Categoría: estructuras

El profesor Dan M. Frangopol de estancia con nosotros en la Universitat Politècnica de València

Tenemos la gran suerte de contar con el profesor Dan M. Frangopol como profesor visitante en la Universitat Politècnica de València. Se trata de una estancia que solicitó nuestro grupo de investigación dentro del proyecto de investigación BRIDLIFE y que también ha sido apoyada por nuestra universidad. Es una magnífica oportunidad de poder colaborar en líneas de investigación que confluyen en la optimización multiobjetivo de estructuras a lo largo de su ciclo de vida. Ya estuvo nuestra investigadora Tatiana García Segura cuatro meses de estancia en la Universidad de Lehigh.

El curriculum y la trayectoria académica del profesor Frangopol es impresionante. Es el primer titular de la Cátedra Fazlur R. Khan de Ingeniería Estructural y Arquitectura de la Universidad de Lehigh, en Bethlehem, Pensilvania. Antes de incorporarse a esta universidad, fue profesor de ingeniería civil en la Universidad de Colorado en Boulder, donde ahora es profesor emérito. Sus líneas de investigación se centran en la aplicación de los conceptos probabilísticos y métodos de la ingeniería civil tales como la fiabilidad estructural, el diseño basado en la probabilidad y la optimización de edificios, puentes y barcos navales, vigilancia de la salud estructural, mantenimiento y gestión a lo largo de su ciclo de vida, gestión de infraestructuras en condiciones de incertidumbre, evaluación basada en el riesgo, sostenibilidad y resistencia a los desastres.

De acuerdo con el ASCE (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles) “Dan M. Frangopol is a preeminent authority in bridge safety and maintenance management, structural system reliability, and life-cycle civil engineering. His contributions have defined much of the practice around design specifications, management methods, and optimization approaches. From the maintenance of deteriorated structures and the development of system redundancy factors to assessing the performance of long-span structures, Dr. Frangopol’s research has not only saved time and money, but very likely also saved lives… Dr. Frangopol is a renowned teacher and mentor to future engineers.”

A parte de cuatro doctorados honoris causa, el profesor Frangopol presenta un índice h de 54 y más de 11900 citas (Google Scholar, 2015). Ha dirigido más de 40 tesis doctorales y ha sido profesor visitante en numerosas universidades de todo el mundo. Lo mejor es que veáis su currículum entero en su página web: http://www.lehigh.edu/~dmf206/

Os dejo a continuación los seminarios y conferencias que impartirá este mes en la Universitat Politècnica de València. Si tenéis alguna duda, me podéis enviar un correo electrónico. La entrada es libre. Os iré contando en sucesivos posts más sobre nuestra actividad este mes con el profesor Frangopol.

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Análisis de fallos: mecanismos, herramientas de análisis y ejemplos prácticos

b8iC6289smvQspSXybAFmTl72eJkfbmt4t8yenImKBVvK0kTmF0xjctABnaLJIm9¿Se pueden evitar las catástrofes en ingeniería? El error es humano. Es un dicho que no debe conformar al ingeniero que, a toda costa debe evitar estos fallos y, en caso de no hacerlo, aprender de los errores. Los fallos de estructuras civiles y componentes industriales pueden tener graves consecuencias económicas, medioambientales y, sobre todo, humanas. El Análisis de Fallos es, por lo tanto, una disciplina de la ingeniería de indudable trascendencia, pues solo desde el conocimiento de las causas de los fallos estructurales podrán evitarse fallos futuros.

Los principales modos de fallo que tienen su origen en el comportamiento mecánico del material (fractura, fatiga, fluencia, etc), las principales herramientas de las que dispone el ingeniero para el análisis (caracterización de materiales, microscopía, análisis tensional, integridad estructural, etc) y se mostrarán una serie de casos prácticos resueltos con una metodología común que permitirán obtener una visión general de la disciplina.

Os recomiendo un buen libro sobre el tema: «La ingeniería es humana», de Henry Petrosky.

A continuación os paso un vídeo realizado por el Gabinete de Tele-educación de la Universidad Politécnica de Madrid donde el profesor Sergio Cicero, de la Universidad de Cantabria, expone una conferencia sobre análisis de fallos. Espero que os guste.

 

 

23 de abril, libros, Cervantes, Alcoy y El Quijote

Pont de Sant Jordi, Alcoi (Alacant)
Pont de Sant Jordi, Alcoi (Alacant). Participé como ingeniero en su iluminación.

