2019 - Página 16 de 18 - El blog de Víctor Yepes

Concepto y clasificación de los anclajes

Figura 1. Detalle de un anclaje pasivo formado por un bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es

Los anclajes son dispositivos constituidos por tirantes o por barras rígidas que, integrados en un talud de roca o en ciertas partes de una obra (muros, zapatas, etc.), pueden aumentar su resistencia y estabilidad al trabajar a tracción (Figura 1). Lo habitual es que estén constituidos por armaduras metálicas alojadas en perforaciones realizadas en el terreno, cuyo fondo se ancla mediante inyecciones o dispositivos mecánicos expansivos, y luego se fijan en el exterior de la estructura o en placas que se apoyan directamente en la superficie del terreno. Los anclajes se utilizan para arriostrar estructuras de contención, estabilizar el terreno, reforzar estructuras o absorber esfuerzos en la cimentación de estructuras (Figura 2).

Figura 2. Ejemplos de aplicación de los anclajes

Los anclajes permiten la movilidad en la obra y son más económicos que los arriostramientos para grandes vaciados y superficies. Por otra parte, ofrecen seguridad por estar tesados y, por consiguiente, haberse realizado una prueba de carga in situ. Sin embargo, una deficiente instalación de los anclajes puede ocasionar fallos estructurales. Además, pueden surgir problemas jurídicos si nos salimos de los límites de la propiedad al realizar los anclajes.

Por su forma de trabajar, los anclajes pueden clasificarse en activos, pasivos y mixtos:

Anclaje activo: una vez instalado, se pretensa hasta llegar a su carga admisible. De esta forma, el terreno se comprime entre la zona de anclaje y la estructura o placa de apoyo. Se utilizan cables tensados.
Anclaje pasivo: entra en tracción por sí solo, al presentarse la fuerza exterior y oponerse la cabeza al movimiento del terreno o de la estructura (Figura 3). En consecuencia, puede sufrir grandes desplazamientos. Se utilizan barras de acero, denominadas bulones o pernos. Normalmente, no pasan de 10 m de longitud.
Anclaje mixto: se pretensa la armadura por debajo de la carga admisible, reservando una parte de su capacidad resistente para otras posibles solicitaciones. Se utilizan cables tensados.

Figura 3. Anclaje pasivo con bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es

En función del tiempo de actuación, los anclajes pueden ser temporales o permanentes:

Anclaje temporal: es un medio auxiliar en la construcción que permite estabilizar la estructura durante el tiempo necesario (de 9 meses a 2 años, dependiendo de las normas) para disponer otros elementos resistentes que los sustituyan.
Anclaje permanente: se dimensionan con mayores coeficientes de seguridad. Uno de los mayores peligros es la corrosión, tanto para las zonas de bulbo y alargamiento libre, como para la cabeza de anclaje. La Figura 4 muestra un anclaje permanente al terreno.

Figura 4. Anclajes permanentes al terreno. http://www.micros.es/anclajes-permanentes.asp

He grabado un pequeño vídeo explicativo sobre el concepto y la clasificación de los anclajes.

Os dejo un vídeo de Ingeosolum donde se puede ver cómo se realiza el tesado de anclaje para IngeoNAIL provisional de 3 m de altura en Pamplona.

Referencia:

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

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Hinca de pilotes y tablestacas con mazas de caída libre

Figura 1. Martinete de cabrestante. https://mitrapancang.wordpress.com

La hinca de pilotes con maza de caída libre (figura 1) es un sistema antiguo que ya utilizaban los romanos. Debido a su bajo coste y simplicidad, su uso se mantiene en la hinca de pequeños pilotes de madera o metálicos que se utilizan de manera provisional. Los equipos más utilizados tienen mazas de 10 a 50 kN que operan con carreras de entre 0,2 y 1 m. Sin embargo, el golpeteo es muy lento.

La maza o ariete se suspende de un cable y desliza por unas guías que hacen la función de gemelas. Existen dos variedades: las que se izan con un cabrestante con embrague, que experimentan cierto frenado por rozamiento e inercia del cabrestante; y las de escape en la propia maza, siendo estas últimas las que mayor control de energía proporcionan por la ausencia de rozamientos del cabrestante. En pilotes de gran tamaño que a veces sobrepasan los 2 m de diámetro y 100 m de profundidad, la hinca debe efectuarse sin «gemelas», pues los elementos parciales, de 20 o 30 m, se acoplan a los modelos normales.

En la actualidad, se ha recobrado el interés por este tipo de martillos debido a la facilidad de operar dentro de una cámara aislada acústicamente para cumplir las exigentes normativas de ruidos. Esto se debe al aislamiento conseguido con la colocación de chapas de acero y plástico intercaladas en torno al punto de percusión de la maza. Con esta protección se consiguen niveles de ruido tolerables, de 80 a 85 dB-A.

Las condiciones del terreno, junto con la longitud, el diámetro y el peso del pilote o la tablestaca, determinan el peso de la maza y la altura de caída más convenientes (figura 2). Designando por R la resistencia a vencer (función a su vez de la tensión de hundimiento del terreno y de la sección del pilote o tablestaca), h la penetración del elemento a cada golpe, P el peso de la maza y H su altura de caída, se cumple la siguiente condición:

Y teniendo en cuenta el peso T del pilote o de la tablestaca y los coeficientes prácticos de corrección, tenemos la siguiente expresión:

donde:

K₁ = Coeficiente de eficiencia de la maza

K₂ = Coeficiente de restitución del impacto

r_e = Rebote elástico del conjunto tablestaca-terreno

Los pesos habituales de las mazas están comprendidos entre el 75 % y el 50 % del pilote o tablestaca que se debe hincar. En las mazas de caída libre, el ritmo de golpeo es lento (del orden de 20 a 30 golpes por minuto), aunque este aspecto no es importante, ya que la hinca dura poco en comparación con el conjunto de la obra.

