canalizaciones – El blog de Víctor Yepes

Un estudio de la UPV permite abaratar costes y reducir el impacto medioambiental en la construcción de túneles subterráneos

Figura 1. Marcos prefabricados en Vilaseca. Cortesía de ANDECE.

Un estudio realizado por investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), ofrece una alternativa más económica y sostenible para la construcción con marcos prefabricados de hormigón de infraestructuras de transporte, como túneles subterráneos, edificios y otras estructuras. Sus resultados han sido publicados en la revista Materials.

En su trabajo, enmarcado dentro del proyecto Hydelife, han desarrollado diferentes algoritmos cuya aplicación permite ahorros económicos de hasta un 24% en el coste final de la estructura, disminuyendo los costes asociados con la producción y el transporte de materiales.

Además, según las estimaciones que ha realizado el equipo del ICITECH-UPV, permitiría optimizar el uso de materiales en la estructura y reducir alrededor de un 30% de las emisiones de CO₂ asociadas a la construcción.

“Pensemos una obra lineal donde tengamos, por ejemplo, 1000 metros de un túnel subterráneo que se pueda ejecutar con marcos prefabricados. Además del ahorro económico, en nuestro trabajo, estimamos que la reducción de 1 euro en el coste final de un marco de hormigón armado es equivalente a evitar la emisión de cerca de 2 kg de CO₂”, destaca Víctor Yepes, investigador del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València.

Así, este estudio presenta una alternativa sostenible y eficiente en términos de recursos para los marcos tradicionales de hormigón armado in situ.

“Nuestro objetivo era ampliar el conocimiento sobre la tipología estructural de marcos prefabricados articulados de hormigón y su empleo como sustituto de los marcos tradicionales de hormigón armado colado in situ. Y los resultados que hemos obtenido constatan su enorme potencial para grandes infraestructuras. El estudio es de especial interés para ámbitos como la ingeniería civil y arquitectura y, sobre todo, para las empresas de prefabricados de hormigón”, concluye Víctor Yepes.

Referencia:

RUIZ-VÉLEZ, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Optimal design of sustainable reinforced concrete precast hinged frames. Materials, 16(1):204. DOI:10.3390/ma16010204.

Os paso a continuación la repercusión de esta noticia en algunos medios de prensa.

Marcos prefabricados de hormigón para la construcción, una opción más barata y sostenible

Algoritmos para abaratar costes y reducir el impacto medioambiental al usar marcos prefabricados de hormigón en la construcción

Marcos prefabricados de hormigon, alternativa para la construccion

https://www.levante-emv.com/sostenibilitat/2023/05/25/estudi-upv-revela-com-reduir-87816604.html

Algorithms for cleaner and cheaper construction of underground tunnels

https://www.upv.es/noticias-upv/noticia-14122-mas-sostenible-es.html

https://aplicat.upv.es/exploraupv/ficha-prensa/noticia/14122

https://www.cope.es/actualidad/sociedad/noticias/marcos-prefabricados-hormigon-para-construccion-una-opcion-mas-barata-sostenible-20230521_2719911

https://valenciaplaza.com/marcos-prefabricados-hormigon-construccion-opcion-mas-barata-sostenible

https://noticiasdelaciencia.com/art/46721/algoritmos-para-una-construccion-mas-limpia-y-mas-barata-de-tuneles-subterraneos

Acueducto de la Rambla de los Molinos de Biar (Alicante)

Figura 1. Acueducto de la Rambla de los Molinos. Imagen: V. Yepes (2023)

El Acueducto Ojival, conocido también como Acueducto de la Rambla dels Molins o Acueducto Medieval de Biar, se encuentra en Biar (Alicante). Ubicado al este de la carretera de Banyeres de Mariola, al salir del pueblo en dirección norte.

Este acueducto, de 70 m de longitud, fue construido en el siglo XV en estilo gótico por el maestro de obras Pere Compte, originario de Girona. Posee dos arcos ojivales y uno de medio punto, y su propósito principal era superar el desnivel de la rambla de los Molinos y proveer riego a los campos en la orilla opuesta. Para su construcción se empleó principalmente piedra, aunque también se utilizaron ladrillos de barro cocido en algunas partes. En su base existen machones y contrafuertes para contrarrestar las puntuales crecidas de la rambla. La base del acueducto cuenta con pilares y contrafuertes para resistir las eventuales crecidas de la rambla. La primera mención escrita sobre este acueducto data de 1490.

Figura 2. Detalle de los arcos ojivales. Imagen: V. Yepes (2023)

Pere Compte es reconocido por la catedral de Valencia, se le atribuye la ampliación del primer tramo de la nave. Su obra más importante es la Lonja de Valencia (1483-1498). También intervino en la construcción de las Torres de Quart. En 1498 inició las obras para la construcción del Consulado de Mar.

