mayo 2020 – El blog de Víctor Yepes

Puentes mixtos: diseño, análisis de ciclo de vida, mantenimiento y toma de decisiones

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Advances in Civil Engineering, revista indexada en el JCR. Se trata de un artículo de revisión del estado del arte de los puentes mixtos de hormigón y acero desde los puntos de vista del diseño, análisis del ciclo de vida, mantenimiento y toma de decisiones. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Los puentes mixtos de acero y hormigón se utilizan como alternativa a los puentes de hormigón debido a su capacidad de adaptar su geometría a las limitaciones de diseño y a la posibilidad de reutilizar algunos de los materiales de la estructura. En esta revisión del estado del arte, informamos de la investigación realizada sobre el diseño, el comportamiento, la optimización, los procesos de construcción, el mantenimiento, la evaluación del impacto y las técnicas de toma de decisiones de los puentes mixtos para llegar a un enfoque de diseño completo. Además de un análisis cualitativo, se utiliza un análisis multivariante para identificar las lagunas de conocimiento relacionadas con el diseño de los puentes y para detectar las tendencias de la investigación. Un objetivo adicional es hacer visibles las lagunas en el diseño sostenible de los puentes mixtos, lo que permite centrar los futuros estudios de investigación. Los resultados de esta labor muestran cómo la investigación se ha centrado en el diseño preliminar de puentes con un enfoque principalmente económico, mientras que a nivel mundial la preocupación se dirige a la búsqueda de soluciones sostenibles. Se ha comprobado que las estrategias de evaluación del impacto del ciclo de vida y de adopción de decisiones permiten a los gestores de los puentes mejorar la adopción de decisiones, en particular al final del ciclo de vida de los puentes mixtos.

Abstract

Steel-concrete composite bridges are used as an alternative to concrete bridges because of their ability to adapt their geometry to design constraints and the possibility of reusing some of the materials in the structure. In this review, we report the research carried out on the design, behavior, optimization, construction processes, maintenance, impact assessment, and decision-making techniques of composite bridges in order to arrive at a complete design approach. In addition to a qualitative analysis, a multivariate analysis is used to identify knowledge gaps related to bridge design and to detect trends in research. An additional objective is to make visible the gaps in the sustainable design of composite steel-concrete bridges, which allows us to focus on future research studies. The results of this work show how researchers have concentrated their studies on the preliminary design of bridges with a mainly economic approach, while at a global level, concern is directed towards the search for sustainable solutions. It is found that life cycle impact assessment and decision-making strategies allow bridge managers to improve decision-making, particularly at the end of the life cycle of composite bridges.

Reference:

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2020). Steel-concrete composite bridges: design, life cycle assessment, maintenance and decision making. Advances in Civil Engineering, 2020, 8823370. DOI:10.1155/2020/8823370

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Revisado por pares. El turismo y las playas tras la pandemia

¿Cómo será el turismo de sol y playa tras la crisis de la COVID-19?

A las puertas del mes de junio, todos nos preguntamos por las playas: ¿cómo va ser su uso? ¿Vamos a poder disfrutar de ellas? ¿Cómo se puede calcular su aforo?

Desde la Universitat Politècnica de València se están estudiando soluciones que sean útiles este mismo verano. Estudios que pretenden contribuir a garantizar la seguridad en nuestras playas, fundamentales también para la temporada turística.

Y de turismo hablamos también en este programa: ¿se ha acabado el modelo turístico que imperaba hasta marzo de este año? ¿Cuáles son las claves para recuperar a un sector tan importante para nuestra economía?

De todo ello y más cosas hablamos con Víctor Yepes, catedrático de la Universitat Politècnica de València y Leire Bilbao, gerente de la Fundación Visit Benidorm.

“Revisado por pares” es un programa en el que investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV) pasan por nuestros estudios para comentar, de dos en dos, la actualidad científica. Una agradable conversación para estar al día de los avances en el mundo de la investigación académica.

Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) del Ministerio de Ciencia e Innovación.

A continuación os dejo el enlace y el vídeo completo: http://www.upv.es/rtv/tv/revisado-por-pares/63466

Optimización de muros de contrafuertes mediante algoritmo híbrido de enjambre de partículas y clustering