Relacionado con lo anterior, os envío un vídeo explicativo sobre la hinca dinámica de pilotes y tablestacas. Espero que os resulte interesante.

Aquí os dejo un vídeo ilustrativo sobre la hinca de pilotes.

Os paso un vídeo donde se utiliza una masa de 7,85 kN que se deja caer desde una altura de 10 m.

Referencia:

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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Plantas desarenadoras para la reutilización de los fluidos estabilizadores

Figura 1. Desarenador de lodos. ttps://maquinariacimentaciones.wordpress.com

En artículos anteriores hemos descrito los fluidos estabilizadores de excavaciones. Dentro de este uso, la estabilización de excavaciones de muros pantalla esta ampliamente difundida en España. Los fluidos bentoníticos se utilizan también habitualmente para estabilizar las paredes de la excavación de pilotes excavados de cierto diámetro e incluso en los de pequeño diámetro en competencia con las entibaciones recuperables. También se usan en estos fluidos de perforación en la Perforación Horizontal Dirigida. En cualquier caso, uno de los problemas a resolver es separar las partículas de la excavación del fluido para que pueda ser reutilizado. Para ello se describe a continuación brevemente el funcionamiento de una planta desarenadora.

La misión de las plantas desarenadoras es la de separar las partículas de suelo (sólidos) que se encuentran en suspensión en los fluidos estabilizadores. Son necesarias para la reutilización de los lodos (circuito de recirculación). Además de en cimentaciones profundas se utilizan también en plantas de tratamiento de áridos, obras de túneles, etc.

El contenido de arena y otras partículas en suspensión en los lodos minerales debe ser inferior al 4% del volumen antes de volver a verterlo en la excavación. En el caso de polímeros este porcentaje debe ser inferior al 1%. Antes del hormigonado se permite máximo hasta el 10%.

Figura 2. Salida de sólidos de una desarenadora (Bauer)

Se pueden distinguir en el mercado dos tipos de desarenadoras; aquellas por las que el fluido a limpiar pasa una única vez por un hidrociclón y las que pasan dos. El de simple ciclonado está recomendado para terrenos poco arenosos o con arenas poco finas; en este caso, los lodos solo pasan una vez por el ciclón tras pasar por una o varias fases de criba con el objeto de eliminar el material de mayor tamaño. El desarenador de doble ciclonado es más eficaz, pues presentan una mayor capacidad de regeneración del fluido, siendo necesario para terrenos arenosos o con muchas arenas finas, incluso limos; normalmente tras pasar a través del ciclón principal pasan por una serie de hidrociclones más pequeños.

Figura 3. Esquema de la recirculación de fluidos (Caltrans)

En la Figura 4 se muestra el esquema de una desarenadora con un solo paso a través del ciclón, en el que se distinguen los siguientes elementos:

(1) Motores para las cribas vibratorias.

(2) Criba de gruesos que realiza funciones de “precribado”, retiene partículas > 5mm.

(3) Tanque de almacenamiento del material procedente de la criba de gruesos.

(4) Bomba de alimentación del ciclón a 2-3 bar.

(5) Hidrociclón;.

(6) Salida de sólidos del hidrociclón.

(7) Cribas separadoras del agua del material grueso procedente del hidrociclón.

(8) Salida superior del hidrociclón, con el fluido “limpio”.

(9) Depósito de regulación

(10) Control automático de nivel.

Figura 4. Esquema de funcionamiento de una desarenadora (Bauer)

El rendimiento de una desarenadora se mide en m³/h de fluido estabilizador regenerado. Para determinar la eficiencia se mide a través del punto de corte o “cut point”, que es el d₅₀, que mide el menor tamaño de partícula en suspensión que al menos el 50% puede ser separado del fluido. Se mide en 1/1000 mm o micras.

Referencia:

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¿Por qué es tan difícil asignar recursos a la conservación de las carreteras?

Figura 1. Conservación de carretera Guayaquil-Santa Elena.

En muchos foros se repite, a modo de mantra, que la falta de conservación de nuestras carreteras (y calles, en el caso de las ciudades) se debe fundamentalmente a un problema de orden económico. Por algún motivo u otro (crisis económica, dificultad para aprobar presupuestos, falta de voluntad política, etc.), la falta aparente de recursos obliga a realizar una conservación correctiva o reactiva de las carreteras, como ya se justificó en un artículo anterior, provoca estados subóptimos en la infraestructura y tiene como consecuencia el incremento del riesgo de accidentes, la reducción de la velocidad de los vehículos, las restricciones de paso y la elección por los usuarios de itinerarios alternativos con mayor tiempo de recorrido. Conviene insistir, en este punto, una conservación deficiente genera mayores costes a los usuarios relacionados con el valor del tiempo de viaje, con el vehículo y con los accidentes de tráfico. La justificación económica de las restricciones presupuestarias queda en entredicho cuando se consideran los costes totales del transporte.

Sin embargo, en nuestro grupo de investigación hemos desarrollado modelos que, incluso en el caso de disponer de presupuestos restrictivos, pueden optimizar el estado o condición no de una carretera, sino de una red completa, considerando, además, distintas funciones objetivo (costes económicos, sociales y medioambientales). Para entender mejor el problema, expongo a continuación la dificultad intrínseca de este tipo de problemas y justificaré las razones por las que muchos gestores del mantenimiento de carreteras toman decisiones que se alejan de ser óptimas.

