Optimización simultánea del coste y de la constructibilidad de pilares de hormigón armado

Os paso a continuación la comunicación completa presentada en el XL Ibero-Latin-American Congress on Computational Methods in Engineering (CILAMCE 2019), que tuvo lugar en Natal/RN, Brasil, del 11 al 14 de noviembre de 2019.

ABSTRACT:

Structural design, in general, consists of an iterative process developed with base on the intuition and previous experience of the designer. This strategy makes the design exhaustive and makes difficult to obtain the best solution. In addition, usually only one design criterion is adopted, being usually cost or weight. If other issues are considered, such as the environmental impact or construction facility, a more complex problem need to be solved. In such context, the aim of this work is to present the development and implementation of a formulation for obtaining optimal sections of reinforced concrete columns subjected to uniaxial flexural compression, taking as objectives the minimization of the cost and the maximization of the constructability. The constraints of the problem are based on the verification of strength proposed by the Brazilian code ABNT NBR 6118/2014. To the optimization of the column section, Simulated Annealing optimization method was adopted, in which the amount and diameters of the reinforcement bars and the dimensions of the columns cross sections were considered as discrete variables. The total cost is composed of the cost of steel bars, concrete, and formworks, and the maximization of constructability is obtained by minimizing the total number of steel bars. The optimized sections were compared to those obtained considering only the cost as the objective function. To the example considered, it was observed that a significant reduction of the number of steel bars can be achieved with a small increase on the section cost.

Keywords: Optimization, Reinforced concrete, Columns, Cost, Constructability

Reference:

KRIPKA, M.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2019). Otimização simultânea do custo e da constructibilidade de pilares em concreto armado. XL CILAMCE Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering, 11-14 nov 2019, Natal/RN, Brazil.

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Construcción de estructura mixta: Torre BBVA Bancomer

Torre durante su construcción. https://es.wikipedia.org/wiki/Torre_BBVA_(M%C3%A9xico)#/media/Archivo:TorreBancomer_21-03-2014.JPG

La Torre BBVA Bancomer se ubica en un área de 6.600 m2 en la esquina que forman Paseo de la Reforma y la calle de Lieja, en la Colonia Juárez de la Ciudad de México. Su altura es de 235 metros hasta el helipuerto y 250 m hasta la punta de las antenas, sin embargo, la altura oficial llega a 235 m debido a que las antenas son decorativas. Cuenta con 60 pisos de 4,30 metros de altura cada uno en los pisos de oficinas y 3,7 m en los niveles de estacionamiento. La Torre aloja a 4.500 empleados, aproximadamente. El inmueble cuenta con certificación LEED ORO, amigable con el ambiente, ahorra un 40% de agua y 25% de energía.

El diseño del proyecto es de Legorreta + Legorreta y Rogers Stirk Harbour + Partners, la cimentación la realiza Cimesa y la gerencia de construcción corre a cargo de Turner y Marhnos. La construcción comenzó a principios del año 2008,  y se inauguró en el año 2016. Esta torre es la sede central en México del BBVA Bancomer, donde se ubican las oficinas principales.

Torre terminada, en 2016. https://es.wikipedia.org/wiki/Torre_BBVA_(M%C3%A9xico)#/media/Archivo:Torre_Bancomer_2016_3.jpg

Aquí os paso un par de vídeos de la construcción de esta torre, diseñada en estructura mixta. Espero que os guste.

Computación cuántica y gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación

La ciudad Estado de Singapur desarrolla una copia virtual de sí misma, un proyecto basado en big data, IoT, computación en la nube y realidad virtual. https://www.esmartcity.es/2019/03/22/singapur-gemelo-digital-posibilidades-ofrece-ciudad-inteligente-tener-copia-virtual-exacta

En menos de una década, gran parte de los ingenieros dejarán de hacer proyectos, tal y como lo conocemos ahora, y pasarán a ser gestores de gemelos híbridos digitales de infraestructuras.

Este podría ser un buen titular periodístico que, incluso podría parecer ciencia ficción, pero que tiene todos los visos de convertirse en realidad en menos tiempo del previsto. Se podría pensar que las tecnologías BIM o los modelos digitales actuales ya son una realidad, es decir, se trata de dar un nuevo nombre a lo que ya conocemos y está en desarrollo, pero de lo que estamos hablando es de un nuevo paradigma que va a revolver los cimientos de la tecnología actual en el ámbito de la ingeniería. Voy a desgranar esta conclusión explicando cada uno de los avances y los conceptos que subyacen al respecto.

