julio 2013 - El blog de Víctor Yepes

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 la demolición sin recurrir a 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 prevista de las perforaciones.

https://centrodistribucionmaquinas.com/shop/cemento-expansivo-demoledor/cemento-expansivo-20kg-t3-5a10c-demoledor-roca-concreto/?srsltid=AfmBOooc6BQi_cQF0JWZFDNXmmGzVID3t9Fn0YPO1Mfl7oRjCapYvzDI

La principal ventaja es la ausencia total de alteraciones ambientales y su mayor inconveniente es el coste. Se utilizan normalmente donde no es posible realizar voladuras. Las cantidades consumidas oscilan entre los 3 kg/m³ en rocas blandas y 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 estos.
Colocar protecciones ligeras sobre la roca a fragmentar si existe riesgo de estallidos y de proyecciones de pequeñas esquirlas, sobre todo si se realiza 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, en los 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 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, desde el puente metálico hasta los 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, lo que lo situó 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 en ambos lados, lo que da 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 tablero y en las cabezas de las pilas centrales. Las pilas centrales de hormigón armado tienen una 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 otro, actual, sobre la presentación del proyecto de ampliación de este. 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, basado en las ventajas climáticas y en la buena comunicación con el resto de Europa. Sin embargo, habrá que hacer algo 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, en 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 han provocado un aumento de la competencia y de las posibilidades de elección de destino. La estrategia competitiva basada tan solo en el precio desencadena dinámicas difíciles de romper, en las que una minoración de costes conlleva mayores volúmenes de negocio, lo cual resulta inconciliable con la progresiva rivalidad entre los destinos turísticos, que, a su vez, acarrea consecuencias ambientales y sociales inadmisibles en el marco de un desarrollo sostenible. La pluralidad de comportamientos de los consumidores, cada vez más orientados hacia ofertas diferenciadas y de mayor calidad, configura un horizonte en el que la provisión de productos y servicios excelentes será un elemento decisivo del éxito empresarial y de la competitividad.

Si bien este es el contexto en el que se desarrollaba, entre otras, la actividad turística, conviene destacar aspectos diferenciadores respecto de 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 función de los bienes y servicios que ofrecen. No obstante, ante una oferta poco transparente o diferenciada, el turista puede acudir a establecimientos que, si no son capaces de satisfacer 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, aun 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 algún componente del sistema turístico, o incluso por uno ajeno a él, provoca percepciones negativas que se vinculan a la totalidad. Aplicar la estrategia de calidad no solo impacta al cliente, quien, obviamente, saldrá beneficiado gracias a un mejor cumplimiento de sus expectativas. El destino en su conjunto y cada empresa en particular obtendrán 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, como la idea de que la provisión de productos y servicios de mayor calidad siempre conlleva un mayor coste. Esta consideración tiene lugar cuando se confunde la calidad con las prestaciones del producto, que no es otra que la satisfacción de las expectativas, gustos y necesidades de los consumidores.

