Open Access Book: Sustainable Construction II

Tengo el placer de compartir con todos vosotros, totalmente en abierto, un libro que he editado junto con el profesor, José V. Martí. La labor de editar libros científicos es una oportunidad de poder seleccionar aquellos autores y temas que destacan en un ámbito determinado. En este caso, la construcción sostenible.

Además, resulta gratificante ver que el libro se encuentra editado en abierto, por lo que cualquiera de vosotros os lo podéis descargar sin ningún tipo de problema en esta entrada del blog. También os lo podéis descargar, o incluso pedirlo en papel, en la página web de la editorial MPDI: https://www.mdpi.com/books/pdfview/book/3934

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (Eds.) (2021). Sustainable Construction II. MPDI, 112 pp., Basel, Switzerland. ISBN: 978-3-0365-0484-1

Preface to ”Sustainable Construction”

Construction is one of the main sectors that generates greenhouse gases. This industry consumes large amounts of raw materials, such as stone, timber, water, etc. Additionally, infrastructure should provide service over many years without safety problems. Therefore, their correct design, construction, maintenance, and dismantling are essential to reducing economic, environmental, and societal consequences. That is why promoting sustainable construction has recently become extremely important. To help address and resolve these types of questions, this book is comprised of five chapters that explore new ways of reducing the environmental impacts caused by the construction sector, as well to promote social progress and economic growth. The chapters collect papers included in the “Sustainable Construction II” Special Issue of the Sustainability journal. We would like to thank both the MDPI publishing and editorial staff for their excellent work, as well as the 18 authors who collaborated in its preparation. The papers cover a wide spectrum of issues related to the use of sustainable materials in construction, the optimization of designs based on sustainable indicators, the life-cycle assessment, the decision-making processes that integrate economic, social, and environmental aspects, and the promotion of durable materials that reduce future maintenance.

About the Editors

Víctor Yepes is a full professor of Construction Engineering; he holds a Ph.D. in civil engineering. He serves at the Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de València, Valencia, Spain. He has been the Academic Director of the M.S. studies in concrete materials and structures since 2007 and a Member of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH). He is currently involved in several projects related to the optimization and life-cycle assessment of concrete structures, as well as optimization models for infrastructure asset management. He currently teaches courses in construction methods, innovation, and quality management. He has authored more than 250 journals and conference papers, including more than 100 published in journals quoted in JCR. He acted as an expert for project proposal evaluation for the Spanish Ministry of Technology and Science, and he is a main researcher in many projects. He currently serves as an Editor-in-Chief for the International Journal of Construction Engineering and Management and a member of the editorial board of 12 other international journals (Structure and Infrastructure Engineering, Structural Engineering and Mechanics, Mathematics, Sustainability, Revista de la Construcci´on, Advances in Civil Engineering, Advances in Concrete Construction, among others).

José V. Martí is an Associate Professor in the Department of Construction Engineering and Civil Engineering Projects at the Universitat Politècnica de València, Spain. Initially, he worked for private companies in the construction sector, business consulting, and financial entities, and later as a freelance professional. He has taught since 1995 and, in many cases, served as the head of subjects in the Master of Civil Engineering, Geodetic Engineering and Topography, and in the degrees in Civil Engineering and PublicWorks. He has educated students on all matters related to the subject of construction procedures, quality, organization of works, and civil engineering machinery. He has participated in nine didactic books, 23 notebooks, 31 articles in teaching congresses, and a teaching innovation project. For his own research activity, he has a book as an author, a book chapter, and a participant in 29 articles in JCR journals. His lines of research are mainly focused on the optimization of structures through the application of metaheuristic techniques, and on the life-cycles and sustainability of structures.

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Trabajo Final de Grado en Ingeniería Civil de una pasarela ciclopeatonal

En el día de hoy, 29 de junio de 2021, Víctor José Yepes Bellver ha defendido su Proyecto Final de Grado, de forma presencial, como culminación de sus estudios del Grado en Ingeniería Civil, en la Escuela Técnica Superior en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.

El título del TFG fue “Diseño estructural de pasarela ciclopeatonal en el Anillo Verde Metropolitano Sur de Valencia sobre la línea Valencia-Villanueva de Castellón de FGV. PK 1,5 de la carretera CV-407. Término municipal de Valencia“. Este TFG fue dirigido por el profesor Julián Alcalá González. La calificación fue de Sobresaliente, 9. ¡Enhorabuena al nuevo ingeniero y a su director!