La semana pasada tuve la ocasión de escuchar la conferencia magistral, en el Congreso CMMoST, de Francisco Chinesta, catedrático en la ENSAM ParisTech e ingeniero industrial egresado por la Universitat Politècnica de València. Trataba de un nuevo paradigma en la ingeniería basada en datos y no era otra que la de los gemelos híbridos digitales, un paso más allá de la modelización numérica y de la minería de datos. Este hecho coincidió con el anuncio en prensa de que Google había publicado en la prestigiosa revista Nature un artículo demostrando la supremacía cuántica, un artículo no exento de polémica, pues parece ser que se diseñó un algoritmo que tiene como objetivo generar números aleatorios mediante un procedimiento matemático muy complejo y que obligaría al superordenador Summit, que es actualmente el más potente del mundo gracias a sus 200 petaflops, a invertir 10.000 años en resolver el problema, que que el procesador cuántico Sycamore de 54 qubits de Google habría resuelto en tres minutos y 20 segundos.

Si nos centramos en la supuesta supremacía cuántica de Google, se debería matizar la noticia al respecto. En efecto, IBM ya se ha defendido diciendo que su ordenador Summit no se encuentra tan alejado, pues se ha resuelto un problema muy específico relacionado con generar números aleatorios y que parece que Sycamore sabe resolver muy bien. De hecho, IBM afirma que ha reajustado su superordenador y que ahora es capaz de resolver ese mismo problema en 2,5 días con un margen de error mucho menor que el ordenador cuántico. Aquí lo importante es saber si esta computación cuántica estará, sin trabas o límites, accesible a cualquier centro de investigación o empresa para resolver problemas de altísima complejidad computacional (problemas NP-hard como pueden ser los de optimización combinatoria). Tal vez los superordenadores convencionales servirán para resolver unos problemas específicos en tareas convencionales, y los cuánticos, imparables en resolver otro tipo de problemas. Todo se andará, pero parece que esto es imparable.

Por tanto, parece que el hardware necesario para la una computación ultrarrápida está o estará a nuestro alcance en un futuro no muy lejano. Ahora se trata de ver cómo ha cambiado el paradigma de la modelización matemática. Para ello podríamos empezar definiendo al “gemelo digital”, o digital twin. Se trata de un modelo virtual de un proceso, producto o servicio que sirve de enlace entre un ente en el mundo real y su representación digital que está utilizando continuamente datos de los sensores. A diferencia del modelado BIM, el gemelo digital no representa exclusivamente objetos espaciales, sino que también podría representar procesos, u otro tipo de entes sin soporte físico. Se trata de una tecnología que, según todos los expertos, marcarán tendencia en los próximos años y que, según el informe “Beyond the hype“, de KPMG, será la base de la cuarta Revolución Industrial.

https://www.geofumadas.com/por-que-usar-gemelos-digitales-en-la-construccion/

Sin embargo, el gemelo digital no es una idea nueva, pues a principios de este siglo ya la introdujo Michael Grieves, en colaboración con John Vickers, director de tecnología de la NASA. Esta tecnología se aplica al Internet de las Cosas, que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Además, se encuentra muy relacionada con la inteligencia artificial y con la minería de datosdata-mining“. Empresas como Siemens ya están preparando convertir sus plantas industriales en fábricas de datos con su gemelo digital, o General Electric, que cuenta ya con 800.000 gemelos digitales para monitorizar virtualmente la cadena de suministro.

Con todo, tal y como explicó el profesor Chinesta (Chinesta et al., 2018), existe actualmente un cambio de paradigma hacia los gemelos digitales híbridos que, extrapolando su uso, va a significar la gran revolución en la forma de proyectar y gestionar las infraestructuras, tal y como avancé al principio del artículo.

En efecto, los modelos utilizados en ciencia y en ingeniería son muy complejos. La simulación numérica, la modelización y la experimentación han sido los tres pilares sobre los que se ha desarrollado la ingeniería en el siglo XX. La modelización numérica, que sería el nombre tradicional que se ha dado al “gemelo digital” presenta problemas prácticos por ser modelos estáticos, pues no se retroalimentan de forma continua de datos procedentes del mundo real a través de la monitorización continua. Estos modelos numéricos (usualmente elementos finitos, diferencias finitas, volumen finito, etc.) son suficientemente precisos si se calibran bien los parámetros que lo definen. La alternativa a estos modelos numéricos son el uso de modelos predictivos basados en datos masivos big-data, constituyendo “cajas negras” con alta capacidad de predicción debido a su aprendizaje automáticomachine-learning“, pero que esconden el fundamento físico que sustentan los datos (por ejemplo, redes neuronales). Sin embargo, la experimentación es extraordinariamente cara y lenta para alimentar estos modelos basados en datos masivos.

El cambio de paradigma, por tanto, se basa en el uso de datos inteligentes “smart-data paradimg“. Este cambio se debe basar, no en la reducción de la complejidad de los modelos, sino en la reducción dimensional de los problemas, de la retroalimentación continua de datos del modelo numérico respecto a la realidad monitorizada y el uso de potentes herramientas de cálculo que permitan la interacción en tiempo real, obteniendo respuestas a cambios paramétricos en el problema. Dicho de otra forma, deberíamos poder interactuar a tiempo real con el gemelo virtual. Por tanto, estamos ante otra realidad, que es el gemelo virtual híbrido.