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, revista indexada en el primer cuartil del JCR. En este artículo se presenta un algoritmo híbrido de enjambre de partículas y clustering para optimizar el coste y las emisiones de CO $_{2}$ de un muro de contrafuertes. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El diseño de los muros de contrafuertes es un problema de optimización combinatoria de interés debido a las aplicaciones prácticas relativas al ahorro de costos que implica el diseño y la optimización en la cantidad de emisiones de CO $_{2}$ generadas en su construcción. Por otro lado, este problema presenta importantes retos en cuanto a complejidad computacional, pues involucra 32 variables de diseño, por lo que tenemos en el orden de 10^20 combinaciones posibles. En este artículo proponemos un algoritmo híbrido en el que se integra el método de optimización del enjambre de partículas que resuelve los problemas de optimización en espacios continuos con la técnica de clustering db-scan. Este algoritmo optimiza dos funciones objetivo: las emisiones de carbono y el costo económico de los muros de hormigón armado. Para evaluar la contribución del operador del db-scan en el proceso de optimización, se diseñó un operador aleatorio. Se comparan las mejores soluciones, los promedios y los rangos intercuartílicos de las distribuciones obtenidas. A continuación se comparó el algoritmo db-scan con una versión híbrida que utiliza k-means como método de discretización y con una implementación discreta del algoritmo de búsqueda de armonía. Los resultados indican que el operador db-scan mejora significativamente la calidad de las soluciones y que la metaheurística propuesta muestra resultados competitivos con respecto al algoritmo de búsqueda de armonía.

Abstract:

The design of reinforced earth retaining walls is a combinatorial optimization problem of interest due to practical applications regarding the cost savings involved in the design and the optimization in the amount of CO $_{2}$ emissions generated in its construction. On the other hand, this problem presents important challenges in computational complexity since it involves 32 design variables; therefore we have in the order of $10^{20}$ possible combinations. In this article, we propose a hybrid algorithm in which the particle swarm optimization method is integrated that solves optimization problems in continuous spaces with the db-scan clustering technique, with the aim of addressing the combinatorial problem of the design of reinforced earth retaining walls. This algorithm optimizes two objective functions: the carbon emissions embedded and the economic cost of reinforced concrete walls. To assess the contribution of the db-scan operator in the optimization process, a random operator was designed. The best solutions, the averages, and the interquartile ranges of the obtained distributions are compared. The db-scan algorithm was then compared with a hybrid version that uses k-means as the discretization method and with a discrete implementation of the harmony search algorithm. The results indicate that the db-scan operator significantly improves the quality of the solutions and that the proposed metaheuristic shows competitive results with respect to the harmony search algorithm.

Keywords:

CO2 emission; earth-retaining walls; optimization; db-scan; particle swarm optimization

Reference:

GARCÍA, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2020). The buttressed walls problem: An application of a hybrid clustering particle swarm optimization algorithm. Mathematics, 8(6):862. https://doi.org/10.3390/math8060862

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Evaluación del impacto ambiental y social de puentes de carretera óptimos de hormigón postesado

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Sustainability, revista indexada en JCR. En este artículo se evalúa el impacto social y ambiental de puentes de carretera óptimos de hormigón postesado. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

La mayoría de las definiciones de sostenibilidad incluyen tres pilares básicos: económico, ambiental y social. El aspecto económico siempre se evalúa, pero no necesariamente en el sentido de la sostenibilidad económica. Por otra parte, el aspecto ambiental se está considerando cada vez más, mientras que el pilar social apenas se ha trabajado en él. Centrándose en los pilares ambiental y social, resulta crucial el uso de metodologías que permitan una evaluación amplia de todos los aspectos y la integración de la evaluación en unos pocos indicadores que sean comprensibles. Este artículo se estructura en dos partes. En la primera parte se hace un examen de los métodos de evaluación del impacto del ciclo de vida, que permiten una evaluación amplia de los aspectos ambiental y social. En la segunda parte, se realiza una evaluación completa de la sostenibilidad ambiental y social utilizando la base de datos de ecoinvent y el método ReCiPe, para el pilar ambiental, y la base de datos SOCA y el método simple de ponderación del impacto social, para el pilar social. Esta metodología se utilizó para comparar tres puentes optimizados: dos puentes de carretera de hormigón postensado de sección en cajón con diversas características iniciales y de mantenimiento, y un puente prefabricado de hormigón pretensado. Los resultados muestran que existe una alta interrelación entre el impacto ambiental y social para cada etapa del ciclo de vida.

Abstract

Most of the definitions of sustainability include three basic pillars: economic, environmental, and social. The economic pillar has always been evaluated but not necessarily in the sense of economic sustainability. On the other hand, the environmental pillar is increasingly being considered, while the social pillar is weakly developed. Focusing on the environmental and social pillars, the use of methodologies to allow a wide assessment of these pillars and the integration of the assessment in a few understandable indicators is crucial. This article is structured into two parts. In the first part, a review of life cycle impact assessment methods, which allow a comprehensive assessment of the environmental and social pillars, is carried out. In the second part, a complete environmental and social sustainability assessment is made using the ecoinvent database and ReCiPe method, for the environmental pillar, and SOCA database and simple Social Impact Weighting method, for the social pillar. This methodology was used to compare three optimized bridges: two box-section post-tensioned concrete road bridges with a variety of initial and maintenance characteristics, and a pre-stressed concrete precast bridge. The results show that there is a high interrelation between the environmental and social impact for each life cycle stage.