La calidad implica “hacer las cosas como lo espera el cliente” a la primera. La eficacia y la eficiencia en los procesos de prestación de servicios turísticos reducen los costes, al no ser necesario 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 ampliamente extendida es aquella que asumía una relación estable entre el precio y la calidad, de manera que una mejora de esta acarrea forzosamente un incremento del precio. Al darse por supuesta 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 esta 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 razonables, problemas complejos de redes de transporte, estructuras de hormigón (puentes, pórticos de edificación, túneles, etc.) y otros tipos de problemas de decisión empresarial cuando la dimensión del problema es de tal calibre que resulta imposible resolverlos con métodos matemáticos exactos? La respuesta consiste en métodos aproximados, también denominados heurísticos. Este artículo divulgativo trata de ampliar otros anteriores en los que ya hablamos de los algoritmos, de la optimización combinatoria, de los modelos matemáticos y otros temas similares. 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 sobre los problemas de optimización combinatoria se centra en el diseño de estrategias generales que guíen 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 diseñados para resolver problemas de optimización combinatoria difíciles, en los que los heurísticos clásicos no son ni efectivos ni eficientes. Los metaheurísticos proporcionan un marco general para crear nuevos algoritmos híbridos que combinan 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 pueden 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 la memoria que guíe la exploración del espacio de posibles elecciones permite otro tipo de agrupamiento. En otras circunstancias, se emplean perturbaciones en las opciones, en la topología del espacio de soluciones o en la función objetivo. En la Figura se presenta una propuesta de clasificación de las heurísticas y metaheurísticas empleadas en la optimización combinatoria (Yepes, 2002), que comparten todas ellas la necesidad de contar con soluciones iniciales que permitan cambios para alcanzar otras mejores. Es evidente que en este momento existen muchas más técnicas de optimización, pero dicha clasificación puede ser un punto de partida para una mejor taxonomía de dichas técnicas.

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 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 este 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 distintos 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 2.º Congreso Nacional sobre Enseñanza 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 presentados. 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 ha experimentado 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 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. Por último, una vez seleccionada la mejor calibración de la SA, se ha estudiado la sensibilidad del modelo y se ha realizado un análisis 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 el recocido simulado multiobjetivo “Multiobjective Simulated Annealing” (MOSA) se utilizan para buscar, dentro del espacio de soluciones factibles, aquellas que mejoren criterios como el coste, las emisiones de CO2 o la 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 con la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08), los requisitos de seguridad estructural, así como los de los aspectos constructivos o geométricos. El análisis comparativo de los objetivos servirá de guía para el diseño sostenible de estructuras de hormigón. Los resultados obtenidos muestran una clara tendencia en el 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 de sostenibilidad, con el objetivo de reducir 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, que emplea un algoritmo memético híbrido que combina la búsqueda poblacional de soluciones mediante algoritmos genéticos con una búsqueda en entornos variables (VDNS). Este algoritmo se aplica a un tablero formado por dos vigas isostáticas, con una luz de 30 m y una losa de 12 m de ancho. La estructura analizada consta de 41 variables discretas. El módulo de evaluación considera los estados límite último y de servicio que se aplican habitualmente a estas estructuras. El uso del algoritmo memético requiere calibrarlo previamente. Cada una de las heurísticas se procesa nueve veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el valor medio y las desviaciones. El procedimiento presentado permite su 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 mediante 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 evaluación incluye los estados límite último y de servicio que se aplican comúnmente a estas estructuras: flexión, cortante, torsor, fisuración, flechas, etc. El uso del algoritmo SA requiere calibrarlo previamente. La heurística se aplica 9 veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el valor 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 resultan ventajosos frente a soluciones más convencionales en ciertas condiciones de iluminación. El proceso de diseño de estos forjados puede plantearse como un problema de optimización que, abordado con métodos heurísticos, puede formularse de manera plenamente realista. Se pueden encontrar diseños completos de forjados optimizados no solo con criterios de economía, sino también con criterios de sostenibilidad, y así comparar ambos casos. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran una clara tendencia a presentar cantos muy estrictos en los óptimos. Aplicando criterios de sostenibilidad, se tiende a hormigones de mayor resistencia que con criterios económicos. Finalmente, se han realizado pruebas de sensibilidad a los precios, que muestran una gran 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 infraestructuras 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 sin una solución directa. De hecho, la resolución del problema de asignación de recursos para el mantenimiento de una infraestructura presenta un problema de explosión combinatoria, pues existen S^T soluciones factibles para la gestión de 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 variables 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 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 sobre muros de 4 a 10 metros de altura total, para distintos rellenos y condiciones de carga. Se aportan valores medios de costes, volúmenes de hormigón, espesores de alzados y zapatas, y longitudes de punteras y talones, que pueden resultar útiles para el predimensionado económico de muros. Los resultados muestran cómo la inteligencia artificial es capaz de dimensionar automáticamente los muros ménsula de hormigón armado, detectando relaciones aportadas por la experiencia en el cálculo de este tipo de estructuras. Se aportan, como novedad de gran interés práctico, unas reglas sencillas que permiten predimensionar y estimar económicamente y rápidamente 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 de hormigón no convencional, optimizadas heurísticamente mediante 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 cuales aplicar herramientas procedentes de la minería de datos y del aprendizaje automático para extraer información no trivial que permita fórmular predimensionamientos. La posibilidad de análisis se debe a que las herramientas matemáticas empleadas son de carácter general. Se aplican técnicas como las redes neuronales o la teoría del valor extremo, además de otras herramientas 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 de 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 José María Monzó y Jorge Payá. Debido al interés que esta línea de investigación ha generado dentro del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), voy a dedicar este post a divulgar la línea de trabajo realizada.

