La construcción y la reparación de losas de hormigón usadas como pavimento es un reto que requiere el uso de técnicas constructivas. Uno de los problemas principales radica en la solución de las juntas para conseguir economía y durabilidad en la ejecución de esta unidad de obra. Os presento a continuación una solución de la empresa FAROBEL que resuelve el problema con losas más pequeñas y de menor espesor (entre 3,30 y 0,80 m) para reducir las tensiones por flexión debidas a las cargas y gradientes térmicos. La reparación de los firmes actuales de asfalto se hace con pequeñas losas de 0,8*1,1*0,08 con juntas JRI+ y la reparación de los firmes de hormigón con una aplicación de la junta JRI+ para pavimentos de hormigón ya existentes. Para ello se utiliza una junta machihembrada tipo JRI+ que apoya los bordes y permite giros entre dichos bordes de losas. A esa junta se le dota de gomas impermeables, resultando un pavimento con transferencia de cargas e impermeabilidad permanentes.
Las ventajas que presenta esta tecnología se pueden resumir en los siguientes puntos:
1.- Elimina las capas de base
2.- Elimina los pasadores
3.- Elimina el corte y el sellado
4.- Disminuye el espesor de las losas de hormigón
5.- Disminuye el mantenimiento
6.- Puede ponerse la capa asfáltica de rodadura sin erosionarse en la zona de la fisura.
7.- Aumenta la vida útil del pavimento
Os dejo un vídeo sobre la instalación:
También os dejo un artículo de José Ramón Vázquez sobre el tema.
Pilote de hormigón armado hincado con lanza de agua a presión (FHWA)
La hinca de elementos en suelos granulares compactos como las arenas, especialmente en terrenos secos, presentan serias dificultades que pueden resolverse mediante la inyección de agua a presión en la punta del pilote o la tablestaca o en alojamientos previamente preparados en sus caras. La presión del agua, de entre 0,4 y 4 MPa, debe ser apropiada al tipo de terreno y al elemento que se va a hincar, con un caudal de alimentación permanente de entre 72 y 900 m³/h.
Este procedimiento puede ser suficiente para la hinca, pero lo usual es combinarlo con otros sistemas de tipo dinámico, especialmente la vibración. La hinca con chorro de agua es muy recomendable en zonas donde el rechazo se presente al 100 %, como en los terrenos arenosos. Sin embargo, en suelos arcillosos, la eficacia de la inyección de agua es prácticamente nula. En terrenos granulares con gravas gruesas y bolos, la inyección de agua puede no movilizarlas, por lo que el efecto también es bajo. En cualquier caso, hay que prever las consecuencias que puede tener en el entorno de la hinca por la pérdida de cohesión que sufrirá el terreno. Este procedimiento no se recomienda en aquellos pilotes que vayan a trabajar por fuste o que soporten cargas horizontales importantes, debido justamente al aflojamiento del terreno.
Las normas obligan a que la lanza de agua se mantenga entre 1 y 4 m por encima de la profundidad prevista, puesto que el suelo se afloja. Por tanto, la hinca se terminará mediante un procedimiento ordinario. Esta prescripción es muy relevante en el caso de los pilotes que trabajan por punta. También se suspenderán los trabajos si el pilote empieza a torcerse debido a una perturbación excesiva del terreno.
A continuación, dejamos un vídeo que ilustra el procedimiento constructivo.
El pilote «monotubo» Unión es apropiado para pequeños trabajos donde no se requiera un equipo especial de hinca, como un mandril. Se trata de un tubo de acero de sección cónica y estriada de pequeño espesor que se hincan en el terreno sin ayuda de un núcleo o mandril. El estriado le permite soportar los esfuerzos de hinca sin pandeo. Presentan un diámetro de 20 cm en la punta y de 30 a 45 cm en la cabeza. Se utilizan pilotes de hasta 37 m de longitud y cargas de 300 a 600 kN. Son especialmente apropiados para trabajos pequeños, porque no requieren equipos especiales de hinca, como el mandril.
Pilote entubado “button-bottom” (Western Foundation Corporation, Viginia, EE. UU.)