Por tanto, estamos ahora en disposición de centrarnos en la afirmación que hice al principio. La nueva tecnología en gemelos digitales híbridos, junto con la nueva capacidad de cálculo numérico en ciernes, va a transformar definitivamente la forma de entender, proyectar y gestionar las infraestructuras. Ya no se trata de proyectar, por ejemplo, un puente. Ni tampoco estamos hablando de diseñar un prototipo en 3D del mismo puente, ni siquiera de modelar en BIM dicha estructura. Estamos hablando de crear un gemelo digital que se retroalimentará continuamente del puente real, que estará monitorizado. Se reajustarán los parámetros de cálculo del puente con los resultados obtenidos de la prueba de carga, se podrán predecir las labores de mantenimiento, se podrá conocer con antelación el comportamiento ante un fenómeno extraordinario como una explosión o un terremoto. Por tanto, una nueva profesión, que será la del ingeniero de gemelos virtuales híbridos de infraestructuras será una de las nuevas profesiones que reemplazarán a otras que quedarán obsoletas.

Se tratará de gestionar el gemelo durante el proyecto, la construcción, la explotación e incluso el desmantelamiento de la infraestructura. Se podrán analizar cambios de usos previstos, la utilización óptima de recursos, monitorizar la seguridad, y lo más importante, incorporar nuevas funciones objetivo como son la sostenibilidad económica, medioambiental y social a lo largo del ciclo de vida completo. Este tipo de enfoque es el que nuestro grupo de investigación tiene en el proyecto DIMILIFE. Proyectos como puentes, presas, aeropuertos, redes de carreteras, redes de ferrocarriles, centrales nucleares, etc. tendrán su gemelo digital. Para que sea efectivo, se deberá prever, desde el principio, la monitorización de la infraestructura para ayudar a la toma de decisiones. Además, servirá para avanzar en la aproximación cognitiva en la toma de decisiones (Yepes et al., 2015).

Os paso a continuación un vídeo sobre el uso de los gemelos digitales en la ciudad de Singapur.

A continuación os pongo un vídeo sacado de la página de Elías Cueto, de la Universidad de Zaragoza, en la que vemos cómo se interactúa con un gemelo virtual de un conejo.

 

En este otro vídeo, el profesor Chinesta explica el cambio de paradigma del que hemos hablado anteriormente en el artículo.

¿Qué es la computación cuántica? Aquí tenemos un vídeo de Eduardo Sáenz de Cabezón:

Referencias:

Chinesta, F.; Cueto, E.; Abisset-Chavanne, E.; Duval, J.L. (2018). Virtual, Digital and Hybrid Twins: A New Paradigm in Data-Based Engineering and Engineered Data. Archives of Computational Methods in Engineering, DOI: 10.1007/s11831-018-9301-4

Yepes, V.; García-Segura, T.; Moreno-Jiménez, J.M. (2015). A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4):1024-1036. DOI:10.1016/j.acme.2015.05.001

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Evaluación aproximada de caudales de bombeo en excavación de solares

Figura 1. Vaciado de solar en recinto apantallado bajo nivel freático. https://www.obrasurbanas.es/pantallas-tablestacas-excavaciones/

Resulta muy habitual en edificación excavar sótanos que se encuentran bajo nivel freático. Esta excavación suele realizarse al abrigo de un recinto de muros o pantallas y se hace necesario drenar el agua que queda al fondo de la excavación. Para un estudio en detalle del flujo hidráulico en un medio poroso deberíamos acudir a la ecuación de Laplace y realizar la integración de este tipo de ecuación en derivadas parciales atendiendo a las condiciones de contorno. Sin embargo, vamos a dar aquí una solución aproximada que puede servir en obra para realizar una previsión de las bombas de achique necesarias o tomar decisiones tales como prolongar las pantallas lo suficiente como para empotrarlas en un sustrato impermeable. Como siempre, cada caso es particular y requiere de un estudio económico para ver la mejor opción.

Vamos a suponer que se va a excavar un solar, de dimensiones “a·b” en presencia de nivel freático en un terreno poroso con un coeficiente de permeabilidad “k“.  Las pantallas se encuentran empotradas una longitud “L“, el fondo de excavación se encuentra a una profundidad “H” respecto al nivel freático y existe un estrato impermeable a una distancia “h‘” respecto a la pantalla (ver Figura 2). Se pretende calcular el caudal de achique de forma que el agua no se encharque en el fondo de la excavación. Se supone que se ha realizado una evaluación previa para evitar el sifonamiento, el levantamiento de la excavación y el cálculo mecánico de las pantallas, entre otros aspectos.