Los romanos ya acuñaron el término «puzolana» para designar la fina ceniza volcánica que, mezclada con cal y agua, forma compuestos con propiedades cementantes, capaces de presentar características similares a las de un hormigón convencional elaborado con cemento común. Lo realmente interesante es que la combustión, bajo determinadas condiciones, de residuos agrícolas tales como la cascarilla del arroz, las hojas de bambú o la caña de azúcar, contiene silice con carácter puzolánico. Estos residuos agrícolas son aquellas partes de la planta que es necesario separar para obtener el fruto o facilitar el cultivo propio o posterior, y si bien gran parte de estos residuos se consumen por la ganadería, otros no son aprovechables.

Esto tiene un gran interés medioambiental, puesto que las cenizas se consideran un desecho y pueden sustituir parcialmente el cemento en la elaboración de hormigón. Eso implica una reducción de la huella de carbono asociada al proceso de fabricación del cemento Portland y, por tanto, del hormigón. En Valencia, las cenizas generadas por la cascarilla del arroz, en muchos países latinoamericanos, los residuos procedentes de la planta de maíz o los de la caña común procedentes de la limpieza de márgenes, cauces de río y acequias de riego, suponen ejemplos donde el aprovechamiento puede ser una buena fuente de adiciones puzolánicas. Los estudios realizados hasta el momento abren claramente las puertas al uso de estas cenizas en ámbitos rurales de países en vías de desarrollo, lo que constituye una buena estrategia para la elaboración de materiales en la autoconstrucción de viviendas.

Sólo la cáscara del arroz representa la quinta parte del peso de la cosecha de este cereal, y este producto es uno de los mayores residuos del mundo. Mediante un proceso de combustión adecuado, la ceniza de la cáscara del arroz presenta propiedades puzolánicas (90-96% de sílice) que la industria cementera podría aprovechar. Sin embargo, la actual normativa española EHE sólo contempla como adiciones el uso de algunos materiales como el humo de sílice o las cenizas volantes; también es cierto que la investigación está abriendo puertas a otros materiales. El paso de los años, sin duda, dará lugar al aprovechamiento de estos materiales.

Con todo, y en el caso que nos ha servido como punto de partida al blog que es la utlización de la ceniza de maíz y de la caña común como sustitutos de una parte del cemento en morteros y hormigones, si bien los resultados son prometedores, aún faltan futuras investigaciones que expliquen la influencia de la calidad del terreno y la variedad de la semilla, la influencia del tamaño de partícula en las muestras a incinerar, elaboración de prototipos, etc.

Referencias:

Escalera, A. (2012). Caracterización química y reactividad de la ceniza de caña común y planta de maíz, para su uso como adición puzolánica en morteros y hormigones. Trabajo Fin de Máster. Departamento de Ingeniería de la Construcción, Universidad Politécnica de Valencia.