 

 

Contención del agua mediante inyección de lechadas inestables

Figura 1. Inyección de lechada. Fuente: https://www.suelosingenieria.com/index.php/actividades/construccion/mejoramientos-de-suelos/inyecciones-lechada

La inyección de morteros o suspensiones inestables es el caso habitual de las lechadas de cemento (Figura 1). Se trata de una suspensión de cemento en agua cuya homogeneidad está condicionada a la agitación de la mezcla. Una vez cesa la agitación, se inicia la sedimentación del cemento. Esa sedimentación provoca el taponamiento de los poros y la inyección se obstaculiza. El cemento es un excelente material de inyección, pues no solo rellena los huecos, sino que, al fraguar, endurece el terreno o los macizos rocosos.

La aplicación habitual de la inyección de lechadas inestables es aumentar la resistencia de un macizo rocoso, aunque también se consigue impermeabilizar, especialmente si se emplean lechadas tratadas químicamente (estables). Lo habitual es que la inyección con lechadas de cemento sea por impregnación (2 a 5 MPa) o por fractura (9 a 10 MPa). También se podría realizar una inyección de compactación, pero requiere que el fluido sea muy denso, de forma que los bulbos de mortero fraguado desplacen y compacten la masa de suelo en sus alrededores.

La impermeabilización facilita tanto la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la excavación de pozos o galerías bajo nivel freático que luego se revestirán, como para completar trabajos definitivos, como es la ejecución de pantallas estancas bajo presas, cuando se adivinan filtraciones de agua importantes (Figura 2). La inyección a alta presión no sería necesaria para garantizar la impermeabilización, sin embargo, es frecuente pues permite utilizar explosivos en la excavación posterior sin perjudicar la calidad del tratamiento.

Figura 2. Tratamiento de inyecciones en presa de hormigón. Adaptado de Houlsby (1990)

La consolidación mediante inyecciones de cemento en un macizo rocoso facilita la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la perforación de galerías en terrenos difíciles y mejora la capacidad resistente de la cimentación de una obra, por ejemplo, bajo la pila de un puente, en los estribos de una presa bóveda, etc.

Figura 3. Formación de una bóveda a la entrada de un intersticio en un suelo granular

El prototipo de suspensión inestable es un mortero de un tipo análogo al de uso corriente, pero suficientemente diluido para que pueda ser inyectable. Es decir, un mortero muy fluido (lechada), inestable por el tamaño de los granos de cemento y por el proceso de fabricación. El grado de dilución en este tipo de suspensiones es variable, con relaciones máximas de 10 litros de agua/1 kg de cemento, y lo mismo que en los morteros estables pueden añadirse proporciones de arena. Las relaciones agua/cemento varían desde 0,5:1 hasta 10:1, aunque es habitual una proporción de 0,8:1 a 5:1 (Bell, 1993).

La penetrabilidad de las lechadas de cemento depende del tamaño de los granos de cemento, de la posibilidad de formación de un cúmulo de granos en bóveda al atravesar un intersticio (Figura 3) y de la velocidad del fluido con la que comienza la sedimentación del cemento. Es por ello una solución muy adecuada para materiales granulares gruesos como zahorras, gravas y arenas gruesas, o bien para la inyección de grietas en macizos rocosos. En cambio, resulta un procedimiento poco eficaz en arenas, excepto si lo que se pretende es la consolidación o compactación conseguida cuando se inyecta en cortos intervalos (Tomlinson, 1982). Se trata de una solución sencilla y de relativamente poco coste, pero que se encuentran limitadas por la permeabilidad del medio. El uso de cemento portland corriente y agua ya no es adecuado en suelos con una permeabilidad menor a 10-3 m/s.

Figura 4. Selección de inyección para consolidación y estabilización de suelos. Fuente: https://col.sika.com/dms/getdocument.get/8de57674-59ac-3af1-ada7-a6bddb323deb/CONSOLIDACION,%20ESTABILIZACION%20E%20IMP%20DE%20SUELOS%20Y%20ROCAS.pdf

Se pueden distinguir, entre las lechadas de cemento, las siguientes:

  • Suspensiones de cemento puro: con una relación cemento/agua que oscila entre 0,1 y 0,5 en peso.
  • Suspensiones de cemento rebajado: donde se reemplaza parte del cemento por un polvo inerte como una arena fina o cenizas volantes. Con el porcentaje de arena, la resistencia decrece rápidamente, pero no es problema si se pretende impermeabilidad. No obstante, las suspensiones de arena desgastan rápidamente las bombas de inyección.