Figura 2. Flujo de agua bajo un recinto apantallado

Para resolver el problema emplearemos la Ley de Darcy, que establece que la velocidad de un fluido en medio poroso es proporcional al gradiente hidráulico. Multiplicando esa velocidad por la sección que atraviesa el flujo, tendremos la evaluación del caudal según la siguiente expresión, donde “Q” es el caudal, “k” es el coeficiente de permeabilidad”, “i” es el gradiente hidráulico y “S” es la sección atravesada por el flujo.

En el problema que nos ocupa, el caudal puede atravesar dos secciones, una lateral determinada por el estrato impermeable y el fondo de la pantalla “S1”, y la formada por el fondo de la excavación del solar “S2”. Calculemos en ambos casos el caudal. Es posible realizar una estimación aproximada considerando el flujo del agua próximo a la pantalla, puesto que es la línea de flujo más corta y la que supone un mayor gradiente crítico. En este caso, i=H/(H+2L).

Para la sección “S1″, el caudal “Q1″ tendrá el siguiente valor:

 

Análogamente, para la sección”S2″, el caudal “Q2″ tendrá el siguiente valor:

El caudal estimado será el menor ambas dos estimaciones: Q=min(Q1, Q2).

Igualando ambos caudales se puede determinar la distancia del sustrato impermeable al fondo de la pantalla a partir de la cual dicho sustrato no influye en la estimación del caudal:

En el caso de un solar cuadrado, si el sustrato impermeable se encuentra a una distancia superior a la cuarta parte del lado del solar, todo el flujo pasa por el fondo de la excavación.

A todo caso, de las expresiones anteriores se deduce que el caudal máximo que puede entrar en la excavación se da cuando el sustrato impermeable se encuentra a una distancia del fondo de la pantalla superior al cociente entre el área y el perímetro del recinto. Si la capa impermeable se encuentra más cerca, el caudal baja proporcionalmente hasta anularse teóricamente cuando llega a tocar a la pantalla.

Referencias:

PÉREZ VALCÁRCEL, J.B. (2004). Excavaciones urbanas y estructuras de contención. Ediciones Cat. Colegio Oficial de Arquitectos de Galicia.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Inundaciones, desastre de Biescas y normativa de campamentos de turismo

Con motivo de los episodios de fuertes lluvias que está sufriendo el sureste de España (DANA, depresión aislada en niveles altos), traigo a colación una aportación personal que hice en su momento en la legislación reguladora de los campamentos de turismo de la Comunidad Valenciana. Esta normativa tuvo muy en cuenta la tragedia del camping de Biescas (Huesca) ocurrida el 7 de agosto de 1996, donde murieron 87 personas y 187 resultaron heridas. Saco este tema a la luz para resaltar la importancia de la intervención técnica y de los estudios necesarios para evitar este tipo de catástrofes. Nunca la ciencia, la técnica, la legislación y las emergencias se necesitan tanto unas de otras.

En efecto, el antecedente fue el DECRETO 119/2002, de 30 de julio, del Gobierno Valenciano, Regulador de los Campamentos de Turismo de la Comunidad Valenciana. [2002/X8720] (DOGV núm. 4307 de 05.08.2002) que fue sustituido por el DECRETO 167/2005, de 11 de noviembre, del Consell de la Generalitat, por el que se modifica el Decreto 119/2002, de 30 de julio, Regulador de los Campamentos de Turismo de la Comunidad Valenciana. [2005/12617] que, a su vez, ha sido derogado a favor del actual DECRETO 6/2015, de 23 de enero, del Consell, regulador de los campings y de las áreas de pernocta en tránsito para autocaravanas de la Comunitat Valenciana. [2015/563].

Los artículos que tienen que ver con el riesgo de inundación, en los que intervine directamente, fueron los siguientes:

Artículo 14. Cumplimiento general de la normativa

Todos los campings deberán cumplir y hacer cumplir las obligaciones que se deriven de las disposiciones vigentes en materia de accesos, accesibilidad, construcción y edificación, instalación y funcionamiento de maquinaria, sanidad, seguridad de instalaciones, medio ambiente, acústica, prevención de incendios forestales, seguridad pública y riesgo de inundación, así como cualquier otra disposición de carácter sectorial que les afecten.

Artículo 15. Sistema de seguridad y protección

Todos los campings deberán disponer de las medidas e instalaciones de prevención, protección y seguridad para casos de incendio, inundación u otras emergencias previstas en la normativa vigente en estas materias.

En particular, contarán:

1. Con un plan de emergencia y autoprotección, redactado por técnico competente y ajustado a las disposiciones vigentes, en el que se contemplen las diferentes hipótesis de emergencia y los planes de actuación para cada una de ellas, así como las condiciones de uso y mantenimiento de las instalaciones afectas al plan.