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 realizar un corte al avanzar, a partir del frente de excavación en el trasdós de la sección del túnel. Este método se emplea en suelos y rocas blandas, preferiblemente 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 las deformaciones superficiales (subsidencias) que se producen en las estructuras y servicios situados por encima de la clave.

Con el método de precorte mecánico se confina el frente de excavación antes de realizarlo, lo que aporta indudables ventajas en términos de estabilidad.

Este corte se efectúa con una máquina específica que consta de una sierra de corte con dientes de widia. A continuación, se rellena la ranura resultante con hormigón proyectado de fraguado rápido realizado por vía seca o húmeda, y se obtiene así una bóveda estabilizante.

Una vez fraguado el hormigón de la bóveda, esta asegura la estabilidad de la cavidad y constituye el sistema de sostenimiento. Posteriormente, se excava el material que queda bajo la bóveda. Adicionalmente, pueden realizarse refuerzos con cerchas o con bulones. El sistema exige una gran superficie de frente abierto para que pueda pasar el bastidor y requiere colocar a tiempo la riostra de solera necesaria 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), en la ampliación de la línea VI del Metro de Madrid y en los túneles de la M-40 en el Monte del Pardo, también en Madrid. Premesa, la licenciataria en España del método Premill, construyó dos enormes máquinas para su uso en dichos túneles. La cuchilla de cada máquina mide 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 presenta algunas analogías con el Nuevo Método Austriaco (NMA) para la construcción de túneles. De hecho, en algunos casos se pueden utilizar los mismos elementos de sujeción inmediata, como el hormigón proyectado, los bulones de anclaje y las cerchas. No obstante, la diferencia fundamental estriba en que, con el precorte mecánico, el revestimiento preliminar de hormigón se realiza a medida que se avanza respecto al frente de excavación, con una longitud de entre 3 y 5 m, mientras que en el NMA el revestimiento previo se realiza tras excavar el frente a una cierta distancia.

Esta característica constituye la ventaja fundamental del método de precorte mecánico, ya que el comportamiento de la formación por donde discurre el túnel está condicionado 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, al recibir un estímulo externo, puede transformarse repentinamente en un gran volumen de gases y sustancias volátiles a altas temperaturas. Pueden considerarse sistemas químicos en equilibrio inestable, de forma que un impulso de energía inicial suministrado debidamente da lugar a la explosión.

Pero ¿quién inventó los explosivos? Parece que los chinos ya utilizaron la pólvora negra o pírica en el siglo I d. de J.C., una sustancia con combustión lo suficientemente rápida como para producir una explosión, que probablemente empleaban 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», también conocido como «fuego marino», era el nombre que recibía en la antigüedad una mezcla muy inflamable e incendiaria compuesta, al parecer, de petróleo, azufre, carbón, salitre, pescado y quizá también fósforo y otros elementos, aunque sus ingredientes son motivo de gran debate. Se cree que la mezcla fue inventada 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 que podía emplearse tanto en tierra como en el mar, aunque preferentemente en el mar. Su nombre proviene del uso que dieron los griegos del Bajo Imperio, siguiendo una fórmula procedente de los pueblos orientales.

Su composición se consideró un secreto militar y, gracias a su utilización, consiguieron grandes victorias, tanto en tierra como en el mar. El poder del arma no solo residía en el hecho de que ardía al entrar en contacto con el agua, sino también en lo que había bajo 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: el miedo a morir ardiendo se unía al 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 no sería hasta las primeras cruzadas (siglo XIII) cuando alcanzaría su mayor uso y difusión. Suponía una ventaja tecnológica y fue responsable de varias importantes victorias militares bizantinas, especialmente la salvación de Bizancio en dos asedios árabes, lo que aseguró la continuidad del Imperio y constituyó un freno a las intenciones expansionistas del Islam, evitando así 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 utilizarse 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 el uso de sifones presurizados para lanzar el líquido al enemigo. La mezcla incendiaria se empleó con éxito contra los cruzados en San Juan de Arce (1101) y en Damieta (1281). Más tarde pasó a Europa, pero pronto se abandonó ante la invención de la pólvora. El fuego griego, que ardía sobre el agua gracias al petróleo, se lanzaba mediante aparatos de proyección que contenían tubos que, al romperse sobre el blanco, vertían un líquido inflamable.

