Análisis comparativo del ciclo de vida de los puentes de hormigón y mixtos en función del reciclaje del acero

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Materials, revista indexada en el primer cuartil del JCR. En este caso se ha realizado un análisis comparativo del ciclo de vida de los puentes de hormigón y mixtos en función del porcentaje de acero reciclado utilizado. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

En este trabajo se propone la evaluación del ciclo de vida (ACV) y la comparación de cuatro alternativas de tableros de puentes para diferentes longitudes de vano con el fin de determinar cuáles son las soluciones más sostenibles. Se utiliza el método ReCiPe para realizar el análisis del ciclo de vida, mediante el cual se obtiene el valor de impacto para cada alternativa y longitud de vano. Se ha utilizado la base de datos Ecoinvent 3.3. El ciclo de vida se ha dividido en cuatro fases: fabricación, construcción, uso y mantenimiento, así como su desmantelación. Se han tenido en cuenta las incertidumbres asociadas, y los resultados se muestran tanto en los enfoques de punto medio como de punto final. Los resultados muestran que, para vanos inferiores a 17 m, la mejor alternativa es la losa maciza de hormigón pretensado. Para luces entre 17 y 25 m, dado que no se utiliza la solución de viga cajón, la losa aligerada de hormigón pretensado es la mejor alternativa. Para luces entre 25 y 40 m, la mejor solución depende del porcentaje de acero estructural reciclado. Si este porcentaje es superior al 90%, la mejor alternativa es el tablero de puente compuesto de vigas cajón. Sin embargo, si el porcentaje es inferior, la alternativa más limpia es el tablero de vigas cajón de hormigón pretensado. Por lo tanto, los resultados muestran la importancia de reciclar y reutilizar el acero estructural en los diseños de los tableros de los puentes.

Abstract:

Achieving sustainability is currently one of the main objectives, so a consensus between different environmental, social, and economic aspects is necessary. The construction sector is one of the main sectors responsible for environmental impacts worldwide. This paper proposes the life cycle assessment (LCA) and comparison of four bridge deck alternatives for different span lengths to determine which ones are the most sustainable solutions. The ReCiPe method is used to conduct the life cycle analysis, by means of which the impact value is obtained for every alternative and span length. The Ecoinvent 3.3 database has been used. The life cycle has been divided into four phases: manufacturing, construction, use and maintenance, and end of life. The associated uncertainties are considered, and the results are shown in both midpoint and endpoint approaches. The results of our research show that for span lengths less than 17 m, the best alternative is the prestressed concrete solid slab. For span lengths between 17 and 25 m, since the box-girder solution is not used, then the prestressed concrete lightened slab is the best alternative. For span lengths between 25 and 40 m, the best solution depends on the percentage of recycled structural steel. If this percentage is greater than 90%, then the best alternative is the composite box-girder bridge deck. However, if the percentage is lower, the cleanest alternative is the prestressed concrete box-girder deck. Therefore, the results show the importance of recycling and reusing structural steel in bridge deck designs.

Keywords:

Life cycle assessment; sustainability; structures; ReCiPe; environment; bridges

Referencia:

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Comparative life cycle analysis of concrete and composite bridges varying steel recycling ratio. Materials, 14(15):4218. DOI:10.3390/ma14154218

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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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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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La vida económica de la maquinaria

Figura 1. ¿Cuál es la vida económica de un equipo? No confundirla con la vida útil. Imagen: V. Yepes

Resulta paradójico deshacerse de una máquina cuando el coste horario de la misma es el más bajo posible. Este concepto, difícil de entender en ocasiones, provoca que muchas empresas se resistan a sustituir su maquinaria, alargando su vida de trabajo por encima de lo que la economía aconseja. En no pocas ocasiones se confunde la vida económica con la vida útil de un equipo. Pero analicemos con cierto detalle esta presunta paradoja para aclarar el concepto.

El cociente entre los gastos acumulados a origen respecto a las horas trabajadas por una máquina es elevado al principio, poco después de su adquisición. Al envejecer la máquina, los costes por reparaciones y sustituciones de piezas son cada vez mayores. Por tanto, existe un punto intermedio donde la relación de los costes acumulados respecto a las horas trabajadas es mínima. Dicho punto define la vida económica de un equipo, y es en ese momento cuando debería ser sustituido. La relación entre los costes horarios de una máquina a lo largo del tiempo se ha representado en la Figura 2.