La clave para entender la magnitud del problema radica en la dificultad que tienen los gestores de la red de carreteras para tomar decisiones debido a la explosión combinatoria de las soluciones posibles al tener en cuenta distintos tipos de tratamientos de preservación, mantenimiento y rehabilitación (P+M+R), y los periodos de aplicación. Dicho de otra forma, en una red de carreteras se trata de decidir en qué tramo de la red se aplica un tratamiento de los múltiples posibles y cuándo se debe realizar. Las decisiones tomadas conforman el programa de conservación de la red de carreteras.

En la Figura 2 se representan las variables fundamentales que conforman el problema. En una red de carreteras tenemos N activos (tramos considerados), S posibles tratamientos, cada uno de los cuales se aplicará en el instante t en los T años considerados en el programa de conservación.

Figura 2. Programa de conservación (Torres-Machí, 2015)

El programa de conservación resultante de las decisiones tomadas para un horizonte de T años nos dirá para cada uno de los años dónde actuar y qué tipo de tratamiento se deberá efectuar. En la Figura 3 queda representada un posible programa fruto de las decisiones tomadas.

Figura 3. Ejemplo de programa de conservación (Torres-Machí, 2015)

Lo difícil de este problema, como hemos dicho anteriormente, es acertar con el mejor programa de conservación. No hay más remedio que aplicar técnicas de optimización para resolver el problema si los presupuestos son limitados. Existen dos enfoques: el secuencial y el holístico. El primero se centra en un activo (un tramo de carretera o una calle de una ciudad) y decide qué tratamientos se van a aplicar y en qué momento. En este caso el problema tiene N·S^T soluciones. En cambio, el enfoque holístico considera toda la red: se trata de elegir qué activo tiene prioridad en la red y luego decidir qué tratamiento y cuándo se aplica. Aquí se dispara el número de posibles soluciones a S^(N·T). A modo de ejemplo, teniendo en cuenta solo dos tratamientos (S=2), un horizonte de 10 años (T=10) y 7 tramos diferentes de carretera (N=7), el número de posibles soluciones es de 1,18E+21.

La única forma de abordar este problema es con algoritmos heurísticos de optimización multiobjetivo. Os dejo algunas referencias de cómo hemos resuelto en nuestro grupo de investigación este problema y en un artículo posterior os explico cómo formular el problema de optimización (funciones objetivo, restricciones, etc.). Como ya dije en artículos anteriores, la puerta está abierta a quien quiera participar en nuestro grupo.

Referencias:

SALAS, J.; YEPES, V. (2019). MS-ReRO and D-ROSE methods: assessing relational uncertainty and evaluating scenarios’ risks and opportunities on multi-scale infrastructure systems. Journal of Cleaner Production, (accepted, in press).
SIERRA, L.A.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2017). Method for estimating the social sustainability of infrastructure projects. Environmental Impact Assessment Review, 65:41-53.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects. Journal of Cleaner Production, 176:521-534.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2017). Assessing the social sustainability contribution of an infrastructure project under conditions of uncertainty. Environmental Impact Assessment Review, 67:61-72.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2018). A review of multi-criteria assessment of the social sustainability of infrastructures. Journal of Cleaner Production, 187:496-513.
TORRES-MACHÍ, C. (2015). Optimización heurística multiobjetivo para la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre. Tesis doctoral. Universitat Politècnica de València – Pontificia Universidad Católica de Chile.
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, 2523:56-63.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; VIDELA, C.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). An iterative approach for the optimization of pavement maintenance management at the network level. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 524329, 11 pages.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2014). Current models and practices of economic and environmental evaluation for sustainable network-level pavement management. Revista de la Construcción, 13(2): 49-56.
TORRES-MACHI, C.; PELLICER, E.; YEPES, V.; CHAMORRO, A. (2017). Towards a sustainable optimization of pavement maintenance programs under budgetary restrictions. Journal of Cleaner Production, 148:90-102.
YEPES, V.; TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; PELLICER, E. (2016). Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm. Journal of Civil Engineering and Management, 22(4):540-550.

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La evaluación técnica de una carretera

Figura 1. Representación de la evolución del índice PSI. https://www.pavementinteractive.org/

En una entrada anterior vimos que una infraestructura se puede evaluar con indicadores de estado y de prestaciones. En el caso de una carretera, las funciones básicas que debe cumplir pasan por poseer una capacidad estructural suficiente para soportar las cargas a las que estará sometida, presentar un nivel de servicio adecuado desde el punto de vista del usuario y garantizar la seguridad en cualquier momento. Consecuentemente, el estado y las prestaciones de una carretera varían a lo largo del tiempo debido a las solicitaciones directas o indirectas, como puede ser el tráfico o el clima. Por tanto, se debe evaluar periódicamente el estado de la carretera para garantizar las funciones básicas que antes hemos definido.

Dentro de la gestión de una carretera, llamaremos «evaluación técnica» al proceso que consiste en recoger datos, evaluar la infraestructura mediante un indicador y predecir su condición futura mediante un modelo de comportamiento.

La primera fase de la evaluación técnica consiste en examinar las características de una carretera desde el punto de vista funcional y estructural. Existen distintos tipos de indicadores para evaluar las características de una carretera. Estos indicadores se correlacionan entre sí para comparar los valores cuando se utilizan distintas metodologías de medición. Si se evalúa la funcionalidad del pavimento, se puede medir el nivel de servicio o la seguridad. Por otra parte, la evaluación estructural mide la capacidad de soporte del pavimento. Para ello, se pueden medir las propiedades mecánicas (deflexiones y deformaciones) o bien el deterioro superficial (agrietamiento, defectos superficiales o deformación del pavimento).