Para un ingeniero alcoyano, como soy yo, nacido en la ciudad de los puentes, con una edad como la de don Quijote que «frisaba la edad de nuestro hidalgo  con los cincuenta años«, cuya hija cumple hoy sus años, coincidiendo con el día del libro y con el 400 aniversario de la muerte de Cervantes, no podía dejar pasar la oportunidad de escribir, aunque sean dos líneas sobre estos eventos.

Ahora, hace justamente un año, publiqué un post sobre los 10 libros de ingeniería que cabía recomendar en un día como éste. Eran libros que, lejos de explicar los entresijos de la técnica, se centraban más en el aspecto humano, histórico y profesional de la ingeniería. Se caracterizan por ser fáciles de leer y, lo más importante, que despiertan la curiosidad sobre aspectos, muchas veces ignorados y nunca explicados en la formación universitaria habitual. Revisando los blogs amigos, os paso una lista de recomendaciones, con libros donde coincidimos. Yo guardo gran placer de haberlos leído.

 

 

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Y seguro que me dejo blogs que recomiendan libros. Iré completando la lista.

También resulta interesante mencionar que algunos arquitectos e ingenieros también fueron escritores: José Echegaray, Juan Benet, Primo Levi, Dostoievski, Stendhal, Luis Buñuel, Joan Margarit, Albert Espinosa, entre otros.

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Pero volvamos la mirada brevemente hacia el Quijote y Cervantes. Tal y como escribe César Castaño (2004): «El llamado Siglo de Oro en España (1556- 1648) coincide con la decadencia económica unida a epidemias y grandes hambrunas, subidas de precios con devaluaciones de la moneda y malas cosechas. Además el sistema confiscatorio hizo proliferar las prácticas de una corrupción bastante generalizada. El cénit estuvo sobre 1580/1581, coincidiendo con la fecha en que más o menos se sitúa el comienzo de la escritura del Quijote«. Cervantes, a través de los consejos que Sancho Panza da a don Quijote, advierte sobre los vicios de aquella época: “Los oficios y grandes cargos no son otra cosa sino un golfo profundo de confusiones…” (II-Cáp. XLII).

Félix Faura (20005) comenta en un artículo sobre la tecnología e ingeniería en la España de El Quijote que: «En la famosa frase de Unamuno «que inventen ellos» se sintetiza todo este trágico pensamiento que no valoraba socialmente el trabajo de los científicos e ingenieros y que dejó a España al margen del progreso» cómo aún hoy día en España no nos hemos recuperado de la torpe visión que se tiene sobre los méritos de la técnica y la ingeniería españolas. Nada más lejos de la realidad, ni antes con Turriano, Jerónimo de Ayanz o Juan de Herrera, ni hoy, con Torroja, Torres Quevedo, Guastavino o Candela, por poner sólo unos pocos nombres, debe poner en duda la capacidad y alcance de la ingeniería y la técnica española en el mundo. Necesitamos una profunda revisión del pensamiento de Unamuno en este sentido.

Referencias:

  • Castaño, C. (2004). La ingeniería y el Quijote. Anales de mecánica y electricidad, pp. 58-62. (pdf)
  • Cervantes, Miguel de. Don Quijote de la Mancha. Edición de Domingo Yndurain. Madrid, Biblioteca Castro y turner Libros, 1993.
  • González-Tascón, I. (2005). La ingeniería del Siglo de Oro a través del Quijote. Revista de Obras Públicas, 3453, pp. 49-58.

Contribución a la sostenibilidad de los forjados reticulares

forSe presenta una caracterización estadística de una muestra de 126 de forjados reticulares de hormigón armado empleado en edificación con objeto de establecer fórmulas de predimensionamiento económico y medioambiental de este tipo de elementos estructurales. Para ello se ha realizado un análisis exploratorio y otro multivariante de las variables geométricas determinantes, de los consumos de materiales y de los costes económicos y medioambientales. Los resultados muestran que es posible obtener beneficios medioambientales significativos sin penalizar en exceso el coste económico. Así, una reducción media del 12% en las emisiones de CO2 conlleva una disminución media del coste del orden del 5%. De forma análoga, una contracción máxima del coste del 6% comporta un descenso en torno al 11% en la emisión de estos gases.

 

Referencia:

BALLESTER, M.; VEA, F.J.; YEPES, V. (2011). Análisis multivariante para la estimación de la contribución a la sostenibilidad de los forjados reticulares. V Congreso ACHE, Barcelona, 10 pp.

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¿Cómo se pueden proyectar puentes de bajo consumo energético?

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Puente de vigas artesa prefabricadas. Fuente: Pacadar

¿Cómo se pueden diseñar puentes pretensados prefabricados en vigas artesa haciendo que el consumo energético para su fabricación y puesta en obra sea el mínimo posible?