Figura 2. Variación de los costos horarios y vida económica de un equipo

Los contratistas que no registran los costes horarios pueden usar sus máquinas más allá de su vida económica, con lo que sus costes unitarios de producción serán mayores a los de su competencia. El reconocimiento y el tratamiento sistemático de la renovación de los bienes de equipo proporciona a las empresas amplias ventajas, reduciendo:

  • Los costos de conservación.
  • Los costos de producción, salvando la competencia.
  • Las pérdidas por chatarra o retoques.
  • Las demoras y tiempos perdidos.

La vida económica óptima varía con la máquina y su trabajo, y es independiente de su vida técnica o física. Así, un equipo puede superar la vida económica y seguir funcionando correctamente, o bien puede retirarse antes por obsolescencia. Ahora bien, es absurdo pretender que una máquina trabaje indefinidamente. Al cabo de cierto tiempo, los gastos de mantenimiento y de recuperación incrementan considerablemente el coste. Un cuidado concienzudo y las revisiones generales sistemáticas retrasan la fecha de su inutilización, pero invariablemente llega el día en que conviene desembarazarse de la máquina; sobre todo cuando el riesgo de fallo en alguna pieza esencial, por exceso de fatiga, se hace inadmisible. A los equipos de obras públicas se les exige una fiabilidad elevada y si la empresa no quiere deshacerse de la máquina, se dispondrá ésta en reserva, después de revisarla a fondo.

Los costos horarios de reparación siguen una curva ascendente con las horas acumuladas de trabajo. Si se disponen de datos históricos sobre los costes totales de reparaciones RH, para un número H de horas trabajadas, se pueden ajustar los coeficientes λ, μ y ρ  de la siguiente parábola:

A los costes propios de la máquina, deberían sumarse los de otros equipos obligados a parar cuando el primero de ellos se detiene por una avería. Esta circunstancia evidencia cierto recorte de la vida económica de aquellas máquinas de las cuales dependen otras. También sugiere la duplicidad de estos equipos y su trabajo en paralelo.

Al representar la acumulación de los costes a origen en relación con el tiempo, aparece una línea quebrada tal y como queda representada en la Figura 3. La recta que desde el origen de coordenadas es tangente a la curca de los costes acumulados representa la mínima pendiente y por tanto el mínimo coste horario posible. En la Figura 3 el valor alcanza su mínimo para el ángulo BOX. El punto B señala el límite de la vida económica. Considerando que la mano de obra, los consumos y las reparaciones, se pagan a muy diferentes precios en los distintos países, se comprueba que el óptimo económico varía de unos a otros.

Figura 3. Método gráfico para determinar el coste horario mínimo y la vida económica de un equipo

Cada máquina tiene su vida económica. 10,000 horas pueden ser adecuadas para un tractor sobre orugas, pero en una bomba de hormigón estacionaria dicha vida se reduce a la mitad. Algunos autores estiman una vida económica de 6,000, 10,000 o 16,000 horas de trabajo, según se trate de material, pesado o extraordinariamente pesado.

Referencias:

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 estudio de métodos como técnica de mejora de la productividad

En un artículo anterior ya expliqué cómo aumentar la productividad a través de la medición del trabajo. En esta ocasión vamos a centrarnos en el estudio de métodos.

El estudio de métodos consiste en el registro sistemático y el examen crítico de los factores y recursos implicados en los sistemas existentes y propuestos de ejecución, como medio para desarrollar y aplicar métodos más efectivos y reducir costes. En la Tabla 1 se indican algunos posibles síntomas que harían necesario un estudio de métodos en una obra.

Tabla 1. Síntomas que evidencian la necesidad de un estudio de métodos

Los objetivos perseguidos por el estudio de métodos son los siguientes:

  • Mejorar los procesos y los procedimientos.
  • Mejorar la disposición del lugar de trabajo, así como el diseño del equipo e instalaciones.
  • Economizar el esfuerzo humano y reducir la fatiga innecesaria.
  • Mejorar la utilización de materiales, máquinas y mano de obra.
  • Crear mejores condiciones de trabajo.

En el estudio del trabajo es necesaria una actitud crítica y una actuación sistemática para analizar y mejorar la realización de una actividad específica. Así, los principios generales que deberían regir el estudio de los métodos son los siguientes:

  1. Abordar los problemas con un espíritu abierto.
  2. Eliminar ideas preconcebidas y prejuicios.
  3. Aceptar solamente los hechos y no las opiniones.
  4. Actuar sobre las causas, no sobre los efectos.
  5. Siempre hay un método mejor.