El nivel de servicio mide la capacidad del pavimento para servir al tránsito, ofreciendo un nivel de calidad adecuado a los usuarios; por tanto, se trata de una percepción subjetiva basada en la comodidad. Esta percepción se mide habitualmente relacionándola con la regularidad superficial, medida con indicadores como el IRI (International Roughness Index), PSI (Present Serviceaility Index) o PSR (Present Serviceaility Rating). Hoy en día el IRI es el indicador más importante, y se evalúa a partir del perfil longitudinal del pavimento.
El nivel de seguridad de una carretera depende de múltiples factores, como son el diseño geométrico, la señalización o las características de los vehículos, entre otros muchos. Sin embargo, para medir la seguridad del pavimento se suele utilizar la textura (macrotextura o microtextura) y la resistencia al deslizamiento (coeficiente de fricción internacional, IFI). Hay que tener presente, en este caso, que la resistencia al deslizamiento no solo depende de la textura del pavimento, sino también de las características de los neumáticos y de las condiciones del vehículo. No obstante, si se debe medir la condición del pavimento, debemos centrarnos en la microtextura, que influye mucho en el deslizamiento de vehículos a baja velocidad sobre superficies mojadas, y en la macrotextura, que facilita el drenaje del agua y ofrece resistencia al deslizamiento en vehículos a alta velocidad sobre pavimentos mojados. El IFI, que es el indicador que se utiliza internacionalmente, consta de dos números, uno adimensional que representa la fricción (cero es un deslizamiento perfecto y uno es adherencia) y otro, en unidades de velocidad (km/h), que representa la macrotextura. Con estos dos valores se puede calcular el valor de fricción a cualquier velocidad de deslizamiento.
Las propiedades mecánicas del pavimento (módulo elástico, fatiga, deformación y tensiones residuales) definen los parámetros de resistencia de las diferentes capas de la estructura del pavimento. Sin embargo, el indicador más utilizado para evaluar la capacidad estructural es la medición de las deflexiones (deformación elástica de un pavimento al paso de una carga).
El deterioro superficial se hace patente con las grietas, defectos superficiales y deformaciones del pavimento, así como en los defectos de los tratamientos o reparaciones realizadas. Suele medirse mediante una inspección visual, que puede ser manual o automática.

Figura 2. Características evaluadas en la auscultación de pavimentos. Elaboración propia basada en Torres-Machí (2015)

Sin embargo, aunque todos los indicadores expuestos son de interés en la toma de decisiones, también es cierto que resulta conveniente disponer de indicadores compuestos que permitan simplificar la información. Se trata de combinar los indicadores individuales para simplificar la toma de decisiones. Algunos de ellos son el PCI (Pavement Condition Index), el PQI (Pavement Quality Index) y el POI (Pavement Overall Index). Como estos indicadores son una agregación de distintos deterioros, para utilizarlos en la gestión de una red de carreteras, es necesario una calibración previa (de Solminihac, 2001).

Estos indicadores se utilizan, entre otros, para realizar una optimización multiobjetivo en la toma de decisiones necesaria para el mantenimiento de una red de carreteras. En el caso de los indicadores de condición, se trata de maximizar dicho indicador a lo largo del ciclo de vida de la red de carreteras. Os dejo a continuación algunas referencias y trabajos de nuestro grupo de investigación.

Referencias:

DE SOLMINIHAC, H. (2001). Gestión de infraestructura vial. Pontificia Universidad Católica de Chile. Santiago, Chile.
TORRES-MACHÍ, C. (2015). Optimización heurística multiobjetivo para la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre. Tesis doctoral. Universitat Politècnica de València – Pontificia Universidad Católica de Chile.
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, 2523:56-63.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; VIDELA, C.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). An iterative approach for the optimization of pavement maintenance management at the network level. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 524329, 11 pages.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2014). Current models and practices of economic and environmental evaluation for sustainable network-level pavement management. Revista de la Construcción, 13(2): 49-56.
TORRES-MACHI, C.; PELLICER, E.; YEPES, V.; CHAMORRO, A. (2017). Towards a sustainable optimization of pavement maintenance programs under budgetary restrictions. Journal of Cleaner Production, 148:90-102.
YEPES, V.; TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; PELLICER, E. (2016). Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm. Journal of Civil Engineering and Management, 22(4):540-550.

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Indicadores de estado y de prestaciones de las infraestructuras

En una entrada anterior vimos las distintas estrategias de conservación de las infraestructuras y cómo estas influían en el coste que debían pagar los usuarios. Estas estrategias pueden modificar el estado o las prestaciones de la infraestructura, que sin duda se degradan con el tiempo. Llegado a este punto, conviene diferenciar los conceptos de «estado» y «prestaciones» de una infraestructura.

La gestión de las infraestructuras (carreteras, puentes, etc.) supone un proceso en el que se deben asignar de forma eficiente los recursos limitados, en la dirección marcada por los objetivos estratégicos de la organización responsable de dicha gestión. Para ello, es necesario contar con una serie de indicadores que permitan medir de forma cuantitativa o cualitativa los resultados derivados de las acciones realizadas sobre dichos activos en relación con los objetivos.