El plan de emergencia y autoprotección justificará, en todo caso, la hipótesis de riesgo de inundación de forma que, para un caudal asociado a un periodo de retorno mínimo de cien años, no se permitirá que el calado del agua supere los 0,80 metros, ni que la velocidad máxima del agua exceda los 0,50 m/seg. Asimismo, y para dicho caudal, se garantizarán las condiciones necesarias que permitan la evacuación rápida, completa y segura de las personas, indicándose expresamente el tiempo de evacuación requerido.

Artículo 35. Cumplimiento general de la normativa

Todas las áreas de pernocta en tránsito para autocaravanas deberán cumplir y hacer cumplir las obligaciones que se deriven de las disposiciones vigentes en materia de riesgo de inundación, accesibilidad, construcción y edificación, instalación y funcionamiento de maquinaria, sanidad, seguridad de instalaciones, medio ambiente y seguridad pública, así como cualquier otra disposición de carácter sectorial que les afecten.

Artículo 36. Sistema de seguridad y protección

Las áreas de pernocta en tránsito para autocaravanas deberán disponer de las medidas e instalaciones de prevención, protección y seguridad para casos de incendio, inundación u otras emergencias previstas en la normativa vigente en estas materias, tal y como indica el artículo 15 de este decreto.

Resulta evidente que este tipo de disposiciones no solo son necesarias en el ámbito de los campamentos de turismo, sino que son extrapolables a cualquier ámbito donde se ponga en riesgo a las personas. Asimismo resalto la importancia de la intervención técnica de profesionales competentes, con experiencia y bien formados. También es cierto que, este tipo de normativa, está sujeta a cambios y actualizaciones en función de las investigaciones y aportaciones técnicas y científicas que mejoren el estado de conocimiento actual.

Normativa peruana sobre suelos y cimentaciones

¿Es bueno aplicar una norma que se utiliza en un país distinto al nuestro? Esta pregunta se repite muchas veces cuando se abren debates, sobre todo en España sobre el uso de los Eurocódigos (véase el caso de la Instrucción de Hormigón Estructural). Es evidente que en cada país se utiliza un tipo de norma que, si bien tiende a unificar aquellas partes comunes asentadas en el ámbito técnico y científico, en numerosas ocasiones se adapta a la idiosincrasia del país y sus circunstancias. Aspectos como el riesgo sísmico o geológico, materiales y procedimientos constructivos más empleados, sistemas de control de calidad en el sector, etc., hacen que se particularicen o resalten determinados aspectos de cada norma. No obstante todo lo anterior, sería un gran avance unificar normas y criterios, aunque en cada país se adoptaran coeficientes de seguridad o parámetros de diseño particulares.

En este caso os presento la Resolución Ministerial nº 406-2018-vivienda por la que se publica la Norma Técnica E.050 sobre “Suelos y Cimentaciones” del Perú. Agradezco el documento a Christian Martín Torres Delgado. Es una de las ventajas de estar conectado a las redes sociales, en este caso LinkedIn, que permiten compartir conocimiento técnico de forma ágil. Espero que el documento os sea de interés.

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Seguridad en trabajos de albañilería

http://blog.habitissimo.es/

La albañilería es el arte de construir edificios y obras en los que se emplean piedra, ladrillos, cal, etc., siendo el albañil el maestro u oficio de albañilería. Este oficio tiene una gran importancia en cualquier obra, y por ello, debe poseer una serie de conocimientos que le permitan ejercer su trabajo con la máxima autonomía, interpretar las órdenes de sus superiores, organizar el trabajo, realizar cálculos sencillos, así como interpretar los planos sobre los que realizar replanteos.

Cualquier tarea de albañilería, por sencilla que parezca, requiere de unas medidas de seguridad para evitar algún disgusto. En el desarrollo de este tipo de actividad, las personas se exponen a una serie de riesgos que a veces pasan desapercibidos o que no son suficientemente valorados, pero que en realidad entrañan peligros que pueden llegar a tener desenlaces desagradables.  La información sobre ellos se puede consultar en numerosos enlaces en internet y existe una legislación precisa en cada país al respecto. Os dejo un vídeo explicativo que espero sea de interés.

 

Problema de selección de una cimentación. Desarrollo del pensamiento crítico

http://cimentacioneslevante.es/muros-pantalla/

Desde el proceso de Bolonia, muchos cambios han habido en nuestras universidades y planes de estudios. Uno de ellos es la necesidad de desarrollar y evaluar las competencias del título correspondiente a través de cada una de las asignaturas y comprobar que se adquieren los resultados de aprendizaje. De este tema ya hemos hablado varias veces. Hoy os traigo un problema que me sirve para evaluar, a través de una rúbrica, la competencia transversalPensamiento Crítico” en la asignatura de Procedimientos de Construcción II, del grado de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Espero que os sea de interés.

También os dejo una presentación que hice en un congreso docente donde explico cómo realizamos esta evaluación.