Fases del estudio de métodos

En general, para abordar y llevar a la práctica cualquier tipo de estudio de mejora de métodos, se siguen cinco fases que son las siguientes:

  1. Elección conveniente del problema y su definición.
  2. Observar y tomar registros del método actual.
  3. Analizar el método actual.
  4. Desarrollar el método mejorado.
  5. Aplicar y mantener el nuevo método.

Para elegir convenientemente el trabajo que vamos a analizar normalmente se atiende a aquel que proporciona una mayor rentabilidad en el sentido de maximizar los beneficios de la mejora en relación a los recursos destinados. Así, normalmente se seleccionan los cuellos de botella, los transportes que no aportan nada al producto, los trabajos que requieren gran cantidad de mano de obra o maquinaria o las operaciones que requieran un trabajo repetitivo.

La forma de criticar un trabajo actual es plantearse sistemáticamente preguntas sobre cada uno de los factores que intervienen en el método observado y analizado. La técnica de las preguntas daría respuesta a las siguientes cuestiones:

  • ¿Qué es lo que se hace exactamente?, y ¿por qué se hace?
  • ¿Dónde se hace?, y ¿por qué se hace ahí?
  • ¿Cuánto se hace?, y ¿por qué en esa cantidad?
  • ¿Quién lo hace?, y ¿por qué este ejecutante?
  • ¿Cómo se hace?, y ¿por qué se hace así?
  • ¿Cuándo se hace?, y ¿por qué en ese momento?

Para desarrollar el nuevo método de trabajo normalmente existen cuatro posibilidades básicas:

  1. Eliminar el trabajo innecesario.
  2. Combinar operaciones o fases de operación.
  3. Cambiar el orden de ejecución de las operaciones.
  4. Simplificar las operaciones necesarias.

Antes de adoptar el nuevo método, la dirección debe aprobarlo, para lo cual se debe realizar un informe donde se exponga:

  • Los costes y gastos generales de ambos métodos y las economías previstas.
  • El coste de implantación del nuevo método.
  • Las decisiones ejecutivas necesarias para aplicar el nuevo método.

Por último, una vez implantado el nuevo método es preciso, mediante comprobaciones periódicas –muy frecuentes al principio-, vigilar que se trabaje de acuerdo a lo previsto. Estos controles se espacian con el tiempo hasta llegar al sistema habitual de vigilancia.

Os dejo a continuación varios vídeos explicativos al respecto. Espero que os sean de interés.

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. (2008). Productivity and Performance, in Pellicer, E. et al.: Construction Management. Construction Managers’ Library Leonardo da Vinci: PL/06/B/F/PP/174014. Ed. Warsaw University of Technology, pp. 87-101. ISBN: 83-89780-48-8.

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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Problemas teóricamente sencillos pero que marean a nuestros estudiantes

Cuando llevas casi 28 años impartiendo una asignatura, examen tras examen, llega un momento que te falta cierta imaginación para no repetir los problemas. Con toda la buena intención del mundo, propones un ejercicio que crees sencillo de resolver y luego te das cuenta que es más difícil de lo que habías planeado.

Si analizas las posibles causas te das cuenta que no suele fallar lo que se explica en clase, sino ciertos conceptos muy básicos que deberían haberse adquirido en Bachiller, o incluso en Secundaria. Mi impresión es que algunos estudiantes prefieren aprender un método o forma de solucionar un problema antes de pensar un poco e intentar resolverlo. Voy a poner algún ejemplo de estos problemas, con su solución para que veáis de qué estoy hablando.

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Premio TORRECID al mejor Trabajo Final de Grado de la Universidad Politécnica de Valencia para Alejandro Ferrero Montes

Alejandro Ferrero Montes, durante la presentación de su TFG

Es un placer anunciar que Alejandro Ferrero Montes ha ganado el Premio Torrecid al mejor Trabajo Final de Grado de la Universitat Politècnica de València. Dicho TFG tuve el placer de dirigirlo junto con el profesor Julián Alcalá González.

Su título fue “Estudio de soluciones mediante criterios de sostenibilidad y análisis de ciclo de vida de un paso superior, tipo pérgola, de la LAV Madrid – Levante, en el término municipal de Parla (Madrid)“. Dicho TFG se defendió el 15 de septiembre de 2020.