Este pilote, llamado pilote Western «de fondo de botón», emplea un tubo metálico de unos 30-35 cm de diámetro que se hinca en el terreno hasta el rechazo. En el extremo del tubo hay una punta de hormigón prefabricado (button) de unos 45 cm de diámetro, algo mayor que queda perdida. La forma y la resistencia de esta punta permiten atravesar estratos de gran resistencia. Una vez alcanzado el nivel previsto, se introduce en el tubo una chapa ondulada que se une con el fondo. Esta chapa se queda en el terreno y tiene como misión proteger el hormigón. Una vez fijada la chapa ondulada, se vierte el hormigón en su interior, pudiendo disponerse o no de armadura, y después se extrae el tubo que ha servido de hinca. Esta chapa corrugada favorecería inicialmente la resistencia del fuste del pilote; sin embargo, el hueco que se forma alrededor de la misma cuando se recupera el tubo de hinca no favorece el rozamiento, por lo que es mejor considerar que trabaja por punta. Su longitud alcanza unos 20-30 m y soporta cargas de unos 500 kN o mayores. Este tipo de pilote es patentado por Western.
Pilote Western “de fondo de botón” (Western Foundation Corporation, Virginia, EE. UU.)
La finalización de la obra y la entrega de la infraestructura están muy relacionadas. Se trata de la última etapa del trabajo realizado por la empresa constructora y por la dirección de la obra, previa a la aceptación de la infraestructura por parte del promotor. Normalmente, se lleva a cabo de forma coordinada entre la dirección de obra y el constructor.
En primer lugar, el constructor comunicará por escrito a la dirección de obra la fecha prevista para la terminación de los trabajos de construcción, de modo que se pueda proceder a la recepción de la infraestructura. Esta es una de las principales tareas que debe llevar a cabo la dirección de obra, a la que también deben acudir el representante del promotor y el propio constructor. Este hecho dará como resultado un documento denominado «Acta de Fin de Obra» (en edificación) o «Acta de Recepción» (en ingeniería civil).
Si las obras se encuentran en buen estado y de acuerdo con las prescripciones previstas, el técnico designado por el promotor las da por recibidas, levantándose la correspondiente acta. Cuando las obras no se hallen en estado de ser recibidas, así se hace constar en el acta y el director facultativo señala los defectos observados y detalla las instrucciones precisas, fijando un plazo al constructor para que solvente los defectos. Si transcurrido dicho plazo persisten los defectos detectados, se puede conceder al constructor un nuevo aplazamiento improrrogable o declarar resuelto el contrato. En cualquier caso, pueden firmarse actas de recepción parciales.
La firma del acta supone un punto de inflexión, ya que transfiere la responsabilidad de la infraestructura del constructor al cliente. La dirección de la obra debe cerciorarse de que el cliente dispone de las garantías y de las medidas de seguridad necesarias antes de dar este paso.
Una vez firmada el acta de fin de obra (o acta de recepción), sin ningún tipo de reparos, se inicia el plazo de garantía. El plazo de garantía se establece en el contrato en función de la naturaleza y la complejidad de la obra. Las fianzas (o garantías) empleadas desde el principio de la obra suelen mantenerse hasta la finalización del plazo de garantía. Estas fianzas son fundamentales en el caso de que exista alguna reclamación posterior, puesto que garantizan al promotor una mínima compensación económica.
Se debe tener precaución con la recepción tácita, sobre todo cuando hay inauguraciones con obras no acabadas.
Durante el plazo de garantía, el constructor se encarga de la conservación y policía de las infraestructuras, de acuerdo con lo establecido en los pliegos y con las instrucciones que da el director de la obra. Dentro de un plazo predeterminado, anterior al cumplimiento del plazo de garantía, el director facultativo redacta un informe sobre el estado de las obras. Si este es favorable, el constructor queda relevado de toda responsabilidad, procediéndose a la devolución o cancelación de la garantía y, en su caso, a la liquidación de las obligaciones pendientes. En ese caso, puede firmarse un acta de fin de contrato o un certificado final.
En el caso de que el informe no sea favorable y los defectos observados se deban a deficiencias en la ejecución de la obra y no al uso de lo construido, durante el plazo de garantía, el director facultativo procede a dictar las oportunas instrucciones al constructor para su debida reparación. Para ello, se le concede un plazo durante el cual continúa encargado de la conservación de las obras, sin derecho a percibir cantidad alguna por ampliación del plazo de garantía.
Transcurrido el plazo de garantía, si el informe del director de la obra sobre su estado es favorable, este formula la propuesta de liquidación de los trabajos realmente ejecutados, que se toma como base para su valoración de las condiciones económicas establecidas en el contrato. La propuesta de liquidación se notifica al constructor para que preste su conformidad o manifieste los reparos que estime oportunos. Dentro del plazo establecido para este fin, el promotor debe aprobar la liquidación y, en su caso, abonar el saldo resultante de esta. El saldo de la liquidación es, por lo tanto, la diferencia entre el importe total líquido y el importe certificado a origen. En el caso de que se haya certificado todo el presupuesto líquido vigente, ambas cifras coinciden y el saldo de liquidación es nulo.