El equipo empleado para la elaboración de las mezclas de cemento consta de un turbo mezclador de altas revoluciones (más de 1250 rpm); un mezclador de bajas revoluciones (de 60 a 80 rpm) que mantiene en agitación la mezcla durante la inyección; bombas de tornillo sinfín o de doble pistón con capacidad de inyección variable de 0 a 60 l/min y presión ajustable de 0 a 3 o 4 MPa; obturadores mecánicos, neumáticos o hidráulicos y manómetros registradores (Figura 5).

Figura 5. Esquema del equipo de inyección (Cambefort, 1968)

El tiempo de inyección está relacionado con la evolución de la viscosidad del material inyectado, con la presión de inyección admisible y con el radio efectivo (Bielza, 1999). En las suspensiones de cemento, el tiempo de inyección se limita a 2-4 horas. Cuando comienza la hidratación total, se inicia el fraguado del cemento. La lechada es bombeable desde la fase de agitación hasta que son inyectadas, también después del inicio de la hidratación. Sin embargo, tras ese comienzo la resistencia final del material se reduce. Por tanto, no se aconseja la inyección de suspensiones bajo condiciones de hidratación. Las resistencias normales a compresión simple oscilan entre 5 y 50 MPa a 28 días. El tiempo de fraguado aumenta con la relación agua/cemento. Así, las lechadas de cemento fraguan en unas 4-5 horas, pero si están muy diluidas, este periodo se puede alargar a las 10-15 horas. Incluso algunas lechadas con relaciones agua/cemento mayores a 10 nunca llegan a fraguar.

Como las lechadas de cemento son inestables, su velocidad de flujo baja rápidamente conforme crece la distancia desde la perforación hasta la zona de inyección, sedimentando las partículas en una proporción decreciente con la relación agua/cemento de la mezcla. Es decir, cuanta mayor dosificación tenga el mortero, más elevada será la velocidad crítica de sedimentación. Es por ello que se aconseja que la lechada inicial tenga poca dosificación, por ejemplo, una relación a/c de 10:1 a 15:1 para evitar los taponamientos prematuros. La dosificación ideal sería la más pequeña que permita alcanzar la contrapresión de rechazo establecida de antemano. En la práctica, la dosificación inicial se determina a partir del resultado del ensayo de agua (ensayo Lugeon).

Para aumentar la penetrabilidad se aconseja el empleo de cemento de alta finura de molido o micro cementos. Se evitan las bóvedas de granos al atravesar intersticios utilizando mezclas muy fluidas, denominadas mezclas medias. Sin embargo, el tratamiento de impregnación en masa no resulta aconsejable con este tipo de suspensiones inestables. Para que una inyección inestable sea factible, o no sea muy complicada, el tamaño mínimo de las partículas del terreno debería situarse entre 5 y 10 mm. Además, en terrenos con un 10% de finos ya no es factible inyectar cemento. En arenas y gravas se hincan tubos de punta perdida, un tubo de inyección cada 4 m2 aproximadamente, inyectándose por zonas de unos 50 cm de altura. Si las inyecciones son con lechadas de cemento de molido normal y tamaños muy diferentes (0 a 160 μ) no se pueden utilizar en fisuras de abertura inferior a 0,1 mm ni en suelos arenosos de tamaño inferior a 0,8 mm, pues se produce un filtrado de las partículas y la lechada no penetra en el terreno (Schulze y Simmer, 1978). Es decir, las arcillas no pueden ser inyectadas. Por el contrario, si son los huecos demasiado grandes, se deposita inmediatamente la lechada, dando a la inyección un radio de acción muy pequeño.

En cambio, la aplicabilidad de las lechadas de cemento se encuentra plenamente justificada en el caso de macizos rocosos fisurados (presencia de diaclasas, planos de debilidad, estratificación). La presión del fluido desciende con la distancia, y también la velocidad, con lo cual comienza la sedimentación. Son habituales taladros de 60 a 90 mm separados de 2 a 5 m, según la roca. La lechada de cemento se inyecta por capas de 3 a 5 m de espesor, según el porcentaje de finos a cerrar.