La empresa TORRECID es consciente de que las personas son la base de cualquier tipo de actividad, y de su formación depende el desarrollo futuro de las empresas y de la sociedad. Por eso uno de sus objetivos es fomentar habilidades emprendedoras y mentalidad internacional entre los estudiantes de la UPV para proporcionar futuros líderes empresariales, que basándose en el campo de la cerámica y el vidrio, puedan abrir nuevos caminos en estos u otros sectores, según cláusula primera del convenio UPV-Cátedra Fundación Torrecid.

La Cátedra Torrecid (recientemente Cátedra Fundación Torrecid), fue creada en 2015, dentro del marco de la colaboración estrecha que desde 1980 viene teniendo la empresa Torrecid con la Universitat Politècnica de València, reflejado en el convenio de colaboración entre la UPV y la empresa TORRECID.

Paso superior, tipo pérgola, de la LAV Madrid – Levante, en el término municipal de Parla (Madrid)

RESUMEN

El transporte es un factor principal en emisiones de GEI a nivel global. Se fomenta el uso del ferrocarril como medio de transporte, debido a su eficiencia energética, minimizando dichos impactos. Pero la implementación del ferrocarril como medio de transporte requiere la construcción de importantes infraestructuras, cuya ejecución causa grandes impactos. Se pretende reducirlos planteando un estudio de soluciones  mediante el uso de técnicas multicriterio, que considere la economía, el medio ambiente y la sociedad, para puentes de ferrocarril de tipología pérgola. Se emplea la metodología de Análisis de Ciclo de Vida, evaluando las fases que conforman el Ciclo de Vida de cada alternativa. Se ha aplicado en una pérgola de la Línea de Alta Velocidad Madrid – Levante, ubicada en Parla (Madrid). Se evalúan tres alternativas distintas: una de ejecución in situ, otra por elementos prefabricados y una de concepción mixta, con la finalidad de seleccionar la solución más sostenible.

Os dejo a continuación un resumen extendido del TFG. Como podéis comprobar, el nivel del trabajo es muy alto. Obtuvo la máxima calificación de Sobresaliente, 10 Matrícula de Honor.

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Gestión de inventarios en obra

Figura 1. Necesidad de gestión de inventarios en una obra. https://www.interempresas.net/Robotica/Articulos/255497-Procesos-de-digitalizacion-en-las-obras-de-construccion.html

Los inventarios son provisiones de artículos en espera de su utilización posterior, cuya utilidad depende de la cantidad, momento y lugar de su necesidad. En el entorno de la maquinaria, los constituyen desde las propias máquinas a las piezas de recambio u otros elementos necesarios para su funcionamiento. En general, los inventarios, existencias o stocks, evitan la escasez cuando la demanda futura del artículo sea incierta, para aprovechar la economía de escala que supone la solicitud de grandes cantidades a costos menores y para mantener el flujo de trabajo en los procesos productivos. No obstante, los artículos ociosos de inventario inmovilizan fondos y precisan de recursos para su almacenaje y mantenimiento, siendo en algún caso perecederos. Ello obliga al compromiso entre las ventajas aportadas por los grandes inventarios y los costes que suponen mantenerlos. La gestión de inventarios será la técnica que ayuda a los gerentes a determinar cuándo deben reabastecerse las existencias actuales y en qué cantidad. La gestión de las máquinas y repuestos, dichas funciones se realizan en los parques de maquinaria.

Componentes del coste de un sistema de inventarios

Una política de inventarios busca el mínimo coste esperado para un período determinado, por tanto, se deben estimar los diversos componentes que lo integran:

  1. El coste del pedido o de organización, se asocia con el reabastecimiento de un inventario, siendo independiente del número de unidades pedidas. Incluye los tiempos de oficina y administrativos, cargos por fax, teléfonos, y otros como los gastos generales de la empresa.
  2. Cada unidad pedida incurre en un coste de compra, que es un coste directo por unidad. Esta cifra puede depender del número de unidades pedidas, debido a los descuentos por cantidad.
  3. El coste de conservación por período de tiempo para cada artículo del inventario incluye los gastos de almacenamiento (almacén, seguro, mermas de existencias, personal, etc.), y los costes de oportunidad del dinero comprometido en las existencias.
  4. El coste de déficit o desabastecimiento es el asociado con la insatisfacción de la demanda. Pueden ser explícitos si existen penalizaciones al proveedor cada vez que exista una ruptura o cuando la venta de un producto se pierde, e implícitos, asociados a la insatisfacción del cliente y pérdidas de futuras ventas y de credibilidad. Cuando los artículos no se surten, además de estos costes fijos, los costes de déficit pueden incluir costes explícitos e implícitos por cada unidad de tiempo que un artículo sigue sin ser suministrado.