Dichos indicadores pueden ser de estado o de prestaciones. El estado o condición de una infraestructura se define como su estado físico, que puede afectar o no a sus prestaciones. En cambio, la prestación o rendimiento se define como la capacidad de la infraestructura para proveer un determinado nivel de servicio a los usuarios. Se pueden llamar también prestaciones funcionales, pues indican el nivel de habilitación de una infraestructura para desarrollar su función principal, que es la prestación del servicio, aunque también podrían incluir otras características o efectos no directamente relacionados con el servicio a los usuarios.

Saber diferenciar ambos conceptos es básico para cualquier organización responsable de la gestión de una infraestructura. Así, por ejemplo, las prestaciones de un puente pueden no verse afectadas por el estado hasta que se produzca un fallo. Es fácil encontrar un puente de hormigón con defectos superficiales (corrosión de armaduras, desconchados, etc.) que mantiene intacta su funcionalidad y su integridad estructural. También podría darse el caso de un puente en muy buen estado que no sea capaz de soportar determinadas cargas de tráfico o que imponga restricciones de gálibo que afecten al tráfico.

Puente «traga camiones» de Leganés. https://www.lavanguardia.com

Pero, ¿cuáles son las razones para disponer de indicadores en la gestión de las infraestructuras? Son imprescindibles para tomar decisiones que afectan a estos activos. Permiten identificar las necesidades de intervención, proporcionan una guía para los procesos y criterios en la toma de decisiones y son los elementos que permiten controlar el progreso hacia los objetivos y metas trazados por la organización responsable de la gestión.

En el caso de una carretera, los indicadores utilizados en su gestión se suelen agrupar en diferentes categorías que corresponden a los objetivos de la organización responsable de dicha gestión. Se podrían considerar, entre otros, los siguientes: conservación de la carretera, seguridad vial, movilidad y accesibilidad, medioambiente, operaciones y mantenimiento, y eficiencia económica.

Si se dispone de mediciones de dichos indicadores, estos permiten comparar sus valores con determinados estándares, umbrales o niveles mínimos. Esta información es determinante para identificar las necesidades de intervención y, por tanto, cataliza todo el proceso posterior de selección de intervenciones y asignación de recursos económicos.

En artículos posteriores hablaremos de cómo podremos utilizar estos índices para el caso particular de las carreteras y de cómo aplicar técnicas procedentes de la optimización multiobjetivo y de la toma de decisiones multicriterio para asignar los presupuestos restrictivos de los que dispone una organización, de modo que la condición de las carreteras sea la máxima posible. Ya adelantamos que el problema no es sencillo, pero afortunadamente nuestro grupo de investigación ya dispone de las herramientas necesarias para planificar el mantenimiento y la conservación de una red de carreteras o de calles en una ciudad con presupuestos muy restrictivos.

Referencias:

CLEMENTE, J.J. (2012). La toma de decisión en el marco de la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre. Trabajo de investigación. Universitat Politècnica de València.
SALAS, J.; YEPES, V. (2019). MS-ReRO and D-ROSE methods: assessing relational uncertainty and evaluating scenarios’ risks and opportunities on multi-scale infrastructure systems. Journal of Cleaner Production, (accepted, in press).
SIERRA, L.A.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2017). Method for estimating the social sustainability of infrastructure projects. Environmental Impact Assessment Review, 65:41-53.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects. Journal of Cleaner Production, 176:521-534.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2017). Assessing the social sustainability contribution of an infrastructure project under conditions of uncertainty. Environmental Impact Assessment Review, 67:61-72.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2018). A review of multi-criteria assessment of the social sustainability of infrastructures. Journal of Cleaner Production, 187:496-513.
TORRES-MACHÍ, C. (2015). Optimización heurística multiobjetivo para la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre. Tesis doctoral. Universitat Politècnica de València – Pontificia Universidad Católica de Chile.
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, 2523:56-63.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; VIDELA, C.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). An iterative approach for the optimization of pavement maintenance management at the network level. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 524329, 11 pages.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2014). Current models and practices of economic and environmental evaluation for sustainable network-level pavement management. Revista de la Construcción, 13(2): 49-56.
TORRES-MACHI, C.; PELLICER, E.; YEPES, V.; CHAMORRO, A. (2017). Towards a sustainable optimization of pavement maintenance programs under budgetary restrictions. Journal of Cleaner Production, 148:90-102.
YEPES, V.; TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; PELLICER, E. (2016). Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm. Journal of Civil Engineering and Management, 22(4):540-550.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

¿Cómo influyen las estrategias de conservación y el coste que pagan los usuarios de las carreteras?

Figura 1. Las generaciones futuras tendrán que pagar por unas infraestructuras deterioradas

En esta entrada, vamos a justificar cómo ciertas estrategias de gestión del mantenimiento y conservación de las carreteras pueden aumentar significativamente los costos para los usuarios. Para lograrlo, en primer lugar, definiremos las diferentes estrategias disponibles, y posteriormente analizaremos cuál de ellas tiene un impacto negativo en los costos que deben asumir los usuarios.

Si bien es cierto que estas nuevas infraestructuras nacen con un periodo de vida relativamente largo, no menos cierto es que una parte significativa de dicha infraestructura está empezando a notar el paso del tiempo; es más, parece que podemos vivir dentro de un horizonte no tan lejano, un verdadero colapso en los niveles de servicio prestados por estos activos. Lo peor de todo ello es que estas infraestructuras se financiaron a largo plazo y la siguiente generación (Figura 1) se encontrará con la sorpresa de tener que pagar por infraestructuras con niveles de servicio pésimos. Es lo que en otro artículo califiqué como la “crisis de las infraestructuras”. Todo esto nos lleva a la cuestión central del problema: la necesidad urgente de contar con un plan racional y recursos suficientes para mantener las infraestructuras básicas de un país.