Figura 3. Vista superior del canal del acueducto. Imagen: V. Yepes (2023)

El Acueducto Ojival, además de ser catalogado como un bien de relevancia local, forma parte del impresionante itinerario turístico del Camino del Cid. Recomiendo encarecidamente explorar esta zona en una excursión. Biar es un encantador y bien conservado pueblo que se desarrolló alrededor de su castillo de origen almohade, construido en el siglo XII sobre los cimientos de un asentamiento romano anterior. Uno de sus aspectos más destacados es la imponente torre del homenaje, que se eleva a una altura de dieciocho metros y posee la singularidad de albergar la única cúpula almohade nervada de la Comunitat Valenciana. Para darles un anticipo visual, os sugiero que vean el siguiente vídeo proporcionado por la Diputación de Alicante.

Referencias:

YEPES, V. (2010). Puentes históricos sobre el viejo cauce del Turia. Un análisis histórico, estético y constructivo a las obras de fábrica. Inédito.

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Cálculo de un sistema de drenes cerrados en un terreno de espesor indefinido

Figura 1. Sistema de drenes cerrados en un terreno de espesor indefinido

Sea un sistema de drenes cerrados, construido en terreno de espesor indefinido, espaciados una distancia D uno de otro, tal y como se puede observar en la Figura 1. El problema habitual consiste en determinar la profundidad seca que queda dado un espaciamiento entre los drenes, suponiendo que existe una alimentación vertical de caudal q constante por unidad de superficie.

Os paso un problema, totalmente resuelto, donde se deduce la expresión que sirve para calcular este tipo de problemas. Este problema forma parte del Curso en línea de “Procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de ingeniería civil y edificación”. Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-contencion-y-control-del-agua-subterranea-en-obras/?fbclid=IwAR0d1Ga2q6tuY_AfplyREj4TIOjMztLSRsy6aykXT-X4X903Mc8ERBw6TyY. Os paso un vídeo explicativo y os doy algo de información tras el vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=Z1mkod8SPns

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REFERENCIAS:

CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater Lowering in Construction: A Practical Guide to Dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1987). Manual de ingeniería de taludes. Serie: Guías y Manuales, nº 3, Ministerio de Educación y Ciencia, Madrid, 456 pp.
POWERS, J.P.; CORWIN, A.B.; SCHMALL, P.C.; KAECK, W.E. (2007). Construction dewatering and groundwater control: New methods and aplications. Third Edition, John Wiley & Sons.
PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W. (2016). Groundwater Control – Design and Practice, 2nd Edition. Construction Industry Research and Information Association, CIRIA Report C750, London.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
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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Nomograma para el cálculo del radio hidráulico de una sección trapecial

En un artículo previo, explicamos cómo calcular el radio hidráulico para diferentes secciones. A continuación presentamos un ejercicio resuelto para el caso de una sección trapecial.

Además, presentamos un nomograma original elaborado en colaboración con los profesores Daniel Boulet, Matías Raja y Pedro Martínez-Pagán. En este nomograma se puede utilizar cualquier unidad para las longitudes. Espero que esta información sea de vuestro interés.

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Nomograma para el cálculo del radio hidráulico de una sección circular

En un artículo previo, explicamos cómo calcular el radio hidráulico para diferentes secciones. Sin embargo, en el caso de una sección circular, el uso de un nomograma es más conveniente, pues evita el cálculo intermedio del ángulo del sector circular que abarca el agua.

Además, el empleo de esta resolución gráfica permite visualizar aspectos que son difíciles de deducir directamente de las fórmulas aplicadas. En este caso, el nomograma permite observar que los radios hidráulicos pueden ser iguales para diferentes calados. También permite ver claramente el rango de variación y el valor máximo. Aunque las fórmulas también pueden proporcionar información sobre el valor extremo, es necesario calcular la derivada, igualarla a cero y resolver la ecuación.

A continuación, se presenta un problema resuelto que incluye las ecuaciones utilizadas, el nomograma y un par de gráficas que relacionan el calado normalizado con el diámetro en relación con el ángulo del sector circular y al radio hidráulico normalizado. Además, presentamos un nomograma original elaborado en colaboración con los profesores Daniel Boulet y Pedro Martínez-Pagán. Espero que esta información sea de vuestro interés.