Keywords

Sustainability; LCA; S-LCA; social assessment; ecoinvent; SOCA

Reference:

PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; GARCÍA-SEGURA, T.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2020). Environmental and social impact assessment of optimized post-tensioned concrete road bridges. Sustainability, 12(10), 4265. DOI:10.3390/su12104265

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El profesor José Antonio García Conejeros de estancia con nosotros en la Universitat Politècnica de València

Nuestro grupo de investigación está muy orgulloso y es muy afortunado de contar con visitas y estancias de otros profesores, de gran prestigio internacional, que vienen a trabajar y compartir experiencias en la Universitat Politècnica de València. Si en entradas anteriores hablé de la estancia del profesor Dan M. Frangopol, de la visita del profesor Gizo Parskhaladze, y de la estancia de investigación del profesor Moacir Kripka , ahora me toca hablar de la estancia que ha tenido con nosotros el profesor José Antonio García Conejeros en el ICITECH. Estuvo con nosotros durante su “verano” austral, y se fue justo antes de que se declarara el estado de alarma en España por el coronavirus.

Tuve la ocasión de conocer a José Antonio con motivo de mi visita a la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (Chile), en mayo de 2019. Allí tuve la ocasión de impartir varias conferencias sobre optimización y toma de decisiones en puentes e infraestructuras viarias. Fruto de esta colaboración, a parte de los relacionados con la investigación, se extienden al futuro intercambio de estudiantes y profesorado entre nuestras respectivas universidades y en la participación conjunta en proyectos de investigación y de transferencia tecnológica. En las referencias os dejo tres artículos que hemos publicado como consecuencia de su estancia. Seguro que vendrán muchos más. Todo un verdadero placer.

También os dejo parte de la entrevista que le hicieron en su universidad con motivo de la estancia. La entrevista completa la tenéis aquí: http://icc.pucv.cl/noticias/profesor-jose-antonio-garcia-realiza-estadia-de-investigacion-en-espana

¿Cuáles fueron los motivos de su estadía académica en la ciudad de Valencia?

El principal motivo fue realizar una colaboración con el equipo de investigación de Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, de la Universidad Politécnica de Valencia. Este equipo encabezado por el Dr. Víctor Yepes, tiene una gran experiencia en todo lo que es estructuras de caminos, canales y puentes. Y por mi lado yo tengo una experiencia académica e industrial en el área de inteligencia artificial. Entonces el objetivo es integrar ambos mundos, para resolver un problema complejo.

¿Podría detallarnos las actividades académicas o de investigación realizadas allá?

Las actividades académicas en la primera semana fueron de reuniones donde definimos un problema a trabajar. Posteriormente yo realicé una propuesta de cómo utilizar métodos de optimización para abordar un problema de sustentabilidad. Las semanas siguientes fueron de trabajo técnico donde se resolvió el problema obtuve los resultados y los discutimos par ver la calidad y la pertinencia de publicarlos.

¿De qué manera continuará el trabajo realizado allá?

El trabajo continúa en dos líneas. La primera es generar publicaciones en conjunto, la escuela de ingeniería en construcción PUCV y el grupo de Víctor. La segunda es potenciar el capital Humano avanzado, tanto con académicos o alumnos de allá que vengan a realizar estadías acá, y alumnos de la PUCV que vayan a potencias sus capacidades al grupo de Víctor.

¿Algo más que desee agregar?

La estadía fue bastante constructiva ya que me permitió entrar en una nueva línea de investigación en sustentabilidad y también decir que nos aprobaron el articulo de investigación “Black hole algorithm for sustainable design of counterfort retaining walls.” en Sustainability, que es una revista ISI-SCIE.

Referencias:

GARCÍA, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2020). The buttressed walls problem: An application of a hybrid clustering particle swarm optimization algorithm. Mathematics, 8(6):862. https://doi.org/10.3390/math8060862

GARCÍA, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). A hybrid k-means cuckoo search algorithm applied to the counterfort retaining walls problem. Mathematics, 8(4), 555. DOI:10.3390/math8040555

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA, J. (2020). Black hole algorithm for sustainable design of counterfort retaining walls. Sustainability, 12(7), 2767. DOI:10.3390/su12072767

Factores correctores del aforo de las playas en tiempos de coronavirus

Figura 1. Ocupación de una playa en temporada alta (Tossa de Mar). Imagen: V. Yepes (2018)

Uno de los datos más relevantes para que el uso seguro de las playas en tiempos de coronavirus es la estimación del aforo máximo de una playa en función una serie de factores que deben adaptarse a las circunstancias de cada playa y al contexto de la pandemia. Este cálculo no es sencillo, pues los factores que habitualmente se utilizan en los cálculos de aforos en playas se basan en aspectos que relacionados con el confort y con la satisfacción del usuario (Figura 1). En las referencias se encuentra bibliografía para el cálculo del aforo en circunstancias de uso normal.