En la Figura 2 podemos ver una gráfica donde se representa no solo la degradación del estado o de las prestaciones de la carretera, sino las distintas estrategias que se tienen al alcance para modificar dicho deterioro.

Figura 2. Estrategias de conservación (Clemente, 2012)

Así, la estrategia preventiva o proactiva tiene como objetivo mantener en el tiempo el estado físico del elemento en un nivel adecuado, evitando que alcance elevados niveles de deterioro que puedan afectar a su funcionalidad y disparar los costes de reparación. Estas actuaciones son normalmente de alcance y coste limitado y se realizan con cierta periodicidad en función de la evolución observada o incluso de manera programada antes de que el defecto se llegue a manifestar. La estrategia correctiva o reactiva es la que deja al elemento que se deteriore al límite, en cuyo momento se efectúan intervenciones de gran calado, como por ejemplo grandes rehabilitaciones integrales o estructurales, que lo devuelven, o lo intentan devolver, a su estado original. Sin embargo, son actuaciones de mayor coste, aunque más separadas en el tiempo. Por último, se podría optar por un deterioro controlado hasta la retirada. En este caso se pasa directamente a retirar el elemento cuando se ha alcanzado su vida útil de servicio y se sustituye por otro similar. Durante este periodo no se interviene, o se hace mínimamente para no afectar la funcionalidad.

Por tanto, la estrategia óptima no es evidente, pues depende tanto de factores endógenos (características constructivas de la carretera, edad, etc.) y exógenos (condiciones del clima, nivel de tráfico, etc.) y en consecuencia no se pueden generalizar las conclusiones. Este problema, por consiguiente, es uno de los focos más importantes de nuestro grupo de investigación. Os he puesto referencias de algunas de nuestras publicaciones.

Pero el problema se hace más complejo cuando se tienen en cuenta los costes de los usuarios. En efecto, las características de la carretera y el nivel y la composición de la demanda de tráfico influyen en los costes de los usuarios. Un mal estado del pavimento, incrementa claramente el coste soportado por el usuario. Y lo que es peor, un estado subóptimo de la infraestructura debido a una estrategia de conservación reactiva, tiene como consecuencia el incremento del riesgo de accidentes, la reducción de la velocidad de los vehículos, las restricciones de paso y la elección por los usuarios de itinerarios alternativos con mayor tiempo de recorrido. Insisto en este punto. Una conservación deficiente genera mayores costes a los usuarios relacionados con el valor del tiempo de viaje, con el vehículo y con los accidentes de tráfico.

En la Figura 3 se puede ver que existe un hipotético nivel de conservación óptimo que minimiza los costes totales del transporte, teniendo en cuenta el coste del usuario, el coste de conservación y el coste de construcción. Sin una estrategia clara de conservación, los responsables de una red de carreteras suelen realizar una conservación correctiva, que tiene un aparente ahorro económico en el corto plazo, pero que traslada al futuro unos costes que pueden ser muy elevados tanto para los contribuyentes que sufragan la inversión como para los usuarios.

A continuación os dejo algunas de las referencias y de los trabajos que se han publicado al respecto. Todo lo que estamos haciendo ahora se encuentra dentro de un proyecto de investigación competitivo al que hemos denominado DIMALIFE (BIA2017-85098-R): “Diseño y mantenimiento óptimo, robusto y basado en fiabilidad de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos”. Si alguien se anima trabajar en estos temas de investigación con nosotros o hacer una tesis doctoral, tiene las puertas abiertas.

Además, igual os interesa leer los enlaces que publicamos en una entrada anterior: ¿Qué hemos hecho para conservar nuestras carreteras?

Referencias:

CLEMENTE, J.J. (2012). La toma de decisión en el marco de la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre. Trabajo de investigación. Universitat Politècnica de València.
SALAS, J.; YEPES, V. (2019). MS-ReRO and D-ROSE methods: assessing relational uncertainty and evaluating scenarios’ risks and opportunities on multi-scale infrastructure systems. Journal of Cleaner Production, (accepted, in press).
SIERRA, L.A.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2017). Method for estimating the social sustainability of infrastructure projects. Environmental Impact Assessment Review, 65:41-53.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects. Journal of Cleaner Production, 176:521-534.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2017). Assessing the social sustainability contribution of an infrastructure project under conditions of uncertainty. Environmental Impact Assessment Review, 67:61-72.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2018). A review of multi-criteria assessment of the social sustainability of infrastructures. Journal of Cleaner Production, 187:496-513.
TORRES-MACHÍ, C. (2015). Optimización heurística multiobjetivo para la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre. Tesis doctoral. Universitat Politècnica de València – Pontificia Universidad Católica de Chile.
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, 2523:56-63.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; VIDELA, C.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). An iterative approach for the optimization of pavement maintenance management at the network level. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 524329, 11 pages.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2014). Current models and practices of economic and environmental evaluation for sustainable network-level pavement management. Revista de la Construcción, 13(2): 49-56.
TORRES-MACHI, C.; PELLICER, E.; YEPES, V.; CHAMORRO, A. (2017). Towards a sustainable optimization of pavement maintenance programs under budgetary restrictions. Journal of Cleaner Production, 148:90-102.
YEPES, V.; TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; PELLICER, E. (2016). Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm. Journal of Civil Engineering and Management, 22(4):540-550.