En rocas o materiales gruesos se puede realizar una excavación bajo nivel freático colocando una cortina de mortero inyectado. Tomlinson (1982) recomienda dos filas de perforaciones para una inyección primaria con sus centros separados de 3 a 6 m en ambas direcciones, con unos segundos taladros, incluso terceros, entre ellos (Figura 6). Una regla empírica habitual para inyectar pasta en las grietas de los estratos rocosos es el uso de 0,07 kg/cm2 por cada 30 cm de profundidad de la perforación. Se proporciona mayor presión en las inyecciones secundarias y terciarias en función de la eficacia de la inyección primaria.

Figura 6. Disposición de las perforaciones para formar una cortina impermeable con inyección de lechada de cemento alrededor de una excavación. Adaptado de Tomlinson (1982)

La presión de inyección de las lechadas inestables constituye uno de los parámetros de diseño más importantes, pues favorece la apertura de las fisuras en el caso de una roca fisurada. Esta presión puede alcanzar de 8 a 9 MPa. La presión facilita la expulsión del exceso de agua y permite corregir errores en la dosificación. Agranda tanto la longitud de penetración como las fisuras existentes, creando nuevas fisuras. Independientemente de la presión utilizada, la calidad del cemento depositado en las fisuras aumenta con la presión de inyección.

Por otra parte, la lechada discurre de forma casi paralela a los planos de estratificación o diaclasas del macizo rocoso. Las fisuras perpendiculares a la inclinación general del macizo son artificiales y ocurren en capas menos resistentes bajo la acción de presiones superiores a 10 MPa.

La mayor parte de los tratamientos de inyección en roca están relacionados con la construcción y mantenimiento de presas y túneles, y también en algunas aplicaciones en minería. Se trata de obras subterráneas donde las inyecciones tratan de reducir y controlar la filtración del agua. Suele ser habitual las lechadas de cemento, aunque en algunos casos se han realizado inyecciones químicas e inyecciones con resina.

Hay que apuntar, por último, que en la actualidad se utilizan las mezclas estables en la mayoría de los tratamientos de inyección y consolidación por sus mejores características reológicas. Sin embargo, si el terreno no presenta muchas dificultades, las inyecciones con lechadas inestables son un método económico y eficaz.

Referencias:

  • BELL, F.G. (1993). Engineering treatment of soils. E & F Spon, Londres.
  • BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Carlos López Jimeno, Madrid, 432 pp.
  • CAMBEFORT, H. (1968). Inyección de suelos. Omega, Barcelona.
  • HOULSBY, A.C. (1990). Construction and Design of Cement Grouting. John Wiley & Sons, Inc, New York.
  • SCHULZE, W.E.; SIMMER, K. (1978). Cimentaciones. Editorial Blume, Madrid, 365 pp.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp. POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. 2004.844. Valencia.
  • 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.

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Condicionantes en la selección de máquinas en la construcción

Figura 1. Retroexcavadora Cat 663 EH. https://www.diariomotor.com/tecmovia/2012/10/18/caterpillar-anade-un-sistema-hibrido-hidraulico-para-reducir-el-consumo-de-sus-excavadoras/

La adquisición de la maquinaria en una empresa constructora constituye un aspecto de vital importancia en su rentabilidad económica actual y futura. La selección de los equipos, por tanto, deberá basarse en un estudio económico profundo. A continuación, se describen los elementos condicionantes y los criterios de la elección.

La situación económica y financiera de la empresa, el tipo de trabajos que realiza, la situación del parque del parque de maquinaria, la política y estrategia empresarial, el escenario económico y las perspectivas de nuevas obras son factores que influyen en la selección de la maquinaria y su posible adquisición. Sin embargo, las condiciones y la tipología de los trabajos, la capacidad de producción necesaria, la flexibilidad al cambio en las condiciones, la fiabilidad y el servicio postventa son las condiciones de contorno del problema de la elección de la máquina más conveniente.