Os paso a continuación un vídeo de la Escuela de Edificación Roberto de Molesmes donde se explica este procedimiento. En el vídeo que se ofrece se expone información útil para gestionar el proceso de recepción de obra.
Los pilotes de desplazamiento se construyen sin extraer las tierras del terreno. Están formados, total o parcialmente, por elementos prefabricados que se introducen en el suelo sin excavarlo previamente mediante un procedimiento denominado, en términos generales, hinca. La introducción de un volumen adicional en el terreno produce una modificación significativa de su estado tensional.
En función del tipo y del comportamiento del terreno, el efecto de la hinca es diferente. Así, se distingue claramente entre suelos granulares y suelos cohesivos:
En suelos granulares, la introducción de un volumen adicional compacta el suelo. Esto provoca, en general, una depresión en la superficie del terreno en la zona circundante al pilote.
En suelos cohesivos, la hinca provoca una perturbación debido al aumento de las presiones intersticiales, al arrastre de una pirámide de suelo bajo la punta y a la rotura de estratos intermedios, entre otros. Estas modificaciones suponen un comportamiento dependiente del tiempo del suelo cohesivo, debido a la disipación de presiones intersticiales y, en general, a su endurecimiento.
La hinca es el procedimiento de introducción de pilotes en el terreno más antiguo (los primeros pilotes fueron de madera). La hinca puede realizarse con diferentes métodos o sistemas:
Hinca dinámica o por impacto. Se introduce el pilote en el terreno mediante una sucesión de golpes en la cabeza del mismo con unos equipos denominados martinetes o martillos. Es el método de hinca más versátil y más utilizado.
Hinca por vibración. Unos equipos denominados vibrohincadores. Su uso está prácticamente limitado a la hinca de perfiles metálicos, tanto de pilotes como de tablestacas.
Una vez hincado en el terreno, este ejerce sobre el pilote y en toda su superficie lateral una fuerza de adherencia que aumenta al continuar clavando más pilotes en las proximidades. De este modo, se puede conseguir una consolidación del terreno mediante este procedimiento. Por este motivo, la hinca de un grupo de pilotes debe realizarse siempre de dentro hacia afuera.
En el mercado existen diversos tipos de pilotes que pueden ser considerados pilotes de desplazamiento según los efectos que produce su introducción en el terreno. En su mayor parte, se trata de elementos prefabricados que se introducen mediante hinca, aunque hay otros cuya técnica de ejecución es más similar a la de los pilotes de extracción. Sin embargo, deben considerarse pilotes de desplazamiento.
Según la configuración del pilote, se pueden diferenciar dos grupos de pilotes de desplazamiento:
Pilotes de desplazamiento prefabricados. El pilote es un elemento estructural completamente prefabricado que se introduce en el suelo mediante hinca u otros sistemas. Dentro de este grupo se encuentran los pilotes de madera, de hormigón armado o pretensado y los pilotes metálicos.
Pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ”. Se introduce en el terreno mediante hinca u otro sistema, no el pilote, sino un elemento auxiliar (un tubo metálico con tapón en la punta o un tapón de grava u hormigón). El hueco generado por la hinca de este elemento se rellena con hormigón fresco y armadura, creando así el pilote propiamente dicho. El elemento auxiliar o parte de él puede extraerse posteriormente. Dentro de este grupo se encuentran los pilotes de hormigón in situ con camisa prehincada, los pilotes de hormigón in situ apisonados tipo «Franki», los pilotes roscados sin extracción de terreno y otros.
La principal limitación de los pilotes hincados prefabricados es la posibilidad de encontrar un estrato competente difícil de atravesar. Además, para cubrir la profundidad requerida, se debe desperdiciar cierta longitud de material y hay que prever un almacenamiento e inversión importantes de los prefabricados.
Un artículo para ampliar información sobre diseño y pruebas de pilotes prefabricados hincados podéis verlo en un artículo de Carlos Fernández Tadeo: http://fernandeztadeo.com/WordPress/?p=2647
Os dejo a continuación un vídeo sobre la construcción e hincado de pilotes de 40 x 40 cm de sección y 15,00 m de longitud en un tramo. Para mayor información: www.cimentacionesaplicadas.com
Os paso a continuación una conferencia impartida por el profesor D. Javier Manterola Armisén sobre las innovaciones en materia de tecnología de puentes. Javier Manterola es doctor ingeniero de caminos, catedrático de puentes y Académico de número de la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando, Madrid. Espero que os guste tanto como a mí.