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Distribución de tensiones bajo una cimentación superficial

Figura 1. Distribución de la tensión transmitida al terreno

Las cimentaciones superficiales suelen ser las más utilizadas, especialmente en edificación, pues presentan un menor coste por carga soportada y una mayor facilidad de ejecución. Los esfuerzos, tanto los verticales, los horizontales, como los momentos, se transmiten en su totalidad al terreno a través de su base de contacto y origina en el terreno unas distribuciones que se consideran normalmente planas. No debe rebasarse la capacidad portante del terreno y las deformaciones producidas deben ser admisibles para la estructura. En la Figura 1 se puede ver cómo una excentricidad en la carga puede provocar zonas de despegue de tensiones en el apoyo de la zapata. En la Figura 2 se observa cómo cambia la distribución de presiones en función de tipo de suelo (cohesivo, granular o roca) y del tipo de zapata (rígida o flexible). Sin embargo, con cimentaciones corridas o aisladas y con los vuelos de zapata habituales, se acepta una distribución uniforme de presiones. Es importante la forma en que se transmiten los esfuerzos al terreno, puesto que la carga soportada por éste es mucho menor que la del elemento en contacto con él.

Figura 2. Distribución de tensiones en función de la naturaleza del suelo

Un aspecto de gran importancia es la presencia de agua, pues su agotamiento supone un incremento en coste y un aumento de plazo que puede hacer inviable una cimentación superficial. Por otra parte, el nivel freático no influirá en la capacidad portante del terreno si dicho nivel se encuentra por debajo de la superficie del cimiento a una profundidad mayor a 1,5 veces el ancho de la zapata.

A continuación os dejo un vídeo donde explico con más detalle lo que es una cimentación superficial y los tipos que existen. Espero que os sea de interés.

Os dejo también este vídeo (en inglés) explicativo:

Referencia:

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Simposio GeoRoads19. La pasión por las carreteras

Las nuevas tecnologías están cambiando profundamente la forma que tenemos de comunicarse. Todo es más rápido, directo y con mayor impacto.

En esta entrada voy a dar difusión a un evento que se desarrollará en línea, cuya inscripción es totalmente gratuita. Se trata del simposio #GeoRoads19, “La pasión por las carreteras”. Se trata de una conferencia que se desarrollará los días 11 y 12 de abril de 2019 y se retransmitirá desde los estudios de ITAFEC en Guadalajara, Jalisco, México. Si queréis inscribirse, lo podéis hacer ya en el siguiente enlace: https://www.geotechtips.com/georoads19. El cupo es limitado a los primeros 1500 inscritos.

Pero antes de dar más detalles, lo primero que tengo que hacer es agradecer la invitación de Freddy J. Sánchez-Leal, director de Geotechtips, que ha tenido la amabilidad de incluirme en el panel de expertos internacionales que van a participar en las conferencias.

Contará con la participación de 8 muy reconocidos expertos de Argentina, Chile, Colombia, Costa Rica, Estados Unidos, España, Perú y México, que nos disertará cada uno en una presentación de 30 minutos sobre sus paradigmas personales relacionados con la ingeniería de carreteras.

Se abarcará el tema de la infraestructura vial desde los aspectos de la investigación, desarrollo y aplicación de tecnologías, construcción, auscultación, mantenimiento y conservación, entre otros.

Se realizarán cuatro presentaciones por día, dejando un espacio de 30 minutos entre presentación para recibir y contestar las preguntas de la audiencia, y para la transmisión de publicidad de nuestros cuatro únicos anunciantes. Al final del segundo día se presentarán las conclusiones del evento, construidas directamente por un grupo seleccionado de asistentes, y moderadas desde el estudio aplicando la conocida técnica de los “6 Sombreros para pensar”.

Desde el estudio de TV en Guadalajara, se moderarán las presentaciones y organizando el desarrollo de las preguntas y de las demás actividades de intensa interacción entre el público y los presentadores.

La grabación de las presentaciones y todo el evento quedará de forma permanente en una sala exclusiva del portal de Geotechtips a la que los participantes podrán, luego del evento, acceder de forma gratuita. De la misma manera, personas que no se hayan registrado para el evento, pero que posteriormente quieran verlo, solo tendrán que acceder a esa sala, de igual manera gratuita.

Los conferenciantes previstos al simposio son los siguientes. Los podéis localizar en las redes sociales.

Dr. Rodolfo Adrián Nosetti. Profesor Adjunto en Universidad Nacional de La Plata, Argentina. Red social principal: Facebook Adrian Nosetti LinkedIn: adrian-nosetti-26022743
Dr. Guillermo Thenoux. Profesor en Pontificia Universidad Católica de Chile. Director del Centro de Ingeniería e Investigación Vial. LinkedIn: Guillermo-thenoux-8b7b5844
Dr. Fredy Alberto Reyes Lizcano. Profesor e Investigador en pavimentos e infraestructura vial en Pontificia Universidad Javeriana de Colombia, Bogotá. Red social principal: Facebook: Fredy Alberto Reyes Lizcano. LinkedIn: Fredy-Alberto-reyes-Lizcano-80b6282a
Dr. Luis Guillermo Loría-Salazar. Director del Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales (LanameUCR) de la Universidad de Costa Rica. Red social principal: Twitter @lgloria27 LinkedIn: luisguillermoloria
Dr. Juan José Potti. Presidente Ejecutivo de la Asociación Española de Fabricantes de Mezclas Asfálticas (ASEFMA). Madrid, España. Red social principal: Twitter: @jjpotti LinkedIn: juan-jose-potti-29a86ab
Dr. Víctor Yepes. Catedrático Universitat Politècnica de València, España. Autor del Blog de Victor Yepes. Red social principal: Twitter: @vyepesp LinkedIn: -victor-yepes-5b79409
Dr. Paul Garnica Anguas. Director de los Laboratorios de Investigación en Infraestructura del Instituto Mexicano del Transporte. Sanfandila, Querétaro, México. Red social principal: Twitter: @pgarnica LinkedIn: paul-garnica
Ing. Pablo del Águila, MSc. Consultor Internacional en Infraestructura del Transporte para el American Development Bank. Director de Camineros Consulting. Lima, Perú. Red social principal: Twitter: @caminerosperu LinkedIn: pmdelaguila

