Gestión sostenible de pavimentos

trr.2015.issue-2523.coverLa gestión sostenible de los pavimentos supone la integración de aspectos económicos, técnicos y medioambientales en la toma de decisiones. A continuación dejo el resumen y la referencia de un artículo que nos acaban de publicar al respecto. El enlace al artículo completo lo tenéis en la siguiente dirección: http://trrjournalonline.trb.org/doi/abs/10.3141/2523-07

Lo podéis solicitar también a la siguiente dirección: https://www.researchgate.net/publication/291373081_Sustainable_Pavement_Management

ABSTRACT:

Sustainability, which is founded on the reconciliation of economic, environmental, and social aspects, has become a major issue for infrastructure managers. The economic and environmental impacts of pavement maintenance are not negligible. More than $400 billion are invested globally each year in pavement construction and maintenance. These projects increase the environmental impacts of vehicle operation by 10%. Because maintenance should be technically appropriate, infrastructure managers must integrate technical, economic, and environmental aspects in the evaluation of maintenance alternatives over the life cycle of a pavement. However, these aspects are normally assessed in measurement units that are difficult to combine in the decision-making process. This research examined and compared methods for the integrated consideration of technical, economic, and environmental aspects, and this study aimed to assist highway agencies, researchers, and practitioners with the integration of these aspects for the sustainable management of pavements. For this purpose, a set of maintenance alternatives for asphalt pavements was evaluated. Methods for the integration of these aspects were explored and led to recommendations for the most suitable methods for different scenarios. As a result of this analysis, the analytic hierarchy process (AHP) is recommended when the number of alternatives is small. In these situations, the AHP leads to results that are similar to those of the weighting-sum and multiattribute approaches that are frequently used for intuitive selection. However, when the number of alternatives is large, pair comparison becomes difficult with the AHP and the weighting-sum method becomes more appropriate.

Figura 1
Efectividad de las diferentes alternativas de tratamiento

Reference:

TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; PELLICER, E.; YEPES, V.; VIDELA, C. (2015). Sustainable pavement management: Integrating economic, technical, and environmental aspects in decision making. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, No. 2523, Transportation Research Board, Washington, D.C., 2015, pp. 56–63. DOI: 10.3141/2523-07

 

Ejecución de un pavimento asfáltico

Planta

El profesor Miguel Ángel del Val, de la Universidad Politécnica de Madrid, nos explica en este vídeo la extensión de las mezclas asfálticas. Espero que os sea de utilidad.

 

 

 

 

 

Referencia:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

 

Tesis doctoral: Análisis de la visibilidad y la resistencia al deslizamiento de las marcas viales retrorreflectantes en carretera convencional

CZFqVzpUsAA6wU2Ayer 19 de enero de 2016 tuve la ocasión de participar en el tribunal de la tesis doctoral de José Andrés Coves García que se defendió en la Universidad de Alicante, titulada “Análisis de la visibilidad y la resistencia al deslizamiento de las marcas viales retrorreflectantes en carretera convencional”, dirigida por Salvador Ivorra Chorro. Se le concedió la calificación de “Sobresaliente” por unanimidad. Debido al interés de la tesis, adjunto a continuación el resumen.

Resumen:

El sistema de señalización vial horizontal para carretera convencional es uno de los elementos del equipamiento viario que guarda mayor relación con la seguridad vial. Por ello, la investigación de nuevos materiales y sistemas de aplicación que contribuyan a la mejora de los parámetros físico-ópticos de las marcas viales es vital para el aumento de nivel de servicio de la carretera y, además, para colaborar en la disminución de la siniestralidad. Por tal motivo, en la presenta tesis doctoral se han estudiado las características esenciales de las marcas viales: visibilidad diurna, visibilidad nocturna, resistencia al deslizamiento y durabilidad en busca de la óptima señalización vial horizontal en carretera convencional. Para ello se han desarrollado tres estudios de investigación en tres campos de prueba ejecutados in-situ en distintas carreteras convencionales. Tras el análisis cuantitativo y cualitativo de todos los parámetros fotométricos que caracterizan las marcas viales, se ha conseguido establecer el sistema de señalización vial horizontal óptimo para la carretera convencional y sus pautas de comportamiento a lo largo del tiempo.