Para la selección se procurará la unificación de los equipos (mayor simplicidad para el manejo, conservación y reparación, menor inventario de repuestos, simplificación en la formación y en la documentación); se considerará la adecuación de máquinas que han de trabajar en equipo; se analizarán los costes de mantenimiento (consumos de combustibles, materiales de conservación y piezas de desgaste); se estimarán las producciones previsibles. Además, deben valorarse los costes de los transportes de ida y vuelta, el coste de los montajes y de los desmontajes, los gastos de matriculación y los seguros. La elección de la máquina idónea para una obra determinada depende de factores tales como la situación geográfica de la obra y la facilidad de sus accesos, de la climatología, de la tipología del terreno, del tipo de energía disponible, del plazo de ejecución, de la forma y extensión de las obras, etc.

Tabla 1. Factores que influyen en la elección del tipo de maquinaria

Ubicación de la obra Zona industrial

Zona urbana

Zona periurbana

Altitud

Forma y extensión de la obra Reducida

Extensa

Lineal

Puntual

Tipología del terreno Arenoso

Arcilloso

Rocoso

Anegado

Accesos Facilidad de transporte

Viales

Carreteras

Caminos

Puentes

Túneles

Personal Disponibilidad Calificación
Topografía Plana

Pendiente

Irregular

Abrupta

Climatología y microclima Temperaturas extremas

Vientos dominantes

Precipitación máxima

Nieve

Consumos Combustibles Lubricantes
Calidad de ejecución Trabajos de precisión Trabajos de volumen
Otros Energías a emplear

Nivel freático

Agua potable

Mantenimiento

Plazo de ejecución

Existen diversas marcas y modelos de máquinas capaces de satisfacer los condicionantes del trabajo requerido. La mejor opción depende del precio de la máquina, del rendimiento previsible y otros factores como la calidad del servicio postventa, el precio de los repuestos y la rapidez en su suministro, etc. El precio de lista de los catálogos de venta está sujeto a variaciones importantes en función de los descuentos, entrega de máquina usada, condiciones de pago e intereses. El rendimiento previsible supone el factor más importante en la elección de la máquina, sin embargo, su estimación es difícil salvo que se tenga experiencia anterior o se realicen demostraciones reales con el nuevo modelo. Por último, la adquisición de una máquina nueva es una opción tan válida como la compra de maquinaria usada, el alquiler u otros sistemas de financiación como el “leasing”.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

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

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Proyecto de puentes sostenibles en ambientes agresivos teniendo en cuenta los impactos sociales

El establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible en 2015 reclama un profundo cambio de paradigma en la forma de concebir las infraestructuras. La evaluación de los impactos derivados de las fases de construcción, servicio y cierre de una infraestructura está, por tanto, en el punto de mira de la comunidad investigadora. Siendo el sector de la construcción uno de los principales estresores del medio ambiente, recientemente se ha prestado gran atención al diseño estructural desde el punto de vista económico y medioambiental. Sin embargo, la sostenibilidad requiere considerar también la dimensión social. La evaluación de los impactos sociales de los productos está todavía en una fase muy temprana de desarrollo, por lo que la inclusión de los aspectos sociales en el proyecto de las estructuras suele pasarse por alto. En este estudio se comparan los resultados de la evaluación del ciclo de vida de siete alternativas de diseño de un puente en un entorno costero. Se siguen dos enfoques: el primero considera los aspectos económicos y medioambientales de cada diseño y el segundo incluye varios impactos sociales desarrollados específicamente para la evaluación de infraestructuras. Estos impactos sociales tienen en cuenta cuatro partes interesadas, a saber, los trabajadores, los consumidores, la comunidad local y la sociedad. Los resultados muestran que la inclusión de los aspectos sociales dará lugar a diferentes opciones preferidas en comparación con los enfoques convencionales bidimensionales. En este caso, el diseño con hormigón adicionado de humo de sílice obtiene un 11% más de rendimiento desde el punto de vista de la sostenibilidad en comparación con la mejor solución resultante de una evaluación convencional.

Referencia:

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2021). Sustainability life cycle design of bridges in aggressive environments considering social impacts. International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements, 9(2):93-107.

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Factores que determinan la producción de un equipo

Figura 1. ¿Qué factores influyen en la producción de un equipo?

En un artículo anterior se describió cómo se puede determinar la producción de los equipos. Aquí vamos a profundizar en los factores que determinan la producción de un equipo. En efecto, para el responsable de una obra resulta imprescindible conocer los factores que influyen en los rendimientos que está obteniendo de sus máquinas. Este conocimiento puede corregir y elevar los valores de la productividad. Dichos factores son los siguientes:

  • Factor de disponibilidad Fd: Relación entre el tiempo disponible y el tiempo laborable real. Si su valor es bajo, se deben investigar las causas: mala conservación, lentitud en las reparaciones, falta de repuestos, mal estado de la máquina o poca fiabilidad.