Organizador:

Ing. Freddy J. Sánchez-Leal, M en I. Director de Geotechtips. Zapopan, Jalisco, México. Red social principal: Twitter: @saintloyal LinkedIn: ramcodesceo

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Principios de las perforaciones a rotación

Figura 1. Principio de la perforación rotativa

En un artículo anterior explicamos los fundamentos de la perforación por extracción de material. De entre los procedimientos existentes, la perforación mecánica por rotación constituye uno de los procedimientos más habituales. Aquí vamos a explicar los principios básicos en los que se basa.

El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía al terreno haciendo rotar un útil de corte o destroza conjuntamente con la acción de una fuerza de empuje. Este tipo de perforación se empezó a emplear en minería sobre rocas blandas; sin embargo, la rapidez de desplazamiento y montaje de estos equipos, la variedad de útiles de corte han favorecido su uso en otros campos.

El giro del útil lo realiza el motor de la perforadora en superficie, que acciona una mesa o cabeza de rotación que, a su vez, mueve el tren de varillaje y este finalmente transmite el giro al útil. Los útiles de corte que se emplean en rotación son las barrenas helicoidales, las coronas circulares y las cabezas tricono, según el tipo de terreno, del diámetro del talador y de la finalidad de la perforación (extracción de testigos o avance a destroza).

La perforación a rotación presenta características diferentes si se efectúa en roca o en suelos. En roca el avance se produce por corte y compresión: el giro se ejecuta mediante sonda o rotor y la presión por barra de carga, varillaje y empuje hidráulico. En el caso de los suelos, si estos son granulares no demasiado cohesivos, la perforación se realiza con una barrena helicoidal; en el caso de granulares muy sueltos es necesario el uso de cucharas.

En otros artículos anteriores ya hablamos de la perforación rotativa de rocas, de la perforación rotativa con triconos, de la perforación rotativa con cazo, del sondeo a rotación con barrena helicoidal, entre otros. También podéis leer algunas entradas que escribimos en su momento sobre técnicas de reconocimiento en el estudio geotécnico, la ejecución de pilotes o de procedimientos de perforación horizontal dirigida con sistemas de perforación a rotación.

Sistemas de avance

El avance de la perforación rotativa en rocas se produce por la influencia simultánea de la presión que el útil de corte ejerce sobre el terreno y el efecto producido por el giro de dicho útil sobre la roca. Estas dos acciones se pueden provocar con diversos medios y potencia según las fuentes de energía y los sistemas de empuje y rotación empleados.

Las formas de energía motriz de uso más frecuente son la térmica y la eléctrica. La primera se suele utilizar en perforadoras pequeñas y medianas, generalmente montadas sobre camión en equipos accionados por el propio motor del camión o más frecuentemente por dos motores, el del camión más otro independiente. Para perforadoras montadas en equipos de mayor tamaño (diámetros de perforación superior a 250 mm, lo más normal es usar energía eléctrica a media tensión, alimentando la perforadora con corriente alterna. En algunas instalaciones mineras también se emplean equipos diésel-eléctricos cuyo coste de mantenimiento es aproximadamente un 15 % inferior al de los equipos diésel.

La aplicación de la potencia se realiza mediante mecanismos de transmisión mecánicos e hidráulicos. La energía se transmite a través de las barras de perforación, que giran al mismo tiempo que penetra la boca, debido a la intensidad de la fuerza de avance. Prácticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidráulico. En este tipo de perforación, las pérdidas de energía en las barras y la boca son despreciables, por este motivo, la velocidad de penetración no varía apenas con la longitud del barreno. Para girar las barras y conseguir el par necesario, estas máquinas tienen un sistema de rotación montado habitualmente sobre un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora. El barrido del detritus de la perforación se efectúa con aire comprimido, para lo cual el equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.

Figura 2. Perforación a rotación para estudios de terrenos

Empuje y elevación

El empuje a aplicar dependerá de la resistencia del terreno y del diámetro de la perforación (Figura 3). El mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden del 50% del peso de la máquina, alcanzando los equipos de mayor tamaño un peso de unas 120 t. Los sistemas de empuje, además de proporcionar la presión suficiente sobre el fondo de la perforación, sirven para elevar y manipular el conjunto de varillas o barras que hay que añadir o quitar durante la ejecución de la perforación. Se pueden emplear sistemas mecánicos (por cadena o cremallera) o hidráulicos. Los sistemas hidráulicos están formados por dos cilindros combinados, son más potentes y fácilmente controlables.

El empuje transmitido al fondo del taladro debe ser suficiente para que el efecto conjunto sobre la roca genere una tensión superior a su resistencia a compresión. Pero tampoco conviene un empuje excesivo que aumente el desgaste del equipo. La velocidad de penetración aumenta proporcionalmente al empuje hasta un límite a partir del cual el útil se agarrota y los insertos se incrustan en la roca. En estas condiciones, el desgaste aumenta considerablemente junto con un mayor consumo de energía y, si la roca es dura, puede producirse la rotura de los dientes del útil (Figura 4).

Figura 4. Relación velocidad de avance-empuje

Como suele ser habitual, os dejo unos vídeos al respecto.

Referencias:

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.

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