La conclusión final que se obtuvo es que el sistema de señalización vial horizontal óptimo para carretera convencional es el formado por pintura acrílico estirenada blanca como material base, combinado con microesferas de vidrio de tamaño medio y grande de alta calidad y con tratamiento de adherencia superficial combinado con grano de vidrio transparente como material antideslizante en materiales de post-mezclado y aplicado mediante el sistema bicapa.

Pilotes CPI-7: perforado a rotación sin sostenimiento

Figura 1. Hélice de excavación de un pilote en seco. Imagen: V. Yepes

Según la NTE, se denomina CPI-7 al pilote perforado a rotación y hormigonado “in situ”, en los que debido a las características del terreno, no precisa el sostenimiento de las paredes. Es un pilote rápido de ejecutar y económico, idóneo cuando el terreno es estable durante la perforación. Los diámetros habituales oscilan entre 450 y 1500 mm, con profundidades de hasta 40 m. El tipo de terreno decide la forma de excavación. En el caso de terrenos blandos y medios, la excavación se realiza mediante barrenas de hélice cortas. En cambio, con terrenos más duros deberíamos incluir en la barrena de dientes puntas de widia. En terrenos muy competentes y roca la perforación pasa por una corona circular con puntas de widia. Una vez alcanza la profundidad objetivo se realiza la limpieza del fondo de la excavación mediante el uso de un cazo (“bucket”).

Posteriormente al limpiado del fondo se procede a introducir la armadura de acero con la ayuda de un equipo auxiliar (grúa). Para garantizar el recubrimiento mínimo necesario de la misma, se levanta 20 cm sobre el fondo de la excavación y se colocan separadores para su correcto centrado.

Figura 2. Cuchara para extraer material en la ejecución de pilotes CPI-7. Imagen: V. Yepes

Después de colocar la armadura se comienza con el hormigonado. Se utiliza un tubo “Tremie” para verter el hormigón en la perforación, de forma que se eviten segregaciones y exudaciones. Este tubo se introduce por dentro de la armadura hasta alcanzar el fondo de la perforación. A continuación se comienza a bombear el hormigón que debe ser homogéneo y de consistencia fluida, con conos de Abrams de 15-16 cm, recomendando dosificaciones de hormigón de 350 kg de cemento por m3 de hormigón y la utilización de áridos no superiores a 20 mm.

Conforme avanza la fase de hormigonado se va subiendo simultáneamente el tubo Tremie, pero teniendo la precaución de mantenerlo siempre unos dos metros introducido en el hormigón fresco. Cuando el hormigón alcanza la cota de la rasante del terreno se concluye con el hormigonado. Por último se procede al descabezado de los pilotes.

Os dejo una animación que describe el procedimiento.

 

También podéis ver a continuación un vídeo Polimedia donde se explica la construcción de este tipo de pilotes.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Un problema de cinemática y el transporte de vigas por carreteras

ByoVTWjIQAAed7GCuando se trata de construir un puente con vigas prefabricadas, uno de los problemas a resolver es el transporte por carretera de este tipo de elementos. Debido a las características técnicas de la carga, que exceden en dimensiones, masa y carga por eje de las máxima autorizadas, se requiere de una Autorización Complementaria de Circulación que expedirá el Organismo competente en materia de tráfico. Las unidades de transporte son camiones semirremolques que se denominan habitualmente “dollys”.

A continuación os paso varios vídeos explicativos y un vídeo tutorial de Javier Luque donde se aplica el concepto de Centro Instantáneo de Rotación para el cálculo de velocidades lineales en función de condicionantes iniciales de la velocidad angular. Un buen problema de física que tiene su aplicación en el transporte de vigas de gran tamaño. Espero que os sean útiles los vídeos.