La determinación de un modelo preciso debe ser objeto de un proyecto de investigación que movilice los recursos necesarios. De hecho, estamos trabajando en la Universitat Politècnica de València a marchas forzadas para tener a punto un modelo que pueda aplicarse este mismo verano. No obstante, en este documento se describe un procedimiento simplificado para corregir el aforo de una playa en función de factores que dependen del riesgo sanitario, del comportamiento de los usuarios y de la capacidad de control que tenga la autoridad responsable de la playa. Los coeficientes que se plantean se podrían ajustar y particularizar para casos concretos, pero sirve de base para el estudio del aforo permitido en una playa.

El dato de partida más importante es la consideración del aforo bruto de la playa. Para conocer dicho aforo son necesarios, entre otros, determinar las siguientes variables que influyen en el problema: distancia de seguridad sanitaria, ocupación estática segura, ocupación dinámica segura, porcentaje de usuarios susceptible de contagio, tipo y porcentaje de ocupación de la playa (toallas, sombrillas, toldos), tamaño de las “unidades de convivencia”, zonificación de la playa por usos (zona activa, zona de reposo, zona de resguardo, zona de servicios), temperatura de la arena, velocidad y dirección de la brisa, carrera de marea, curva horaria de uso de la playa, curva diaria de uso de la playa, separación entre accesos a la playa, separación de pasillos intermedios en zona de reposo, rango de tiempo mínimo y máximo de disfrute de la playa, velocidad de movimiento de los bañistas en la playa, gestión de colas, entre otras variables.

Figura 2. Sección donde se muestran las diferentes zonas de uso en una playa

Una vez conocido el aforo bruto de una playa atendiendo al modelo anteriormente mencionado, se hace necesario conocer el aforo neto de la playa. Para simplificar al máximo este cálculo, se propone un método que solo precisa de tres coeficientes correctores.

El aforo neto se calcula multiplicando el aforo bruto por el coeficiente de riesgo sanitario, por el coeficiente de comportamiento social y por el coeficiente de capacidad de control.

El coeficiente de riesgo sanitario, C_rs, corrige el aforo atendiendo al contexto sanitario (porcentaje de la población contagiada, fase de desescalada, y cualquier otro aspecto relacionado con la frecuencia y la gravedad de la propagación del virus). Como estimación se pueden emplear los coeficientes de la Tabla 1, no pudiéndose utilizar un coeficiente unidad salvo justificación debidamente documentada.

El coeficiente de comportamiento social, C_cs, es un coeficiente reductor que tienen en cuenta el cumplimiento de las normas impuestas por las autoridades sanitarias, de orden público o cualquier otra que afecte a la seguridad de las personas. Se puede tomar, como estimación, los coeficientes de la siguiente Tabla 2:

El coeficiente de capacidad de control, C_cc, depende de la capacidad operativa del responsable de las playas para controlar los accesos, tener un control en tiempo real del aforo y presentar capacidad para desalojar de forma eficaz la playa en caso de un incumplimiento grave. Se pueden estimar los siguientes coeficientes recogidos en la Tabla 3, no pudiéndose utilizar un coeficiente igual o mayor a 0,80 salvo justificación debidamente documentada:

Os dejo a continuación la entrevista que me hicieron al respecto en Radio Nacional de España:

Referencias:

YEPES, V. (2002). La explotación de las playas. La madurez del sector turístico. OP Ingeniería y territorio, 61:72-77. Depósito Legal: B-5348/1986. ISSN: 0213-4195. Edita: Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Barcelona. (link)

YEPES, V.; MEDINA, J.R. (2005). Land Use Tourism Models in Spanish Coastal Areas. A Case Study of the Valencia Region. Journal of Coastal Research, SI 49: 83-88.

YEPES, V. (2005). Sistemas de gestión de calidad y medio ambiente como soporte de la gestión municipal de las playas. Equipamiento y servicios municipales, 117: 52-62. Depósito Legal: M-3244-1985. ISSN: 1131-6381. Edita: Publiteca, S.A. Madrid. (pdf)

YEPES, V. (2007). Gestión del uso y explotación de las playas. Cuadernos de Turismo, 19:241-254. ISSN: 1139-7861. (pdf) (link)

YEPES, V. (2012). Sistemas voluntarios de gestión de playas de uso intensivo. En: Rodríguez-Perea, A., Pons, G.X., Roig-Munar, F.X., Martín-Prieto, J.Á., Mir-Gual, M. y Cabrera, J.A. (eds.). La gestión integrada de playas y dunas: experiencias en Latinoamérica y Europa: Mon. Soc. Hist. Nat. Balears, 19: 61-76. ISBN: 978-84-616-2240-5. Palma de Mallorca.