  • Factor de utilización Fu: Relaciona el tiempo de utilización con el de disposición. Nos indica la calidad de la organización y planificación de la obra. Un valor bajo de este factor puede deberse a una mala programación, a la falta de comunicación entre los mandos, a la falta de previsión de tajos alternativos, etc.

  • Eficiencia horaria, factor de eficacia o factor operacional Fe: Es el cociente entre la producción media por hora de utilización y la producción tipo de una máquina. Considera las horas de trabajo no productivo dedicado a tareas varias como traslados, preparación de tajo o tareas auxiliares. Depende fundamentalmente de la selección del personal y del método de trabajo. Normalmente su valor oscila entre 1,2 y 0,8.

Con estos tres factores se puede calcular la producción media por hora de utilización de una máquina Pl. En efecto:

Conviene destacar que, de los tres factores que corrigen la producción tipo solo el factor de disponibilidad depende directamente de la máquina y equipo de mantenimiento; los otros dependen de la organización de la obra, de la selección del personal y del método de trabajo. En las Tablas 1 y 2 se consideran los factores de producción en función de las condiciones de trabajo, la organización de la obra y los incentivos. Tienen carácter estimativo, por lo que sería aconsejable ajustar los coeficientes en cada caso.

Figura 2. Factor de disponibilidad en una obra (Rojo, 2010)

 

Figura 3. Factor de utilización según la importancia del equipo

Es posible definir un par de índices complementarios a los anteriores. Se denomina índice de paralizaciones p a la relación entre las interrupciones debidas a la organización de la obra, mal acoplamiento de máquinas, paradas por averías de otras máquinas, etc., y el laborable real.

Se llama factor de aprovechamiento Fa al cociente entre el tiempo de utilización de una máquina y el laborable real.

En las Tablas 1 y 2 se aportan algunas estimaciones groseras de los factores de producción, válidas a falta de mayores datos.

Tabla 1. Estimación del producto entre la eficiencia horaria y el factor de utilización

 

Tabla 2. Estimación de la eficiencia horaria según los incentivos y la organización

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

ROJO, J. (2010). Manual de movimiento de tierras a cielo abierto. Fueyo Editores, S.L., Madrid, 926 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

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

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El fenómeno del aprendizaje en el sector de la construcción

Figura 1. Curva de aprendizaje, que indica la cantidad aprendida en relación al tiempo

De todos es conocido el fenómeno por el cual, conforme se aprende a realizar una tarea determinada, disminuye el número de errores y, por tanto, aumenta la productividad. Este fenómeno ha sido cuantificado a partir de evidencias empíricas en una gran variedad de industrias y productos, y es, evidentemente, completamente aplicable al sector de la construcción.

En economía, se ha definido la curva de aprendizaje (Figura 1) como aquella que describe el grado de éxito obtenido durante el aprendizaje en el transcurso del tiempo. En efecto, conforme aumenta el número de ciclos o repeticiones, el tiempo o el coste empleado en realizar un producto o servicio disminuye, por lo que la productividad crece con el tiempo. En la Figura 1, el ritmo de crecimiento del aprendizaje es alto al principio, pero luego se tarda más tiempo en aprender cosas nuevas. Sin embargo, puede haber tareas donde sea difícil aprender al principio, lo cual puede ser una barrera de entrada, y luego se vuelva todo más sencillo.

El aprendizaje se puede producir a distintas escalas dentro de una organización (Serpell, 2002). Puede haber un aprendizaje organizacional, un aprendizaje personal y un aprendizaje grupal. La organización puede aprender mejorando su coordinación, sus métodos de trabajo, sus medios de producción o al aumentar el aprendizaje de las personas. Por otra parte, en las personas se da una etapa de aprendizaje de la operación, donde la productividad crece rápidamente, y una etapa de adquisición de experiencia, don de la mejora es más gradual. Por otra parte, un grupo puede aprender, en parte porque aprenden las personas, pero también por el aprendizaje organizaciones.