Modelos de demanda y gestión de existencias

Se entiende por control de existencias, el abastecimiento de la cantidad y calidad necesarias de elementos dados, en el momento y en el lugar en que se necesita, con la menor inversión posible. La gestión de existencias trata de minimizar los costes, buscando el compromiso entre el ahorro producido por un stock determinado y los gastos producidos al almacenarlo.

La mera posesión de las máquinas supone gastos fijos elevados, así pues, no resulta económico tener los equipos parados. A ello se suman los costes del propio almacén. Todo ello indica que los inventarios deben ser los estrictamente necesarios. La empresa constructora se encuentra presionada por fuerzas de sentido opuesto a la hora de determinar el volumen de existencias conveniente. Se trata de un problema de equilibrio, para cuya resolución se han formulado distintos modelos.

Los modelos de gestión de inventarios permiten dimensionar el almacén minimizando los costes de posesión y renovación de existencias para evitar las rupturas del inventario. En los parques de maquinaria, el volumen de reserva deberá minimizar los costes que por depreciación, mantenimiento y almacenaje de las máquinas, se sumen a los que se incurren si se paralizan o retrasan las obras por falta de suministro. Se recomiendan unos stocks reducidos para disminuir los recursos financieros destinados a los inventarios y sus gastos correspondientes.

La gestión de un almacén con artículos diferentes debe considerar la relación entre la demanda de cualquiera de ellos. La demanda de un artículo es independiente si no afecta a la demanda de los demás, en caso contrario es dependiente. La demanda determinística de un artículo es la que se conoce con certeza, mientras la probabilística está sujeta a la incertidumbre y variabilidad.

Si en un sistema de coordenadas representamos la cantidad de existencias y el tiempo, se obtiene la clásica curva en forma de “dientes de sierra” que representa la evolución temporal de las existencias. En la Figura 2 se representa una evolución de una demanda determinista y constante, fenómeno poco frecuente en la realidad, con un volumen de pedido S durante el periodo de reaprovisionamiento T.

Figura 2. Evolución temporal del stock

Con este modelo determinista y constante, es necesario conocer el punto de pedido Sm, es decir, el número de unidades suficientes para hacer frente a la demanda durante el plazo de entrega l. Cuando el ritmo de salidas del parque y el de entradas son conocidos, no deben producirse rupturas. Sin embargo, como dichas variables son aleatorias, es necesario recurrir al stock de seguridad Se, también llamado stock de protección, de reserva o de acopio. Éste se define como el volumen de existencias que tenemos en almacén por encima de lo que se necesita habitualmente, para afrontar las fluctuaciones en exceso de la demanda, a los retrasos imprevistos en la recepción de los pedidos, o a ambos.

Cuando la demanda es variable existen diversos sistemas de gestión de inventarios o políticas de pedidos:

  • Sistema de la cantidad fija de pedido: El reaprovisionamiento se realiza cuando el inventario llega a un cierto nivel previamente especificado. El tiempo entre pedidos suele ser desigual. Esta política también se denomina revisión continua, pues requiere revisar el inventario frecuentemente para determinar cuándo se alcanza el punto de pedido. En la mayoría de los casos, se deja cierto margen o stock de seguridad.
  • Sistema de restablecimiento del nivel máximo de stock: Cada intervalo fijo de tiempo se reabastece el almacén al nivel máximo previsto de existencias. La cantidad pedida cada vez varía. Esta política también se denomina revisión periódica pues requiere inspeccionar el nivel de inventario cada cierto tiempo. Presenta el inconveniente de inducir mayores niveles de almacenamientos, que puede paliarse en buena parte incrementando la frecuencia de los pedidos y consecuentemente de los aprovisionamientos.
  • Sistema de los dos almacenes o restablecimiento condicional: La diferencia con el anterior consiste en que si al final del período establecido (final de mes, por ejemplo), no se ha bajado de determinado nivel de existencias, no se realiza el pedido. El proceso se repite en los períodos sucesivos, restableciendo o no el stock inicial en función del agotamiento hasta cierto nivel de las existencias iniciales o “primer almacén”.