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

El acueducto de La Cartuja de Porta Coeli

Hace unos días recibí un correo de Juan M. Ferrando, profesor ya jubilado, que es licenciado en Arqueología y que me pasó una fotografía del año 1930 aproximadamente. Me pedía muy amablemente que pudiera identificar el acueducto sobre el que un grupo de jóvenes, entre ellos su padre, aparecían posando. Al cabo de un rato, si apenas darme tiempo a buscar dicho acueducto, me contestó diciendo que había identificado la fotografía como la Cartuja de Porta-Coeli, situada en el término municipal de Serra, en la comarca del Campo de Turia, en la provincia de Valencia. Muy amablemente me dio su permiso para utilizar dicha fotografía en algún artículo que pudiese escribir sobre el acueducto en mi blog. Quedo muy agradecido y, de hecho, le dedico a este Bien de Interés Cultural del siglo XV unas líneas.

Figura 2. Acueducto de Portacoeli. https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Acueducto_de_Portacoeli_-_panoramio.jpg

Se trata de una estructura construida en 1412, de más de 200 m, de doce arcos apuntados de sillería, que se recrecen de tapial hasta su parte superior. Por el acueducto discurre una acequia de unos 1,50 m que conduce agua desde “La Fuente de la Mina” a una antigua balsa de la Cartuja, salvando un desnivel de 17 m. Se conserva como se construyó originalmente.

La Cartuja es un monasterio de la orden de San Bruno, de grandes dimensiones. El monasterio se levantó sobre los restos de un pequeño asentamiento musulmán. Se diseñó en estilo gótico a finales del siglo XIII, aunque actualmente la mayoría del complejo es de estilo neoclásico. Se trata del primer monasterio de los cartujos construido en territorio valenciano, fundado en 1272 por el obispo de Valencia Andrés de Albalat para albergar a unos cartujos procedentes del Priorato de Scala Dei (Tarragona).

En torno al acueducto existen historias y leyendas, como la del espíritu de una doncella que cruzaba el acueducto por la noche para ver a su amado, un monje de la cartuja. En esta leyenda se inspiraron poemas y novelas. Incluso se rodó una película muda “El monje de Portacoeli”, dirigida por Ramón Orrico y producida por “Levante Films” en 1925.

Por Resolución de 5 de octubre de 2005, la Dirección General de Patrimonio Cultural Valenciano, acuerda continuar con los trámites para la declaración como bien de interés cultural, a favor de la Cartuja de Portaceli. Por Decreto 164/2006, de 27 de octubre, el Consell lo declara Bien de Interés Cultural, con la categoría de Monumento.

Figura 3. http://www.rutasjaumei.com/es/que-ver-en-serra/242/serra-cartuja-de-porta-coeli.php

Os dejo a continuación un vídeo sobre el monasterio cartujo. Espero que os guste.

Contención del agua mediante escudos de aire comprimido

Figura 1. Distribución de presiones en el frente del escudo

La necesidad de equilibrar suelos inestables que además se encuentran bajo el nivel freático, ha desarrollado un conjunto de escudos con diversas tecnologías que estabilizan el frente empleando aire comprimido, lodos o las propias tierras extraídas en la excavación.

El aire comprimido es el sistema más antiguo empleado como medio de estabilización en la excavación de túneles. En 1874, James H. Greathead plantea el primer escudo que utiliza aire comprimido, aunque no se llegó a emplear. En 1879, De Witts Haskins maneja por primera vez la presurización a 0,24 MPa en la construcción del túnel en Nueva York, bajo el río Hudson, y del túnel Antwerp Docks recurriendo a dovelas de fundición.

En sus primeras aplicaciones se utilizaron escudos abiertos con una presurización integral del túnel, para construir túneles bajo niveles freáticos poco importantes (0,1 a 0,2 MPa), entre el frente y la esclusa inicial de entrada. En el frente bastaban simples escudos de entibación u otros con rueda abierta, pues el único condicionante era disponer un frente con un coeficiente de permeabilidad al aire bajo, compuesto en su mayoría por arenas finas, arcillas y limos. Estos escudos tenían acceso al frente de excavación por medio de dos sistemas de esclusas de cierre hermético: una para la entrada y salida del personal, y otra para la evacuación del escombro.

Sin embargo, es a partir de los años 1950-60 cuando se reconocen los problemas que plantea el trabajo prolongado en condiciones hiperbáricas. En efecto, cualquier pérdida de aire podría implicar un desastre de enormes proporciones.

En terrenos con frentes con suelos granulares no cohesivos, el riesgo es alto de accidentes debido a la inestabilidad del frente por su rotura. Además, los rendimientos son muy bajos, pues la entrada al túnel del personal y la maquinaria se hace a través de esclusas para mantener la presión. Incluso trabajando por debajo de los 0,3 MPa, se exigen tiempos de descompresión cercanos a las 4 horas, por lo que solo son útiles de 2 a 3 horas por turno, lo cual dispara los costes.