Highlights

  • An automated procedure for optimizing the design of structures is presented.
  • There is a parabolic relation between the span length and the minimum energy.
  • The energy reduction has an average cost impact of 3.23€ per square meter of deck.
  • Since both criteria are dependent, 1€ reduction is equivalent to 4 kW h saving.

Abstract

S09596526An automated procedure for optimizing the design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges is presented. The economic cost and the embodied energy are selected as the objective functions based on production materials, transport and placement. Heuristic optimization is used to search for the best geometry, the concrete type, the prestressing steel, and the reinforcement for the slab and the beam. The results for both objectives provide improved opportunities to learn about low-energy designs. The most influential variables for the energy efficiency goal are analyzed. The relationship between the span length and the embodied energy is described by a good parabolic fit for both optimization criteria. The findings indicate that the objectives do not exhibit conflicting behavior, and also that optimum energy designs are close to the optimum cost designs. The analysis also revealed that a reduction by 1 Euro can save up to 4 kWh. It is recommended to reduce the reinforcement in the slab as well as increase the volume of concrete in both slab and beams in order to achieve higher energy efficiency. It is also worth noting that web inclination angle should be increased when the depth increases for longer span lengths to maintain the optimum slab span lengths in the transverse direction.

Keywords

  • Heuristic optimization;
  • energy savings;
  • sustainable construction;
  • precast-prestressed concrete structures

 

Referencia:

MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy.Journal of Cleaner Production, 120:231-240. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.02.024(link)

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El acueducto del Tempul, de Eduardo Torroja

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Acueducto de Tempul. Enero 1927. Fuente: http://www.cehopu.cedex.es/

El acueducto del Tempul se construyó para el abastecimiento de agua de Jerez de la Frontera (Cádiz), sobre el río Guadalete. Está formado por 11 tramos de vigas rectas de hormigón armado de 20 m de luz y un tramo central de tipo “Cantilever” de 57 m. Esta obra la diseñó y construyó Eduardo Torroja en 1925 apenas dos años después de terminar la carrera, estando trabajando en la empresa Hidrocivil. La estructura original estaba constituida por 14 tramos de vigas de 30 m de luz biapoyadas en los correspondientes pilares. Dos de estos pilares se apoyaban en el cauce del río, lo que provocaba dudas acerca de su resistencia a la socavación. Por ello Torroja decidió eliminar estas dos pilas, manteniendo el resto de la estructura. Se utilizó esta solución sustituyendo las pilas del cauce por apoyos elásticos con cimentación a 8 m de profundidad debido a la mala calidad del suelo del cauce y a través de unos tirantes continuos que pasan por la cabecera de la pila, se anclan en los extremos de los tramos adyacentes. Así el vano central del acueducto está formado por un tramo central de 17 m apoyando en las ménsulas laterales con 20 m de luz.  Para eliminar estos apoyos sin aumentar excesivamente la luz dispuso unos tirantes con un cordón central de acero dulce que, pasando por encima de las pilas adyacentes a los soportes eliminados, las cuales se elevaron y rediseñaron para los nuevos esfuerzos, se anclaban a uno y otro lado de las mismas, disponiendo, por tanto, de la reacción vertical eliminada.

El principal problema de esta solución era que esa reacción provenía de la componente vertical de la tracción del tirante y, salvo que la pila sobreelevada fuese muy alta, dicha reacción no podía generarse de forma pasiva sino con una gran flecha del tramo volado y, por lo tanto, con una flexión excesiva. Por ello, Torroja empleó cables de alta resistencia y los pretensó mediante un sistema de elevación con gatos hidráulicos insertados entre las propias pilas y las cabezas de las mismas, consiguiendo además introducir una compresión adicional en los tramos de tablero entre los puntos de anclaje.

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Dispositivos de elevación de las cabezas de los pilares. Fuente: http://www.cehopu.cedex.es/
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Esquema de esfuerzos al elevar los gatos

Según cuenta Torroja, poco después de finalizar el hormigonado del tramo central apoyado en los voladizos atirantados, sobrevino una fuerte riada que comenzó a arrastrar la cimbra. Viendo peligrar la integridad de la estructura, y puesto que el hormigón ya había alcanzado una resistencia que se estimó suficiente, se procedió a accionar los gatos, levantando el cabezal de las pilas unos 25 cm, lo que bastó para elevar el extremo de los tramos colgados unos 5 cm, separando la estructura de las cimbras que fueron finalmente arrastradas por el agua.

