consejo General de Colegio de Ingenieros de Caminos, en su reunión extraordinaria celebrada el día 20 de marzo de 2007, se recuerda que la profesión no desaparece, pues es una “profesión regulada” que reúne los requisitos establecidos en la Directiva 2005/36 de Cualificaciones Profesionales y en los Reales Decretos 1665/1991 y 1754/1998, entendida como “actividad o conjunto de actividades profesionales para cuyo acceso, ejercicio o alguna de sus modalidades de ejercicio se exija directa e indirectamente un título”. Todo parece conducir a que el acceso a la profesión requerirá de la posesión de un título de segundo ciclo, que debería denominarse “Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos”.

Quedan muchas preguntas en el aire. El actual panorama de recesión económica, la práctica paralización de la construcción en España, la proliferación de escuelas de ingeniería civil y la no homologación de titulaciones anteriores y posteriores a la reforma dibujan un panorama algo complejo para la titulación en este siglo XXI, al menos, en España. Pero esto será objeto de otro artículo.

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El oficio de ferrallista

El ferrallista, también llamado ferralla, es el profesional que, dentro de una obra de construcción, se encarga de la elaboración y colocación del hierro con el que se hacen las estructuras de hormigón armado. Las principales tareas de estos trabajadores son las siguientes:

  1. Interpretar la documentación técnica, para preparar los trabajos de elaboración de armaduras, de manera que éstos se puedan realizar coherentemente.
  2. Medir, cortar y doblar las barras de acero que formarán parte de la armadura de elementos constructivos de hormigón armado, de acuerdo con las especificaciones técnicas suministradas.
  3. Montar armaduras para elementos constructivos de hormigón armado, con barras preformadas y siguiendo las especificaciones técnicas que se indiquen
  4. Instalar y montar en obra armaduras realizadas en el taller, así como complementarlas o confeccionar otras in situ, de acuerdo con los requerimientos del proyecto.
http://epiconstruccion.lineaprevencion.com/epi-por-oficios/oficios/ferrallista
Un aspecto a tener en cuenta, pero que será objeto de otro artículo, es la progresiva industrialización en la fabricación de la ferralla. La normalización de los esquemas de armaduras y los procesos de industrialización en su montaje, proporcionan ventajas evidentes a tener en cuenta.
En el siguiente enlace de la Junta de Andalucía podéis ver un documento sobre este oficio que os puede ser de interés: http://www.juntadeandalucia.es/servicioandaluzdeempleo/web/websae/export/sites/sae/es/empleo/buscarTrabajo/eligeProfesion/galeriaPDFs/Detalle/015006Ferra.pdf

Os adjunto dos vídeos, uno de Structuralia y otro de la Junta de Andalucía que describen este oficio. En uno de ellos podréis descubrir algunas malas prácticas en relación con la seguridad. Espero que os gusten.