Los inconvenientes de esta forma de trabajo, especialmente por razones de seguridad y salud para los operarios, han eliminado por completo la presurización integral del túnel. Sin embargo en escudos cerrados, el aire comprimido cuando el terreno reúne las condiciones necesarias, puede ser un medio de estabilización eficaz, aplicable en combinación con otros medios de sustentación. Por tanto, se presuriza exclusivamente el terreno del frente, es decir, el espacio comprendido entre la rueda de corte y un mamparo, que es lo que se denomina “cámara de tierras”. De esta forma, se aísla la presión del resto de la máquina, pudiendo los operarios trabajar a presión atmosférica. Hoy día solo se entra en la cámara presurizada para la revisión de la rueda de corte y la reposición de herramientas, siempre con la máquina parada. De todas formas, los escudos de aire comprimido apenas se utilizan hoy en día, pues el aire comprimido complica mucho la organización de la obra. Solo se emplean en labores complementarias o túneles muy cortos y siempre con presiones inferiores a unos 0,3 MPa.

El reparto desigual de presiones sobre el frente de excavación, puede ser un inconveniente tanto más importante cuanto mayor sea la altura del escudo según se aprecia en el esquema siguiente: en escudos de grandes dimensiones la diferencia de cota entre la solera y la clave del túnel, puede llegar a establecer importantes diferencias de presión. Para una diferencia h₂ – h₁ » 10 m la sobrepresión en clave sería del orden de una atmósfera.

Por otra parte, para que el aire comprimido sea un medio efectivo de sostenimiento arenas o gravas, es necesario que el suelo contenga una proporción mínima (>10 %) de finos, es decir, son necesarios terrenos muy homogéneos. En el caso de materiales no cohesivos con riesgo de roturas del frente, se prefieren otro tipo de escudos, tal y como se describirá en lecciones posteriores.

Los principales componentes de un escudo de aire comprimido son los siguientes:

Cabeza de corte, formada por cuchillas y dientes
El escudo cilíndrico de protección. Su parte frontal está cerrada por un mamparo que separa la cámara presurizada donde está la cabeza de corte, del resto
Gatos hidráulicos de empuje horizontal

En estos escudos la extracción del escombro se realiza hasta la zona despresurizada a través de un tornillo sinfín, que puede descargar en una válvula esférica rotativa. Cuando existen dificultades, se pueden adicionar espumas o polímeros para conformar un gel viscoso manejable.

Existe un tipo especial de tuneladora denominada escudo abierto de aire comprimido, donde la excavación se realiza con un minador puntual o rozadora, mientras que el frente se sostenien con aire comprimido.

La realidad, la presurización neumática actual de la cámara frontal del escudo queda reducida a situaciones de emergencia en escudos de presión de lodos o de tierras para, mediante una esclusa situada en la cabeza de la máquina, permitir el acceso para la sustitución de picas, reparar o solucionar alguna situación inesperada.

Referencias:

GALLO, J.; PÉREZ, H.; GARCÍA, D. (2016). Excavación, sostenimiento y técnicas de corrección de túneles, obras subterráneas y labores mineras. Universidad del País Vasco, Bilbao, 277 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
MENDAÑA, F.; FERNÁNDEZ, R. (2011). Hidroescudos y tuneladoras E.P.B. Campos de utilización. Revista de Obras Públicas, 3525:67-86
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.

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

Laminación de la curva horaria de ocupación de las playas en tiempos de coronavirus

Se están proponiendo muchas soluciones, algunas más peregrinas que otras, respecto a cómo utilizar la playa de forma segura en tiempos de pandemia. En un artículo anterior comenté un modelo, muy sencillo, de circulación peatonal en paseos marítimos y playas. Ahora voy a explicar otra medida, también muy sencilla, y fácil de controlar, para garantizar márgenes de seguridad en el uso de la playa. En otros artículos que iré escribiendo, explicaré otros aspectos sobre cómo y dónde medir la ocupación de las playas y qué hacer para evitar problemas de contagios. Las soluciones, insisto, deben ser muy sencillas, de bajo coste y fáciles de controlar.

Para ello, lo más importante es que, en muchas playas, es posible que el grado de saturación no sea tan alto como podemos ver en la Figura 1. De hecho, el aspecto clave va a ser calcular una capacidad máxima de ocupación que sea compatible con la seguridad en el uso de las playas. Este es un concepto novedoso que aparece en este artículo por primera vez. El cálculo de esa capacidad será objeto de otro artículo en breve, y que está en proceso de redacción, pero supongamos que tenemos clara dicha cifra de Densidad Máxima Segura (DMS). Conviene aclarar que esta DMS será una densidad menor a la habitual en el uso de las playas por motivos de satisfacción o comodidad, pues aquí el factor limitante será la seguridad frente al contagio.