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Cálculo del transporte hidráulico de pulpas

Figura 1. Bomba horizontal de pulpas (Bouso y Martínez-Pagán, 2023)

Una pulpa es una mezcla líquida que contiene partículas sólidas en suspensión. Las características de la pulpa dependen de la naturaleza, tamaño, forma, densidad y cantidad de las partículas sólidas, así como de la naturaleza, densidad y viscosidad del líquido. El flujo de las pulpas es diferente al de los líquidos homogéneos, donde su naturaleza (laminar, transitorio o turbulento) se determina a partir de las propiedades físicas del líquido y su conductividad. Para calcular un sistema de transporte hidráulico de pulpa, compuesto por una bomba y una tubería, es esencial conocer previamente parámetros como la densidad de sólido y líquido, viscosidad, concentración de sólidos, tipo de tubería y topografía del terreno.

La caracterización de una pulpa es más compleja que la de un líquido debido a la presencia de partículas sólidas y su influencia en la mezcla. Es importante tener en cuenta que una pulpa no es una disolución, sino una suspensión de sólidos en líquidos donde cada componente está claramente definido. Debemos considerar el fenómeno de sedimentación de los sólidos en el líquido, especialmente cuando las turbulencias son bajas o no existen. Este fenómeno puede causar acumulaciones de sólidos y dificultar las operaciones de transporte o almacenamiento. En términos generales, las pulpas se pueden clasificar en dos grupos: pulpas sin sedimentación y pulpas con sedimentación.

Figura 2. Bomba de pulpas. https://www.mogroup.com/es/informacion/e-books/manual-de-bombas–para-pulpa/

Las pulpas sin sedimentación, también conocidas como pulpas homogéneas, están compuestas por partículas finas (menores de 50 mm) y forma una mezcla homogénea y estable. No causan desgaste significativo, pero requieren una atención especial en la selección y funcionamiento de las bombas debido a su aumento de viscosidad. Cuando el contenido de partículas es alto, su reología se asemeja a la de líquidos No-Newtonianos. Ejemplos de este tipo de pulpa incluyen lodos espesados de la extracción de áridos, lechadas de cemento y lodos de perforación.

Las pulpas con sedimentación están formadas por partículas gruesas que tienden a crear una mezcla inestable y se comportan como líquidos Newtonianos. Generalmente, causan un elevado desgaste y requieren una selección cuidadosa de las tuberías, debido a su tendencia a sedimentar y causar obstrucciones. Este tipo de pulpa es común en el transporte de pulpas y se conoce como pulpa heterogénea, ya que los sólidos no se distribuyen uniformemente en conducciones horizontales a lo largo de su eje vertical a altas velocidades. Las fases sólida y líquida mantienen su propia identidad y el aumento de viscosidad es generalmente de poca importancia. Las pulpas heterogéneas suelen ser de menor concentración de sólidos y con partículas de mayor diámetro que las pulpas homogéneas. Ejemplos incluyen pulpas en plantas de tratamiento de áridos y minerales, equipos de dragado, etc.

En el transporte de pulpas minerales por tubería, la naturaleza de las partículas y las velocidades de flujo determinan los regímenes de flujo, que pueden ser tanto turbulentos como laminares. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones, el régimen turbulento, que se produce cuando las partículas son gruesas y tienden a sedimentar, es el más común. Este tipo de fluido se conoce como fluido newtoniano. En cambio, las pulpas con partículas finas y uniformes suelen producir regímenes de flujo laminar.

Os dejo a continuación un artículo, elaborado por Juan Luis Bouso y Pedro Martínez-Pagán, donde se presenta un ejemplo de cálculo para una operación de bombeo de pulpas. Se exploran las diferentes alternativas de cálculo, que pueden variar debido a las preferencias personales de los técnicos o a la adaptabilidad de un procedimiento específico a las características de la operación de bombeo. Al final del trabajo, se incluye un anexo con gráficos y cálculos, que pueden ser muy útiles. Espero que os sea de interés.

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Referencias:

ANDREA, E. (2014). Tecnología metalúrgica. Universidad de Cantabria. https://ocw.unican.es/course/view.php?id=261

BOUSO, J.L.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P. (2023). Bombeo de pulpas minerales. Diferentes procedimientos de cálculo. Rocas y Minerales, 605:56-73.

LÓPEZ JIMENO, C. (ed.) (1998). Manual de áridos. Prospección, explotación y aplicaciones. 3ª edición, E.T.S. de Ingenieros de Minas de Madrid, 607 pp.

LÓPEZ JIMENO, C.; LUACES, C. (eds.) (2020). Manual de Áridos para el Siglo XXI. Asociación Nacional de Empresarios Fabricantes de Áridos— ANEFA, Madrid, 1328 pp.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia, 74 pp.

MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; PERALES, A. (2020). Tecnología metalúrgica, 2ª edición. Universidad Politécnica de Cartagena. https://ocw.bib.upct.es/course/view.php?id=178

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El radio hidráulico y el perímetro mojado de una sección

En un artículo anterior presentamos el cálculo de una cuneta de carretera. Es un caso común de cálculo hidráulico donde se utilizan dos parámetros de interés, como son el radio hidráulico y el perímetro mojado de una sección. Un caso frecuente es la determinación del movimiento permanente uniforme en canales abiertos, donde se emplea con mucha frecuencia la fórmula de Manning-Strickler.