Cuando la demanda es de un solo producto, podemos aplicar el modelo de Wilson o de la cantidad económica del pedido. Es un modelo matemático usado como base para la gestión de existencias en el que la demanda y el plazo de entrega son determinísticos, no permitiéndose los déficits y abasteciéndose el almacén por lotes. Así se obtiene una cantidad en inventario que hace mínima la suma de los gastos en pedidos (correo, teléfono, recepción de los materiales, inspección y trámites administrativos) y los gastos de mantenimiento de las existencias (almacenamiento, financiero y manejo de materiales). En este caso se demuestra que:

donde:

Q = Cantidad económica a pedir en el periodo considerado.

C = Consumo en el periodo considerado.

S = Coste de pedido por pedido.

I = Coste de mantenimiento por unidad de artículo y unidad de tiempo.

En el siguiente vídeo tenéis un ejercicio resuelto del modelo de Wilson:

Existen otras técnicas interesantes para realizar una gestión de existencias eficaz, y que consideran en mayor o menor medida la complejidad de una planta de producción: la planificación de necesidades de materiales (Materials requirement planning MRP), la planificación de recursos de fabricación y los sistemas de inventarios “justo a tiempo” (Just in time JIT).

  • Planificación de necesidades de materiales: Apropiada cuando las demandas de los artículos individuales dependen de la demanda del producto final en el que se usan como componentes. Proporciona no solo las cantidades de los lotes y los puntos de pedido, sino también un calendario de cuándo se necesita cada artículo y en qué cantidades, durante un proceso de producción, basándose en los costes de organización y de conservación involucrados.
  • Planificación de recursos de fabricación: Es un desarrollo del sistema anterior en el cual no solo se controlan los inventarios, sino que se coordinan todos los recursos y actividades de los distintos departamentos. Se coordina fabricación, ventas, compras, finanzas e ingeniería. En construcciones civiles, integrarían todos los departamentos de una obra concreta, en coordinación con sus proveedores.
  • Sistemas “justo a tiempo”: Ideados con el objeto de reducir a cero los stocks de una empresa, de forma que los suministradores aportan sus productos en el momento que se precisan. Ello supone minimizar los costes relativos a los stocks, para lo cual se precisa que los flujos de producción sean estables, que se simplifiquen los trabajos al máximo, que estén ubicados con corrección en los lugares de producción, y que exista una verdadera coordinación entre todos los integrantes de los procesos productivos.

Referencias:

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, 156 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

 

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Clasificación de las máquinas empleadas en construcción

Figura 1. Maquinaria de movimiento de tierras: dúmper articulado. Imagen: V. Yepes

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

La maquinaria ha cambiado rápidamente con las innovaciones tecnológicas. Se ha derivado hacia la especialización, evolucionando unas hacia el gigantismo para obtener grandes producciones, mientras otras se han convertido en diminutas y versátiles. En otros casos se ha buscado la polivalencia del trabajo en equipos pequeños y medianos. Los medios informáticos han auxiliado y mejorado los sistemas de los equipos. La maquinaria va siendo cada vez más fiable, segura y cómoda para el operador, facilitándole las labores de conservación. En general se observa una preocupación creciente por la seguridad, el medio ambiente y la calidad.

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

Aunque existen múltiples criterios para clasificar las máquinas, en las Figuras 2 y 3 se presenta una ordenación de los distintos equipos empleados tanto en edificación como en obra civil.

Figura 2. Clasificación de la maquinaria de edificación
Figura 3. Clasificación de la maquinaria de obra civil

Otra posible agrupación de la maquinaria es la que utiliza la Hacienda Pública para la clasificación de contratistas:

  • Grupo 1.- Material de bombeo, aire comprimido, sondeos y cimentaciones.
  • Grupo 2.- Material de producción y transformación de energía.
  • Grupo 3.- Maquinaria de movimiento de tierras.
  • Grupo 4.- Maquinaria de transporte.
  • Grupo 5.- Maquinaria de elevación.
  • Grupo 6.- Maquinaria de construcción de firmes.
  • Grupo 7.- Maquinaria de machaqueo y clasificación de áridos.
  • Grupo 8.- Maquinaria de hormigonado y edificación.
  • Grupo 9.- Maquinaria para construcción de ferrocarriles.
  • Grupo 10.- Material flotante.

Referencias:

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, 156 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.

 

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