Antes de continuar con la exposición, hay que considerar que un número significativo de playas pequeñas, de uso muy familiar, de difícil acceso, o de especial protección, no llegan a esta DMS. Por otra parte, es posible que se vea reducido el turismo internacional y ello implique que determinadas playas saturadas en verano queden con una ocupación menor a la DMS. Por tanto, la metodología que se explica a continuación estaría muy orientada a playas urbanas, muy masificadas en verano, donde el usuario procede fundamentalmente de turismo nacional o es residente. Por eso, mi insistencia en que se debe abordar el problema de forma particular para cada municipio y playa.

Lo primero que tenemos que conocer de una playa es su comportamiento espacio-temporal. Si nos circunscribimos exclusivamente al comportamiento temporal, cada playa presenta una curva característica de ocupación horaria. Este comportamiento deberíamos conocerlo de alguna forma. Pero en caso de no tenerlo claro, os aporto una modelo simplificado en la Figura 2. Como se puede observar, la ocupación máxima, del 100%, ocurre aproximadamente a las 12:30 h en las playas. Posteriormente, y coincidiendo con el almuerzo, existe una meseta de ocupación. En algunas playas muy masificadas, la meseta prácticamente se mantiene una parte importante del día en su punto máximo.

Figura 2. Curva horaria de ocupación de una playa. Elaboración propia.

La propuesta, a partir de aquí, es muy sencilla: Se trata de calcular el DMS y, por tanto, a qué porcentaje de ocupación nos estamos refiriendo. Puede ocurrir que una playa tenga un DMS superior al 100% de su ocupación esperada. En dicho caso, no hay que tomar medidas de restricción horaria. En la Figura 3 se representa en una línea roja el DMS para una playa determinada, en este caso, se ha calculado para el 80% del máximo de ocupación. Como puede verse, la solución es eliminar de alguna forma la saturación entre las 11:30 horas y las 13:30 horas. Pero, ¿cómo tomamos esa decisión?

Figura 3. Determinación de la franja horaria insegura en una playa, una vez determinado el DMS. Elaboración propia.

Necesitamos conocer, a continuación, la pirámide poblacional de los turistas que frecuentan nuestra playa. En cada municipio se debería conocer dicha pirámide. Pero, a falta de datos, vamos a utilizar la pirámide de población española (Figura 4).

Figura 4. Pirámide poblacional española. Fuente: https://datosmacro.expansion.com/demografia/estructura-poblacion/espana

Si nos fijamos en este caso particular, la población mayor de 65 años, que es la más vulnerable, supone aproximadamente el 20% de la población. Los menores de 14 años suponen, del mismo modo, un porcentaje de un 15%. Por tanto, una solución sería la siguiente: desde las 11:30 a las 13:30 horas, no pueden hacer uso de la playa la población mayor de 65 años. De esta forma podríamos afrontar la exigencia del DMS de la Figura 3. Sin embargo, si fuera necesario, se podría añadir a la población menor de 14 años a dicha restricción. Resulta fácil por parte de las autoridades comprobar si en esa franja horaria existen usuarios mayores de 65 años o menores de 14. Es evidente que habría que particularizar el caso para cada una de las playas.

Por tanto, la metodología propuesta es la siguiente:

Paso 1. Determinar el DMS para una playa determinada.
Paso 2. Determinar la curva horaria de ocupación particular de la playa. En caso de no disponer ninguna, se utiliza la aproximación de la Figura 2.
Paso 3. Determinar la franja horaria de restricción horaria, tal y como se ha utilizado en la Figura 3.
Paso 4. Calcular la franja de edades, empezando por los usuarios vulnerables, donde se debe restringir el uso en la franja horaria. Se utilizará la pirámide de población de los usuarios de la playa. En caso de no disponer datos, se usará la pirámide de población española.
Paso 5. En caso de que sea insuficiente la restricción a las personas vulnerables, se restringirá también el uso a los menores.

Referencias:

YEPES, V.; MEDINA, J.R. (2005). Land Use Tourism Models in Spanish Coastal Areas. A Case Study of the Valencia Region. Journal of Coastal Research, SI 49: 83-88.

YEPES, V. (2007). Gestión del uso y explotación de las playas. Cuadernos de Turismo, 19:241-254. ISSN: 1139-7861. (pdf) (link)

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Circulación peatonal en paseos marítimos y playas en tiempos de coronavirus

Figura 1. Zonificación de una playa típica del Mediterráneo

El uso de las playas en plena pandemia va a ser distinto al que estamos acostumbrados. Entre las dos opciones extremas, la de permitir el uso sin restricciones de la playa a la prohibición completa, existen opciones intermedias que deben compatibilizar el uso seguro y la actividad económica asociada. Lo que es cierto, es que debemos asumir un uso diferente este verano. En este artículo trato de reflexionar sobre una medida sencilla, de bajo coste, pero que puede evitar muchos problemas en los espacios públicos.

Si atendemos a la llamada “distancia social” para evitar contagios, parece ser que las personas deberíamos separarnos unos 2 m entre sí en el caso de permanecer estáticos. Esta distancia aumenta si las personas se encuentran en movimiento (paseando, corriendo, en bicicleta, etc.).