El perímetro mojado de un conducto es la porción del perímetro donde la pared está en contacto con el fluido (excluida la superficie libre del líquido). El radio hidráulico es el cociente entre la sección por donde circula el fluido y el perímetro mojado. Este radio se emplea en el cálculo de pérdidas de carga en la fórmula de Manning.

A continuación os dejo un problema donde se calculan estos parámetros en función de la geometría de la sección. Se han aplicado a secciones rectangulares, trapezoidales y triangulares simétricas, a secciones circulares o en forma de parábola. Espero que os sea de interés.

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Referencias:

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (2018). Norma 5.2-IC de la Instrucción de Carreteras. Drenaje superficial. Ministerio de Fomento.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág.

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.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428.

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Dimensionamiento de una cuneta para el drenaje de una carretera

Figura 1. Cuneta trapecial revestida de hormigón. https://blog.structuralia.com/mantenimiento-de-los-elementos-de-desague-y-de-drenaje-en-carreteras

Uno de los aspectos que más influye en la calidad del servicio y en la durabilidad de una carretera es un adecuado drenaje. Las cunetas son uno de los elementos a los que hay que prestar atención para garantizar el adecuado drenaje. Son zanjas longitudinales situadas al lado de la carretera cuya función es captar, conducir y evacuar los flujos de agua superficial. Normalmente, son de sección triangular, trapezoidal o rectangular, aunque lo más habitual son las cunetas triangulares.

El cálculo hidráulico de las cunetas se realiza normalmente utilizando la fórmula empírica de Manning-Strickler. Sin embargo, una de las condiciones que debe cumplirse es que la velocidad media del agua para el caudal de proyecto, debe ser menor que la que produce daños en el elemento de drenaje superficial, en función de su material constitutivo. La Instrucción de Carreteras (5.2.-IC), en su texto actualizado en junio de 2018, recoge los requerimientos para el drenaje superficial en las carreteras.

Figura 2. Esquema de cuneta triangular. http://ponce.sdsu.edu/drenaje_de_carreteras_c.html

A continuación os dejo un problema resuelto que espero os sea de interés. Este documento es un ejemplo de lo que se imparte en el Curso online sobre “Procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación”, que podéis encontrar aquí: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-contencion-y-control-del-agua-subterranea-en-obras/

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Referencias:

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (2018). Norma 5.2-IC de la Instrucción de Carreteras. Drenaje superficial. Ministerio de Fomento.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág.

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Fórmula de Hazen-Williams para calcular las pérdidas por fricción en tuberías

Ecuación de Hazen-Williams. Pérdida de carga en m, caudal en m³/s, longitud y diámetro interno de la tubería en m.

La ecuación de Hazen-Williams apareció en la primera década del siglo XX (1905), respaldada por los experimentos de sus autores. Se trata de un método muy empleado, pues es una fórmula empírica sencilla, dimensional, siendo su cálculo simple, debido a que su coeficiente de rugosidad C no depende de la velocidad ni del diámetro de la tubería. Sin embargo, solo es válida siendo el agua el fluido circulante a temperaturas entre 5 °C y 25 °C. Su uso está a conductos mayores de dos pulgadas (50,8 mm) y menores de seis pies (1.828,8 mm) de diámetro. Por otro lado, se recomienda utilizarla para valores de velocidades de circulación inferiores a los 10 pies por segundo (3,05 m/s). La aplicación de la fórmula es adecuada solo para la operación de tuberías en regímenes laminar o de transición.

Os dejo a continuación un nomograma que he elaborado conjuntamente con el profesor Pedro Martínez Pagán. En este caso, en la fórmula, la perdida de carga se expresa en m, el caudal en m³/h, el diámetro de la tubería en mm y la longitud de la tubería en m, que son medidas habituales. Es posible en el nomograma usar medidas anglosajonas, pues hemos colocado una escala también para esas unidades. Espero que os sea útil.

También os dejo un problema resuelto que, espero, os sea de interés.

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Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

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Distinguido como Colaborador de Honor de la Asociación Ibérica de Tecnología sin Zanja IbSTT

Tengo el placer de anunciar que la Asamblea General de Socios ha aprobado por unanimidad nombrarme como Colaborador de Honor de la Asociación Ibérica de Tecnología sin Zanja IbSTT. Es un honor colaborar por la difusión de las tecnologías sin zanja y apoyar desinteresadamente a esta asociación. Muchas gracias por el reconocimiento.