El enemigo de todo proceso es la variación, siendo la variabilidad inevitable. Cuando se fabrica un producto o se presta un servicio, es materialmente imposible que dos resultados sean exactamente iguales. Ello se debe a múltiples motivos, más o menos evitables. Por un lado existen múltiples causas comunes, aleatorias y no controlables que hacen que el resultado cambie siguiendo habitualmente una distribución de probabilidad normal. Se dice que dicho proceso se encuentra bajo control estadístico, siendo éste el enfoque que sobre el concepto de calidad propugna Deming y que vimos en un artículo anterior. Por otra parte, existen unas pocas causas asignables, que ocurren de forma fortuita y que podemos detectarlas y corregirlas. Ocurren de forma errática y, afortunadamente se solucionan fácilmente. Las causas comunes son difíciles de erradicar porque precisan de un cambio del proceso, de la máquina o del sistema que produce los resultados, siendo ese cambio una responsabilidad de la gerencia. Kaouru Ishikawa decía que el 85% de los problemas en un proceso son responsabilidad de la gerencia, siendo mal recibido dicho comentario por parte de la alta dirección de las empresas.
Para aclarar y entender estos conceptos, os dejo un Polimedia explicativo, de poco más de siete minutos, que espero os guste.
Acaban de publicarnos un artículo muy novedoso sobre la aproximación cognitiva a los problemas de optimización multiobjetivo de las estructuras de hormigón. La revista es Archives of Civil and Mechanical Engineering, que es una revista de alto impacto en el campo de la ingeniería civil, indexada en el JCR en el primer cuartil. El resultado de combinar técnicas de decisión multicriterio junto con la optimización multiobjetivo supone una auténtica revolución en la forma de abordar el diseño de las estructuras. Ya no basta con aplicar la experiencia, la imaginación y las normas para proyectar una estructura. Se hace necesario abordar el problema desde el origen, considerando múltiples perspectivas y buscando soluciones que optimicen a la vez aspectos como los costes, la seguridad, la sostenibilidad, los riesgos laborales, la durabilidad, la estética y tantos otros.
El artículo plantea la metodología básica necesaria para establecer la resolución de este tipo de problemas. Sin embargo se deben potenciar los estudios que permitan valorar los aspectos más subjetivos que intervienen en la decisión de la mejor opción de las posibles. Esta línea de investigación se encuadra dentro del proyecto de investigación BRIDLIFE, del cual soy investigador principal. Además, supone un ejemplo de colaboración con otras universidades, en este caso con la Universidad de Zaragoza.
Referencia:
YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (2015). A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4):1024-1036. doi:10.1016/j.acme.2015.05.001
Abstract:
This paper proposes a cognitive approach for analyzing and reducing the Pareto optimal set for multi-objective optimization (MOO) of structural problems by means of jointly incorporating subjective and objective aspects. The approach provides improved knowledge on the decision-making process and makes it possible for the actors involved in the resolution process and its integrated systems to learn from the experience. The methodology consists of four steps: (i) the construction of the Pareto set using MOO models; (ii) the filtering of the Pareto set by compromise programming methods; (iii) the selection of the preferred solutions, utilizing the relative importance of criteria and the Analytic Hierarchy Process (AHP); (iv) the extraction of the relevant knowledge derived from the resolution process. A case study on the reinforced concrete (RC) I-beam has been included to illustrate the methodology. The compromise solutions are obtained through the objectives of economic feasibility, structural safety, and environmental sustainability criteria. The approach further identifies the patterns of behavior and critical points of the resolution process which reflect the relevant knowledge derived from the cognitive perspective. Results indicated that the solutions selected increased the number of years of service life. The procedure produced durable and ecological structures without price trade-offs.
Tras haber cerrado el proyecto de investigación anterior HORSOST, centrado en la optimización de la sostenibilidad de hormigones no convencionales, en este post os paso el resumen del último proyecto de investigación BRIDLIFE: «Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos». Dicho proyecto, del cual soy Investigador Principal, se ha aprobado en la última convocatoria de 2014 del Ministerio de Economía y Competitividad «Proyectos de I+D+I RETOS INVESTIGACIÓN». BRIDLIFE lleva asociado un contrato predoctoral. Se trata de un proyecto de tres años, con 5 investigadores doctores de la Universitat Politècnica de València y 2 investigadores participantes de la Universidad de Colorado (Boulder), de Estados Unidos. Iré contando detalles de este proyecto de investigación a lo largo de los próximos meses.