 

 

 

 

 

 

Tesis doctoral: Diseño óptimo de estribos abiertos de hormigón armado en puentes de carretera mediante optimización heurística

2016-01-12 12.10.18Ayer 12 de enero de 2016 tuvo lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Alejandro José Luz Ivars denominada “Diseño óptimo de estribos abiertos de hormigón armado en puentes de carretera mediante optimización heurística”, dirigida por Fernando González Vidosa y Víctor Yepes Piqueras. La tesis recibió la calificación de “Sobresaliente cum laude” por unanimidad. Presentamos a continuación un pequeño resumen de la misma.

Resumen

La infraestructura de mayor implantación en el territorio es la carretera. Los tramos
en puente y en túnel son los más singulares y costosos, aunque los primeros son más
numerosos que los segundos. Hoy en día los puentes de paso superior son uno de los más frecuentes en todas las carreteras importantes. El estribo más recomendable y habitual para este tipo de puentes es el abierto porque, se esconde bajo el terraplén mejorando la visibilidad de los conductores de la vía inferior, y, ahorra materiales respecto al cerrado a partir de una altura de terraplén suficiente. Muchos esfuerzos se han dedicado al cálculo y diseño de los tableros de puente, menos a las pilas, y, aún menos, a los estribos. Esta tesis se ocupa del diseño óptimo de estribos abiertos de hormigón armado en puentes de carretera. Se suma a las investigaciones del Grupo de Investigación al que pertenece de Procedimientos de la Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras (GPRC); que ya ha optimizado tableros (de losa pretensados y de vigas artesa) y pilas (rectangulares huecas), así como, muros, bóvedas y pórticos.

Estribos
Solución de referencia

Los métodos de optimización más antiguos son los exactos pero se complican mucho y pierden eficiencia cuando el número de variables es muy alto y las condiciones que deben cumplir las soluciones (comprobaciones resistentes de los materiales) no son lineales. Por el contrario, con ayuda de los ordenadores actuales, los métodos heurísticos están en gran auge permitiendo con algoritmos sencillos y “mucho coste” computacional, pero en tiempo razonable, resolver de manera automática, problemas tan complejos como los reales, sin simplificaciones, y no sólo optimizando el coste como hasta ahora, si no también, otros criterios o, varios a la vez, con gran facilidad. Los estribos óptimos de la tesis se obtienen mediante estos métodos heurísticos y un programa informático que se ha realizado. Están completamente diseñados para ser construidos, y para ello constan de 40 variables discretas. Los estribos no han sido antes tratados en la bibliografía de optimización. Las funciones objetivo son el coste, la seguridad estructural, la constructibilidad y la sostenibilidad ambiental tanto de forma aislada como por parejas con el coste (con una optimización multiobjetivo híbrida MOSAMO).

Los estribos así obtenidos son diseños óptimos que no han precisado la experiencia previa de un proyectista de estructuras que proponga, como se ha venido haciendo hasta la actualidad, el diseño inicial a comprobar. Si no cumple alguna comprobación resistente (a realizar, bien manualmente, bien, como actualmente, mediante uno o varios programas informáticos de estructuras), el diseño inicial se retoca ligeramente por el ingeniero mediante un procedimiento de prueba y error. Los programas actuales aún no incluyen rutinas de optimización como el de la tesis. Por ello la bondad del diseño final depende mucho del proyectista que los maneja y de la bibliografía que conoce. La bibliografía sobre el diseño de estribos es escasa y no completa. Este trabajo la amplía aportando las relaciones geométricas, los órdenes de magnitud y los mecanismos resistentes de los estribos óptimos (criterios de predimensionamiento) y los compara con los de la bibliografía y con los de un estribo de referencia ER. Estribo con una altura de 9 m, realmente construido y proyectado por reconocidos ingenieros, respecto al que se han comprobado ahorros económicos superiores al 18% (fundamentalmente en la zapata). Para este ER se ha realizado un estudio paramétrico obteniendo los estribos óptimos con alturas totales entre 6 y 15 m y para tensiones admisibles entre 0,2 y 0,5 MPa.