En el caso de la construcción, el aprendizaje se ve afectado por una serie de factores característicos de este sector. Por una parte, cada obra suele es singular, con bajo número de repeticiones, salvo en el caso de la prefabricación u obras muy específicas con un gran número de ciclos repetitivos. La improvisación, especialmente en la gestión de la obra (organización, dirección, planificación y control) afecta de forma negativa al aprendizaje. También la falta de coordinación y continuidad de los trabajos y la alta rotación del personal dentro de una obra influyen negativamente en la curva de aprendizaje. Otros factores como la poca formación previa de muchos de los operarios o la falta de motivación, también entorpecen el aprendizaje.

A continuación analizamos un modelo analítico de la curva de aprendizaje, que suele ser de tipo logarítmico, aunque hay otras fórmulas de cálculo:

donde

YN = esfuerzo necesario para producir la enésima unidad

K = esfuerzo necesario para producir la primera unidad

N = contador del número de unidades producidas, comenzando por la primera unidad

S = constante que es una medida de la tasa de aprendizaje

La constante S es negativa, pues el esfuerzo por unidad disminuye con la producción. Se suele medir el esfuerzo por unidad en función del tiempo, del coste u otra medida equivalente. En la Figura 2 se muestra una curva de aprendizaje típica.

Figura 2. La curva de aprendizaje

Este modelo asume que la reducción porcentual del esfuerzo necesario por unidad es constante cada vez que se duplica la producción o número de unidades, es decir, para cualquier valor de S, se tiene que:

Se llama R = 2S al factor de aprendizaje, que es la proporción entre el esfuerzo necesario para 2N y el requerido para N. De esta forma, S=logR/log2. Por ejemplo, para un factor de aprendizaje del 95%, S=-0,0740. Según estudios realizados por Naciones Unidas (Serpell, 2002), el factor de aprendizaje para la construcción se encuentra entre un 80% y un 95%.

Si integramos la curva de aprendizaje, se puede obtener el esfuerzo total para N unidades:

Y el esfuerzo medio acumulado sería el siguiente:

Para saber si habéis entendido bien este modelo, os lanzo el siguiente reto: Estimar el número de horas-hombre necesario para construir 100 casas iguales por parte de la misma cuadrilla de albañiles sabiendo que han tardado 200 horas-hombre para la primera de las casas y que el factor de aprendizaje es del 90%. Solución: 117,12 horas-hombre. Si tuviésemos 2 cuadrillas, cada una de las cuales hace 50 casas, ¿cuántas horas-hombre serán necesarias ahora? Solución: 130,13 horas-hombre.

Os dejo a continuación un vídeo explicativo que espero os sea de utilidad.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

SERPELL, A. (2002). Administración de operaciones de construcción. Alfaomega, Ediciones Universidad Católica de Chile, Colombia.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

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

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Diagramas de proceso de operaciones como herramienta en el estudio de métodos

Figura 1. Símbolos del diagrama de proceso

Según la American Society of Mechanical Engineers (ASME), el diagrama de proceso es una representación gráfica de los acontecimientos que se producen durante una serie de acciones u operaciones y de la información concerniente a los mismos. Durante un proceso tienen lugar cinco tipos de acciones: operación, transporte, inspección, demora y almacenaje. En la Figura 1 se representan los símbolos empleados para estas acciones o su combinación.

El diagrama de las operaciones del proceso (operation process-chart) es una representación gráfica de los puntos en los cuales se introducen los materiales en el proceso y de la secuencia de las inspecciones y de todas las operaciones, excepto las comprendidas en el manejo de materiales. Abarca, además, información de interés para el análisis, tal como el tiempo requerido y la localización. Este diagrama puede utilizarse con provecho cuando se va a iniciar el estudio de un proceso complicado, y también cuando se quiere implantar un nuevo proceso, con el fin de asegurarse de que ninguna fase importante se pasa por alto.

Figura 2. Diagrama de las operaciones del proceso. Fabricación de una señal de tráfico

El diagrama del análisis del proceso del recorrido (flow process-chart) es una representación gráfica de todas las operaciones, transportes, inspecciones, demoras y almacenajes que tienen lugar durante el proceso o procedimiento, incluyendo información de interés para el análisis, tal como la relativa al tiempo requerido y a la distancia recorrida.