ENUNCIADO:

Se quiere construir un edificio de 30 plantas de altura más seis sótanos (altura de 3,00 m cada sótano) en una ciudad de 500000 habitantes. El solar se encuentra entre dos medianerías, y tiene una superficie rectangular de 20 x 35 m, siendo las medianerías los lados de 20 m. Existe la posibilidad de utilizar un solar anejo para realizar la obra, de 44 x 35 m. Hay acceso directo tanto al solar donde se va a realizar el edificio como al solar disponible, según se observa en la Figura 1. El clima es atlántico, con lluvias abundantes, con temperaturas que se supone oscilan entre 5 y 25 ºC, y se tienen 10 horas de luz de media durante la construcción de la cimentación.

Figura 1. Esquema de la situación del solar del edificio, del solar disponible y de los edificios construidos

Se ha realizado un sondeo y se ha determinado un corte del terreno que se muestra en la Figura 2. Se observa que el nivel freático se encuentra a 3,50 m de la superficie. Existe un sustrato duro de areniscas de 4,00 m de espesor situado entre dos capas de limos arcillosos con trazas de arenas y gravas. A 22 m de profundidad existe una capa de calizas sanas, de al menos 15 m de potencia. Los primeros 2,20 m son un relleno antrópico donde existen tocones de árboles, basura y una mezcla de limos arcillosos y gravas.

Figura 2. Esquema básico del corte geológico

La solución a proyectar debe conjugar la posibilidad técnica de ejecución, el impacto ambiental y social sobre el entorno (contaminación, ruidos, vibraciones, etc.), la facilidad constructiva y la viabilidad económica, Use los datos del enunciado que considere importantes y, en el caso de necesitar datos, razone adecuadamente el uso de información adicional.

Preguntas de grupo:

  1. Indique qué tipo de cimentación sería la más conveniente.
  2. Razone dos procesos constructivos que podrían ser aplicados y cuál de los dos cree que será más eficaz. La respuesta debe ser de consenso entre los miembros del grupo.
  3. Define los principales pasos en la construcción de dichas cimentaciones.
  4. Descarte, justificando las razones, al menos tres procesos constructivos de cimentación que no sean aplicables a este caso.
  5. Indique si ha tenido que consultar otras fuentes para la elección de la tipología y el proceso constructivo (en dicho caso indicar cuál), o ha sido suficiente con el temario de la asignatura.

 

Preguntas individuales:

  1. Critique los dos procesos constructivos de la pregunta 2, indicando si está de acuerdo con lo consensuado por el grupo. Se valorará especialmente su opinión crítica personal justificada y si hay diversidad de opiniones entre los miembros del grupo.
  2. Realice una crítica sobre el ejercicio 1, indicando aquellas cosas con las que está de acuerdo con el grupo o no. Se valorará la justificación crítica de la respuesta.
  3. Indique los cinco riesgos para las personas más importantes que supone el procedimiento constructivo elegido y qué medidas preventivas debería utilizar.

Referencias:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

YEPES, V. (2018). Correspondencia jerárquica entre las competencias y los resultados de aprendizaje. El caso de “Procedimientos de Construcción”. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2018, Valencia, pp. 1-15. ISSN 2603-5863

GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Valoración de las herramientas y metodologías activas en el Grado en Ingeniería de Obras Públicas. Congreso Nacional de Innovación Educativa y de Docencia en Red IN-RED 2017, Valencia, 13 y 14 de julio de 2017, 9 pp.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, V. (2017). Assessment of transverse and specific competences in civil engineering studies: ‘Critical thinking’. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3683-3692. ISBN: 978-84-617-8491-2

MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Assessment of the argumentative ability in innovation management of civil engineering studies. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3904-3913. ISBN: 978-84-617-8491-2

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; MOLINA-MORENO, F. (2017). Transverse competence ‘critical thinking’ in civil engineering graduate studies: preliminary assessment. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 2639-2649. ISBN: 978-84-617-8491-2

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2016). Desarrollo y evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. Congreso Nacional de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2016, Valencia, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-541-5.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Valoración de la competencia transversal “Pensamiento crítico” por los alumnos de GIOP (2015). XIV  Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). Evaluación de la competencia transversal “pensamiento crítico” en el grado de ingeniería civil. XIV  Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria 2016

YEPES, V.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; TORRES-MACHÍ, C. (2016). Acquisition of competences in a Master Degree in Construction Management. 10th International Technology, Education and Development Conference (INTED 2016), March, Valencia, pp. 718-727. ISBN: 978-84-608-5617-7.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2015). Pensamiento crítico como competencia transversal en el grado de Ingeniería de Obras Públicas: valoración previa. Congreso In-Red 2015, Universitat Politècncia de València, pp. 1-12. ISBN: 978-84-9048-396-1. Doi:: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1560 (link)

JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2015). Students’ guide as a reference for a common case study in a master degree in construction management. 9th International Technology, Education and Development Conference INTED 2015, Madrid, 2nd-4th of March, 2015,  pp. 4850-4857. ISBN: 978-84-606-5763-7.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). Competencia transversal ‘pensamiento crítico’ en el grado de ingeniería civil: valoración previa. XIII Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria, Alicante, 2 y 3 de julio,  pp. 2944-2952. ISBN: 978-84-606-8636-1. (link)

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2015). La competencia transversal de comunicación efectiva en estudios de máster en el ámbito de la ingeniería civil y la construcción. Congreso In-Red 2015, Universitat Politècncia de València, pp. 1-14. ISBN: 978-84-9048-396-1. Doi:: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2015.2015.1540 (link)

JIMÉNEZ, J.; SEGADO, S.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). Strategic evaluation of a M.Sc. degree in construction management: a faculty vs. students comparison. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain), 10-12 March, pp. 1974-1984. ISBN: 978-84-616-8412-0  (link)

YEPES, V. (2014). El uso del blog y las redes sociales en la asignatura de Procedimientos de Construcción. Jornadas de Innovación Educativa y Docencia en Red IN-RED 2014. 15-16 de julio, Valencia, pp. 1-9. ISBN: 978-84-90482711.

SEGADO, S.; YEPES, V.; CATALÁ, J.; PELLICER, E. (2014). A portfolio approach to a M.Sc. degree in construction management using a common project. 8th International Technology, Education and Development Conference, INTED 2014, Valencia (Spain),  10-12 March,  pp. 2020-2029. ISBN: 978-84-616-8412-0 (link)

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Descabezado de muro pantalla

Figura 1. Descabezado con martillo rompedor manejado desde una retroexcavadora. http://www.generadordeprecios.info

Se define como descabezado la operación por la cual se retira el hormigón contaminado, o de inferior calidad o el exceso de la cabeza del muro-pantalla por encima del nivel de coronación previsto. Se trata de un procedimiento similar al descabezado de pilotes, tema que ya tratamos en un artículo anterior. A continuación vamos a describir brevemente los procedimientos usuales de descabezado de muros pantalla (Figura 1).

Son varias las razones por las que tenemos que descabezar un muro pantalla. En primer lugar puede ocurrir que hayamos rellenado a una cota superior a la teórica, pero lo más habitual es que el hormigón de la parte superior de las pantallas esté contaminado con los lodos de perforación o con el propio terreno, por lo que debe sanearse. Se debe realizar el descabezado del hormigón hasta el nivel de coronación usando equipos y métodos que no dañen al hormigón, la armadura o cualquier instrumentación instalada en los paneles. En particular, es importante respetar las armaduras del muro pantalla para que solapen con la viga de coronación. En ocasiones se utilizan equipos mecánicos pesado que pueden ocasionar un riesgo de fisuración extensiva, por lo que, en ocasiones, se debe restringir el tipo y tamaño de la máquina empleada.

Cuando sea posible, se puede descabezar por encima del nivel de coronación antes de que el hormigón haya fraguado. Sin embargo, se debe hacer el descabezado final hasta el nivel de coronación solo después de que el hormigón haya alcanzado la suficiente resistencia.

Una de las preguntas habituales es saber qué distancia hay que descabezar. La respuesta fácil es que la Dirección Facultativa, en función de la contaminación de la parte superior de la pantalla, es quien debería determinar la magnitud requerida. En una conversación técnica mantenida con Luis Miguel Salazar (PONTEM), me comentó que la norma NTE-CCP, que trata sobre pantallas, se determina lo siguiente: “la cota final de hormigonado rebasará a la teórica en al menos 30 cm. Este exceso en su mayor parte contaminado por el lodo, será demolido antes de construir la viga de atado de los paneles. Si la cota teórica coincide con la coronación de muretes se deberá hacer rebosar el hormigón hasta comprobar que no está contaminado“. Por tanto, ya tenemos una cota mínima: al menos 30 cm, pero la recomendación es comprobar la profundidad en la que el hormigón se encuentre contaminado.

Una de las formas habituales de descabezar el muro-pantalla es de forma manual con ayuda de martillos picadores. En la Figura 2 se puede ver esta operación. Se trata de un procedimiento que presenta poco rendimiento y que puede resultar penoso para los operarios. Es por ello que, en caso de descabezar grande volúmenes, es preferible desde el punto de vista económico y de rendimiento el uso de medios más mecanizados. Por ejemplo, en la Figura 3 se observa un martillo rompedor manejado desde del brazo de una retroexcavadora.

Figura 2. Descabezado de la pantalla con martillos picadores manuales. Cortesía: Geocisa

 

Figura 3. Descabezado de muro pantalla mediante martillo rompedor. http://www.gestionaobras.com/muros-pantalla-torremalilla/

El descabezado de muros pantalla mediante herramientas hidráulicas presenta ventajas respecto al uso de martillos rompedores: una mayor productividad, mínimo daño sobre el propio muro pantalla, la posibilidad de dejar la armadura intacta, no hay grietas por debajo del nivel de corte, bajos costes de operación y alta eficiencia.