Se han empleado con éxito algoritmos heurísticos a los estribos de los dos grandes grupos existentes: por un lado, de Búsqueda Secuencial por Entornos o Hill Climbing; y, por otro, de los llamados Algoritmos Poblacionales o Evolutivos; en ambos casos, tanto con soluciones factibles como infactibles. En esta tesis, mediante una nueva propuesta de penalización de la función objetivo, se consiguen, ahorros del 60% en tiempo de cálculo. Los algoritmos empleados se basan en el recocido simulado (SAMO) y en la aceptación por umbrales (TAMO). Son dos algoritmos híbridos de escalada estocástica con operadores de mutación basados en los algoritmos genéticos. Las diferencias entre ellos no son significativas, menores del 0.2%. Con un ordenador Intel Core 2 Quad CPU Q6600 de 2.4 GHz y con 3.24 GB de memoria RAM se consigue la optimización (con penalizaciones altas) en tan sólo una ejecución del algoritmo, como novedad frente a otras investigaciones, de 1h 35’(38’ con ordenador actual). Dentro del segundo grupo se desarrollan dos nuevas heurísticas HSDLS y HSPDLS basadas en Harmony Search e hibridadas con DLS sin y con penalizaciones (y el mismo operador de mutación primer grupo) con las que se consiguen resultados similares pero con tiempos 9 y 6 veces superiores respectivamente.

Tanto la optimización monobjetivo como la multiobjetivo (MO) ponen de manifiesto la equivalencia de optimizar en coste, en CO2 o en energía con diferencias menores del 1.5%, si bien es, a costa de un elevado número de armaduras pasivas. La optimización MO (coste barras) ofrece un ahorro medio en barras del 78.4% con un incremento medio de los otros tres criterios de 7.85% siendo el ahorro económico respecto ER todavía de un 12,23%.

Solución óptimizada
Solución óptimizada

Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención

Portada cimientosOs presento en este post un nuevo libro que he publicado sobre procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. El libro trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, maquinaria y equipos auxiliares empleados en la construcción de cimentaciones superficiales, cimentaciones profundas, pilotes, cajones, estructuras de contención de tierras, muros, pantallas de hormigón, anclajes, entibaciones y tablestacas. Además, de incluir la bibliografía para ampliar conocimientos, se incluyen cuestiones de autoevaluación con respuestas y un tesauro para el aprendizaje de los conceptos más importantes de estos temas. Este texto tiene como objetivo apoyar los contenidos lectivos de los programas de los estudios de grado relacionados con la ingeniería civil, la edificación y las obras públicas.

Este libro lo podéis conseguir en la propia Universitat Politècnica de València o bien directamente por internet en esta dirección: http://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_328-9-1

El libro tiene 202 páginas, 242 figuras y fotografías, así como 140 cuestiones de autoevaluación resueltas. Los contenidos de esta publicación han sido evaluados mediante el sistema doble ciego, siguiendo el procedimiento que se recoge en: http://www.upv.es/entidades/AEUPV/info/891747normalc.html

Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de Valéncia. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Es director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

A continuación os paso las primeras páginas del libro, con el índice, para hacerse una idea del contenido desarrollado.