Figura 2. Red hexagonal o red triangular equilátera. https://es.wikipedia.org/wiki/Red_(grupo)

La distribución de una serie de puntos separados esta distancia permite mallar el espacio con puntos situados en triángulos equiláteros de 2 m de lado. En la Figura 2 podemos ver este tipo de mallado, que forma una red hexagonal o red triangular equilátera. Podrían hacerse redes cuadradas, rectangulares, etc. Lo que es cierto es que esta ocupación estática del espacio implica que, cualquier movimiento supone conlleva incumplimientos en la distancia social.

Por tanto, es fácil entender que, si existe movimiento de las personas, existirán incumplimientos en la distancia social dependiendo de la densidad de ocupación y del tipo de movimiento. En el caso más extremo, si tenemos dos personas separadas una distancia muy grande, la probabilidad de que se encuentren a una distancia menor a la segura, va a ser pequeña. Por contra, si tenemos una malla de personas separadas de forma estricta una distancia social, el movimiento de una sola persona implica el incumplimiento de la distancia segura. Pero si todas ellas se moviesen en la misma dirección, a la misma velocidad, ello significa mantener dicha distancia social.

Por tanto, se puede ver que existe una relación entre la densidad de ocupación de un espacio y el tipo de movimiento que se realice en él. Otra variable adicional sería el porcentaje de personas capaces de transmitir el virus. Si todas las personas están sanas, la probabilidad de contacto es nula, independientemente de la densidad y del movimiento.

Todo esto os lo cuento porque existe una forma muy sencilla de disminuir el riesgo de contagios en las playas y paseos marítimos, aunque estas ideas se pueden extrapolar a otros espacios. Se trata de establecer, al igual que en una carretera, un doble carril de circulación, donde la gente siempre debe circular por su derecha. No es necesario señalar dichos carriles, simplemente se trata de seguir unas mínimas instrucciones a la hora de pasear por estos lugares.

Empecemos por lo más sencillo. Cuando se accede a una playa, normalmente se hace por una pasarela. La gente se cruza, los que van con los que vienen. Pues lo inmediato es duplicar las pasarelas de acceso a la playa, de forma que, tanto para salir como para entrar, los usuarios circulen por su derecha. En la Figura 3 os paso un esquema de esta disposición. Las dos pasarelas estarían separadas la distancia mínima de seguridad (2-3 m). La de salida de bañistas es la que debería estar junto a las duchas o lavapiés (cuyas condiciones de uso es un tema a tratar aparte).

Figura 3. Disposición de dos pasarelas para evitar los cruces en la entrada y salida de la playa

El segundo ejemplo es el paseo por la denominada “zona activa” (ver Figura 1). Esta zona es la más próxima a la línea de la playa y es donde, normalmente, se pasea. Como se puede comprobar en la Figura 4, se debería respetar un mínimo de 10 m de zona activa (no poner sombrillas ni toallas) y la circulación debería ser la del “sentido de la derecha”. Se puede comprobar que entre ambos “carriles” de circulación, debería haber una separación de, al menos, 2 m. Tampoco hay que señalizar nada, pero sí los usuarios pasean de esta forma, se evitarán los cruces y disminuyen los contagios.

Figura 4. Sentido de circulación de las personas en la zona activa de la playa

El tercer ejemplo es el de los paseos marítimos o en calles suficientemente anchas. En la Figura 5 se comprueba que también se puede usar esta disposición. Vemos la necesidad, de al menos, 10 m de anchura. Aquí se podría señalizar con pegatinas en el suelo la separación entre carriles, con flechas de dirección.

Figura 5. Circulación de las personas en paseos marítimos o calles anchas.

Para terminar, me gustaría indicar que estas precauciones se deberían particularizar en cada una de las playas. Además, deben acompañarse de otra serie de medidas para regular el uso de las playas. Pero debido a su sencillez, la he propuesto en mi blog por si pueden ser de interés.

Os paso un vídeo donde se recoge la propuesta en un reportaje de A Punt (televisión autonómica valenciana):

¿Quieres oír mi entrevista sobre la campaña #paseaportuderecha? Puedes simplemente pinchar en este enlace.

http://www.upv.es/rtv/radio/el-laborario-del-runnning/63455

Agradecimientos:

Agradezco a Antonio J. Sánchez Garrido los dibujos que me han permitido explicar las ideas del artículo.

Referencias:

YEPES, V.; MEDINA, J.R. (2005). Land Use Tourism Models in Spanish Coastal Areas. A Case Study of the Valencia Region. Journal of Coastal Research, SI 49: 83-88.

YEPES, V. (2007). Gestión del uso y explotación de las playas. Cuadernos de Turismo, 19:241-254. ISSN: 1139-7861. (pdf) (link)

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