Se puede realizar el descabezamiento de muros pantalla mediante un quebrantador hidráulico, de forma similar a los pilotes (ver Figura 4). Se trata de un cilindro quebrantador que funciona con el principio de cuña. Existen quebrantadores que pueden manejarse por un solo operario con una fuerza de quebrantación superior a las 4000 kN. El trabajo es silencioso, sin polvo ni vibraciones, de peso ligero y apto para utilizarse en espacios cerrados o de difícil acceso.

Figura 4. Descabezamiento de un pilote mediante quebrantador hidráulico. http://www.taladraxa.com/servicios/quebrantado/descabezado-de-pilote.html

También existen herramientas accionadas mediante gatos hidráulicos que permiten un descabezado limpio y preciso de la cabeza del muro-pantalla, tal y como podemos observar en las Figuras 5 y 6.

Figura 5. Descabezado de muro pantalla mediante gatos hidráulicos. http://geojuanjo.blogspot.com/2011/05/descabezando-muros-pantalla.html

 

Figura 6. Descabezador hidráulico de muros pantalla. https://www.pilebreaker.com/wall-breaker

Otra de las opciones que pueden utilizarse es utilizar unas mandíbulas hidráulicas que, literalmente, “se comen” el hormigón, rompiéndolo (Figura 7).

Figura 7. Descabezado de muros pantallas mediante mandíbulas. http://coynsa.com/derribos/demolicion-de-pantallas-de-hormigon-armado-en-macropozo/

También se pueden utilizar otros procedimientos como la hidrodemolición (ya se escribió sobre ello en un artículo sobre descabezado de pilotes) o bien se puede utilizar el fresado para el descabezado. Las Figuras 8 y 9 muestras dos tipos de máquinas que realizan un fresado de la cara interior del muro-pantalla. Sin embargo, la misma herramienta sirve para el descabezado, tal y como se puede ver en el vídeo que sigue.

Figura 8. Fresado de muro pantalla. http://www.retasur.com/servicios/fresado-de-pantallas-de-hormigon/

 

Figura 9. Fresado de muro pantalla. http://www.comportiz.com/fresado-de-muro-de-pantalla.html

 

 

Referencias:

ORDEN de 8 marzo 1983, Norma Tecnológica de la Edificación NTE-CCP, «Cimentaciones, Contenciones, Pantallas». BOE 16 abril 1983, núm. 91, pág. 10529.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas

Nos acaban de publicar en la revista Automation in Construction (primer cuartil del JCR) un artículo relacionado con la optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas. Se trata de una colaboración con el profesor Moacir Kripka y está dentro del proyecto de investigación DIMALIFE.

Puedes descargar gratuitamente el artículo hasta el 22 de junio de 2019 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/a/1Y~vl3IhXMfb77

ABSTRACT

In structural design, it is common practice to adopt the same cross-sectiondimensions for a group of elements. This procedure is mainly for practical and aesthetic reasons, as well as to reduce labour costs, but it also has a positive effect of reducing the number of variables, which simplifies the usual trial and error design process. On the other hand, the total materials cost obtained is closely related to this grouping. Based on this, the present work aims to minimize the cost of reinforced concrete plane frames considering the automated grouping of columns. To achieve this objective, an optimization software was developed by the association of matrix structural analysis, dimensioning and optimization. The sections dimensions, the area of steel and the concrete strength of beams and columns were taken as design variables. For a given maximum number of groups, the optimum grouping and the corresponding values to design variables are obtained. The strategy proposed in this paper to obtain the grouping reduces significantly the number of infeasible candidate solutions during the search process and avoid the proposition of unrealistic designs. For the optimization, a variant of the Harmony Search method was adopted. Some structures were analyzed in order to validate the application of the proposed formulation, as well as to verify the influence of the grouping of elements on the final results. In these structures, it was possible to observe a significant additional reduction in the total cost when automated grouping is performed regarding a uniform grouping, even when a small number of groups is considered. For the 20-floor building frame analyzed, the cost reduction from uniform to automated grouping varied from 5.53 to 7.35%. The influence of the concrete strength on optimal results was also investigated, indicating a cost reduction of 9.74% from best (40 MPa) to worst case (20 MPa). In general, it can be concluded that, when applied in conjunction with the usual design variables, the proposed procedure can enable a significant additional economy, without affecting the structural safety.

KEYWORDS

Optimization; automated grouping; reinforced concrete; plane frames; harmony search

Reference:

BOSCARDIN, J. T.; YEPES, V.; KRIPKA, M. (2019). Optimization of reinforced concrete building frames with automated grouping of columns. Automation in Construction, 104: 331-340. DOI:10.1016/j.autcon.2019.04.024