Os paso algunos vídeos y entradas de blog en las que se explica el origen y la 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 recaen en este momento en nuestras manos. Depende de nosotros acertar o errar en las decisiones que afectarán a 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 durante su fructífera y larga vida. Hasta 1933, la Escuela se convirtió en un centro de referencia para personalidades científicas españolas y extranjeras, que acudían a impartir numerosas conferencias. La independencia económica, consecuente con la obtención de personalidad jurídica, permitió mejorar la enseñanza, modernizar los medios docentes y potenciar los trabajos de investigación. En cursos posteriores se produjeron leves modificaciones en la estructura del plan de estudios, aunque este seguía teniendo una duración de cinco años y un examen de ingreso previo. En 1953 se crea el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos.

En 1957 desaparecieron todas las Escuelas Especiales y pasaron a formar parte de la estructura universitaria general, dependiente del Ministerio de Educación y Ciencia, con la denominación de Escuelas Técnicas. Esto dio lugar a la definición de un nuevo plan de estudios en el que se sustituyó el ingreso por un curso selectivo, seguido de un curso de iniciación y de cinco cursos adicionales. El objetivo era mejorar la enseñanza y dotar al país de un mayor número de técnicos con la sólida formación que exigía la tecnología moderna para cumplir el programa de industrialización en el que España estaba inmersa. También se pretendía una mayor dedicación y una mejora en las tareas de investigación, por lo que se establecía que la escuela ofreciera una formación complementaria que permitiera obtener el título de doctor, que hasta entonces no existía.

La Ley de Reordenación de las Enseñanzas Técnicas de 1964 estructura la enseñanza de las carreras técnicas en dos niveles: las Escuelas Técnicas Superiores de Ingeniería y las Escuelas de Ingeniería Técnica, en las que se cursan los estudios y se obtienen las titulaciones de Ingeniero o de Ayudante y Perito (posteriormente, Ingeniero Técnico), respectivamente. En lo que respecta a la titulación de Caminos, el plan de estudios resultante de esta estructura comprende cinco años, de los cuales los dos primeros son selectivos y pueden cursarse en cualquier Escuela de Ingeniería o incluso en las Facultades de Ciencias. Una vez superados, se pueden continuar los estudios en la escuela correspondiente. Sin embargo, la Escuela de Madrid pronto contará 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 definió un nuevo plan de estudios que, esencialmente, distribuía las materias que se impartían en cinco años del plan de 1964 en seis. Este plan de estudios ha estado en vigor, con pequeñas modificaciones, en todas las escuelas hasta la aparición de la reforma de planes de estudio 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 del día 11) y matizado por diversas órdenes ministeriales y acuerdos del Consejo de Universidades.

Hasta hace bien poco, las enseñanzas universitarias oficiales estaban reguladas por el Real Decreto 1393/2007 (BOE del 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 panorama actual de recesión económica, la práctica paralización de la construcción en España, la proliferación de escuelas de ingeniería civil y la falta de 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 este será el tema de otro artículo.

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El oficio de ferrallista

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

Interpretar la documentación técnica para preparar los trabajos de elaboración de armaduras, de modo que estos puedan realizarse de manera coherente.
Medir, cortar y doblar las barras de acero que formarán parte de la armadura de los elementos constructivos de hormigón armado, de acuerdo con las especificaciones técnicas suministradas.
Montar armaduras para elementos constructivos de hormigón armado, con barras preformadas y siguiendo las especificaciones técnicas que se indiquen
Instalar y montar en obra las 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 industrialización progresiva de 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 de seguridad. Espero que os gusten.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.