Descargar (PDF, 123KB)

 

 

Costes de explotación en la maquinaria de obras públicas

Portada costes¿Sabíais que hoy día el éxito económico de una obra pasa por la correcta gestión de la maquinaria empleada? La mecanización del trabajo en cualquier obra civil o de edificación es totalmente necesaria desde la perspectiva técnica, económica, humana e incluso jurídica. Las máquinas, que nacieron con el propósito de liberar al hombre de los trabajos más penosos, se han convertido en herramientas para producir más, más barato y con mejor calidad. Han permitido abreviar la realización de trabajos que en otros tiempos parecían imposibles y, por consiguiente, han conseguido acelerar la acción del hombre sobre su entorno más inmediato. La adjudicación de un contrato suele requerir de la empresa constructora la disposición de la maquinaria adecuada que garantice los plazos, las calidades y la seguridad de la obra. Además, determinadas unidades de obra no son factibles sin el uso de la maquinaria, tales como las inyecciones, el pilotaje, los dragados, cimentaciones por aire comprimido, etc. En otros casos, la realización manual de hormigones, compactaciones de tierras, etc., no podría satisfacer las elevadas exigencias de los pliegos de condiciones técnicas vigentes.

Las máquinas suponen fuertes inversiones para las empresas constructoras, que si bien son menores en obras de edificación, mayores en obras de carreteras e hidráulicas, son importantísimas en obras portuarias. El índice de inversión en maquinaria, calculado como la relación entre el valor anual de adquisición de maquinaria y la obra total anual, varía entre el 3 y el 13%. Se evalúa entre el 13% y el 19% el índice de mecanización -valor del parque de maquinaria respecto a la producción anual- de las firmas constructoras.

¿Cómo podemos calcular los costes de la maquinaria? Os paso un Polimedia divulgativo acerca de los costes de explotación de la maquinaria. Espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5.

¿Cómo seleccionar un equipo de compactación?

compactador-monocilindro-41153-4514107¿Por qué es habitual compactar con el primer compactador que tenemos en obra? Grandes errores y pérdidas económicas han sufrido más de una obra de movimiento de tierras por no acertar con el equipo de compactación adecuado. No es un tema fácil, pues requiere conocer con cierto detalle no sólo las características del compactador, sino también el tipo de suelo, sus características de humedad, granulometría, etc., y además, las condiciones de trabajo que vamos a imponer a esta unidad de obra. Vamos, pues, a intentar divulgar algunas ideas en torno a este tema para complementar otros posts anteriores como el que dedicamos a la curva de compactación o al tramo de prueba.

La elección de un equipo compactador, y la forma de usarlo, está condicionada por multitud de circunstancias y factores, de modo que no es biunívoca la solución adoptada para unas condiciones determinadas. Al final, la elección será fundamentalmente un asunto económico, ya que existen amplios solapes entre los distintos tipos de máquinas y sus campos de aplicación. Los casos que se pueden presentar son variados y cada uno requiere procedimientos específicos. No es lo mismo construir un terraplén nuevo, que consolidar un terreno natural o trabajar en un terreno anegado. En las situaciones habituales, donde se forma un terraplén compactando tongadas sucesivas del terreno, va a ser determinante la naturaleza del material empleado. El material empleado definirá la aplicabilidad de los equipos. El siguiente factor a considerar será el estado en que se encuentre (humedad, espesor de la capa, etc.). También decidirá la forma y dimensiones de la zona a compactar.

Por último, se deberá atender al volumen total de material. Se eligen las máquinas de tamaños que proporcionen mayores rendimientos, pero sin llegar a romper los suelos. Suelen emplearse equipos que presenten mayores capacidades de producción que los equipos de excavación y transporte, para no convertirse en “cuellos de botella” de las actividades. Cuando se emplean varios equipos en la compactación, con frecuencia trabaja una máquina de elevadas producciones, y es otra la que termina la superficie. Se seleccionará el equipo de compactación en función de la naturaleza del relleno, considerando tres grandes grupos de materiales, los finos, los de grano grueso y los pedraplenes.

Os paso el siguiente Polimedia para repasar estos conceptos, aunque hay libros e información adicional que podéis consultar fácilmente para ampliar este tema. Espero que os guste.

Referencias

ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.

ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.