RESUMEN:
Las vías de comunicación terrestre, y en especial los puentes, son infraestructuras básicas en el desarrollo económico, en el equilibrio territorial y en el bienestar social, cuya construcción, diseño, conservación y desmantelamiento se ven afectados gravemente cuando los presupuestos son restrictivos. Una parte significativa de estos puentes son de hormigón pretensado. Su deterioro y su incidencia en la seguridad son objeto de gran alarma social. Si además el mantenimiento es ineficiente, la reparación conlleva costes mucho mayores. El objetivo principal del proyecto BRIDLIFE consiste en desarrollar una metodología que permita incorporar procesos analíticos en la toma de decisiones en el ciclo completo de vida de puentes de hormigón pretensado, de forma que se contemplen las necesidades e intereses sociales y ambientales.
El diseño de los puentes se realiza de forma secuencial. Tras un predimensionamiento se comprueban todos los estados límites, en un proceso iterativo cuyo resultado en términos de eficiencia económica dependen fuertemente de la experiencia previa del proyectista. Una alternativa es el diseño totalmente automático utilizando técnicas de optimización, capaces de incorporar múltiples funciones objetivo y cuyo resultado es la generación de un conjunto de soluciones eficientes (frontera de Pareto). No obstante, esta metodología sigue presentando limitaciones que el proyecto BRIDLIFE pretende superar.
El empleo de técnicas de análisis del valor y toma de decisiones como MIVES ha supuesto un gran avance en la definición de un indicador de sostenibilidad reflejado en el Anejo 13 de la actual instrucción EHE. Sin embargo, este enfoque queda limitado a aspectos ambientales que tampoco consideran todo el ciclo completo de la vida de una estructura o el uso de hormigones de baja huella de carbono. Es una técnica jerárquica que no contempla las interacciones entre los distintos factores. El aspecto más relevante de BRIDLIFE consiste en incorporar un análisis del ciclo de vida definiendo un proceso de toma de decisiones que integre los aspectos sociales y medioambientales mediante técnicas analíticas de toma de decisiones multicriterio tanto de forma previa a los procesos de optimización multiobjetivo, como posteriormente en la priorización de las soluciones del frente de Pareto. Un análisis crítico de las tareas necesarias para la consecución de este objetivo indica la necesidad de coordinar un grupo multidisciplinar amplio capaz de aglutinar no sólo distintas perspectivas técnicas, sino también distintos intereses, públicos y privados. La actividad se pretende realizar aplicando tecnologías de consenso en red.
Por otra parte, la fuerte limitación presupuestaria presente en momentos de crisis como la actual, compromete seriamente las políticas de creación y conservación de las infraestructuras. Los resultados esperados, tras un análisis de sensibilidad de distintas políticas presupuestarias asociadas a un horizonte temporal, pretenden detallar qué tipologías, actuaciones concretas de conservación y alternativas de demolición y reutilización son adecuadas para minimizar los impactos ambientales y sociales. Ello requiere complementar los inventarios de las emisiones equivalentes de gases de efecto invernadero y consumos energéticos para hormigones de baja huella de carbono, así como identificar y valorar los factores de riesgo que afectan a la seguridad de las personas a lo largo de todo el ciclo de vida de los puentes.
PALABRAS CLAVE:
Toma de decisiones; puentes pretensados; hormigón; análisis del ciclo de vida; sostenibilidad; optimización multiobjetivo.
La construcción y la reparación de losas de hormigón usadas como pavimento es un reto que requiere el uso de técnicas constructivas. Uno de los problemas principales radica en la solución de las juntas para conseguir economía y durabilidad en la ejecución de esta unidad de obra. Os presento a continuación una solución de la empresa FAROBEL que resuelve el problema con losas más pequeñas y de menor espesor (entre 3,30 y 0,80 m) para reducir las tensiones por flexión debidas a las cargas y gradientes térmicos. La reparación de los firmes actuales de asfalto se hace con pequeñas losas de 0,8*1,1*0,08 con juntas JRI+ y la reparación de los firmes de hormigón con una aplicación de la junta JRI+ para pavimentos de hormigón ya existentes. Para ello se utiliza una junta machihembrada tipo JRI+ que apoya los bordes y permite giros entre dichos bordes de losas. A esa junta se le dota de gomas impermeables, resultando un pavimento con transferencia de cargas e impermeabilidad permanentes.