Las fases que se siguen para construir este diagrama son las siguientes:

  1. Determinar el producto a seguir y la unidad del mismo a que se refiere el diagrama.
  2. Apuntar todas las fases del proceso, anotando una breve definición de cada una.
  3. Unir con trazos los símbolos de fases consecutivas.
  4. Medir las distancias recorridas en los transportes.
  5. Medir la duración de cada actividad.
Figura 3. Diagrama del análisis del proceso del recorrido (flow process-chart)

Os dejo a continuación un vídeo explicativo de esta herramienta.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

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

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Disponibilidad de una máquina en una obra

Figura 1. Aumentar la disponibilidad de un equipo en obra es un factor clave para la productividad. Imagen: V. Yepes

En un artículo anterior discutimos los distintos componentes del fondo horario de una máquina, o lo que es lo mismo, nos hacíamos la siguiente pregunta: ¿Por qué las máquinas pierden tanto tiempo en las obras? Ahora vamos a analizar el concepto de disponibilidad, muy relacionado con lo expuesto en aquel artículo.

Una máquina se encuentra disponible cuando se encuentra en estado operativo, es decir, en tiempo de disposición. La disponibilidad en obra o factor de disponibilidad Fd se define como el cociente entre el tiempo en que una máquina se encuentra en estado operativo y el tiempo laborable real.

La disponibilidad intrínseca d es el cociente entre el tiempo de utilización y el tiempo laborable real, sin considerar las paradas ajenas a la máquina por tiempo disponible no utilizado (mala organización de obra, etc.). Valores bajos de estos factores se deben a causas tales como la mala conservación, lentitud en reparaciones, falta de repuestos, mal estado de la máquina, etc.

Los componentes de la disponibilidad se representan en la Figura 2.

Figura 2. Componentes de la fiabilidad

Suponiendo que las averías ocurren dentro de la jornada laboral, pero que el mantenimiento se realiza fuera de la misma, se define disponibilidad intrínseca en términos estadísticos como la probabilidad de que una máquina funcione satisfactoriamente en un momento cualquiera o que no presente averías que no puedan ser reparadas en un período de tiempo máximo permitido, es decir, sería el porcentaje del tiempo medio durante el cual el sistema está disponible para el servicio.

donde TMEF es el tiempo medio entre fallos y TMDR es el tiempo medio de reparación.

Desde la perspectiva de la disponibilidad, las máquinas se clasifican en dos grupos:

1.- Principales, cuyo fallo paraliza la producción de un equipo de máquinas: excavadoras, cargadoras, tractores empujadores de mototraíllas, etc. Precisan de una elevada disponibilidad.

2.- Máquinas de producción trabajando solas, y máquinas secundarias en equipo con otras: buldócer excavando o ripando, retroexcavadoras en zanjeo, camiones y dúmperes, mototraíllas, compactadoras, etc.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

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

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Alquiler frente a la compra de maquinaria empleada en la construcción

Figura 1. Maquinaria auxiliar, habitual en alquiler. Imagen: V. Yepes

Una opción interesante frente a la compra de maquinaria consiste en alquilar aquellas máquinas más comunes y disponibles en el mercado. El alquiler permite laminar las puntas de trabajo en las obras y evita la posesión de máquinas paradas en momentos de recesión. Por otro lado, la competencia existente entre las empresas dedicadas al alquiler permite encontrar buenos precios.

También existen otras motivaciones que aconsejan el alquiler frente a la compra: la carencia de suficientes recursos financieros en la empresa, una cartera escasa o heterogénea de obras, la dispersa geográfica de las obras, una baja utilización de las máquinas, la carencia de mano de obra cualificada o cuando la oferta de equipos en alquiler es alta. De forma similar al alquiler, existen pequeños subcontratistas que cuentan con máquinas y subcontratan una parte de la obra (voladura, movimiento y compactación de tierras, extensión de firme, etc.).

El alquiler puede realizarse con conductor (maquinaria de movimiento de tierras, compactación, etc.) o bien sin conductor (generadores eléctricos, compresores, etc.). El periodo de alquiler puede por horas o por varios meses. También se puede facturar por horas de funcionamiento o por horas de permanencia en obra.

En la Figura 2 se representa la influencia del coste de la maquinaria con su utilización. El alquiler resulta interesante siempre que los costes lo aconsejen, lo cual está relacionado con un bajo grado de utilización de la maquinaria. En empresas pequeñas o medias se puede considerar el alquiler de una máquina cuando no sobrepase las 1,000 horas de trabajo anuales.

Figura 2. Conveniencia del alquiler frente a la compra de maquinaria

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

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

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