¿Qué es un cable?

comp_6x19_1_alma_textilUn cable es un conjunto de alambres trenzados según una cierta ley, que en todas sus fases de trabajo se comporta como un elemento unidad. Los cables forman una parte muy importante de determinadas máquinas empleadas en la construcción como las dragalinas, los blondines, los planos inclinados o la excavadora de cables.

Estructura de un cable.

Elementos que componen un cable:

  • Alambres: son los elementos básicos que constituyen el cable. Son de acero de alta resistencia mecánica, que oscila entre los 1 y los 2 kN/mm2.
  • Cordón: es un conjunto formado por una serie de alambres arrollados en una capa; en algunos casos, van arrollados alrededor de otro alambre que hace de base de apoyo, llamado alambre central.
  • Alma: es el elemento central del cable y sirve de base o soporte para los cordones que lo envuelven, sirviendo a la vez de almacén de grasa para su lubricación. El alma puede ser tanto de acero como de fibra textil, pero lo que se gana en resistencia con el acero se pierde en flexibilidad.
Cable
Composición de un cable

Tipos de arrollamientos.

Se denomina arrollamiento a la forma en la que se disponen los alambres en los cordones y los cordones en el cable. Se definen los siguientes tipos:

  • Cruzado: los cordones que forman el cable están arrollados en sentido contrario al de los alambres que forman los cordones. Son los más utilizados cuando los extremos giran libremente. Se manejan fácilmente, pues no tienden a descablearse; además son resistentes al aplastamiento y a las deformaciones. Son poco resistentes al desgaste.
  • Lang: los cordones y los alambres están arrollados en el mismo sentido. Este cable es muy resistente a la abrasión y al desgaste y puede tener una gran flexibilidad (más que el anterior) siempre y cuando se realice un amarre muy cuidadoso de los extremos debido al elevado momento de giro producido al cargar el cable.
  • Antigiratorio o alternado: estos cables están formados por dos o más capas de cordones, arrollados en sentidos diferentes. Así, los cordones compensan esfuerzos y eliminan la tendencia a girar sobre sí mismos, debido a la tensión ejercida por la carga suspendida. En las grúas torre se emplea como cable de elevación. Tiene la desventaja de que necesita el oxicorte para ser cortado, ya que cizallado sólo consigue desmontarlo.

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Os paso a continuación un vídeo donde se puede ver el proceso de fabricación de un cable. Espero que os sea de interés.

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.

 

 

El accidente durante la construcción del tercer depósito del Canal de Isabel II

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Tercer depósito del Canal de Isabel II en Madrid: vista del muro divisorio y de la cubierta del cuarto compartimento, antes del derrumbe. Fuente: http://www.cehopu.cedex.es/hormigon/fichas/img_ficha.php?id_img=3

El hormigón armado tuvo unos inicios complicados en España debido al terrible accidente ocurrido durante la construcción del tercer depósito del Canal de Isabel II  para el abastecimiento de Madrid. Se produjeron 29 víctimas mortales y 60 heridos y que, además de suponer la mayor catástrofe ocurrida en España en las construcciones realizadas con el nuevo material, estuvo a punto de hacer desaparecer a la empresa de José Eugenio Ribera. La adopción de una solución de hormigón armado para las cubiertas por parte del Consejo Superior de Obras Públicas demostraba la aceptación del material por la Administración. Iba a ser, con más de 80.000 m², la principal construcción española de hormigón armado hasta la fecha y la mayor del mundo en su género.

El enorme depósito, con unas dimensiones en planta de 360 x 216 m2, que permite almacenar 461.000 m3 de capacidad lo proyectó el propio Ribera mediante un audaz diseño de pilares muy esbeltos sobre los que apoyaban, a través de una viga un forjado abovedado, todo ello de hormigón armado. El arriesgado planteamiento estructural de Ribera, aunque ya había sido probado en obras similares, como el depósito de aguas de Gijón, levantó suspicacias desde el primer momento. El depósito estaba sometido fundamentalmente a la importante carga permanente del relleno de tierras bajo el que debía quedar enterrado, por lo que las acciones de dos arcos adyacentes se compensaban horizontalmente, haciendo trabajar a los pilares eminentemente a compresión, de ahí la pequeña sección transversal diseñada por Ribera.

Esquema de funcionamiento estructural del depósito del Canal de Isabel II
Esquema de funcionamiento estructural del depósito del Canal de Isabel II

Sin embargo, durante la ejecución del relleno de las tierras se produjo un importante error que modificó las condiciones previstas de trabajo de la estructura, pues en lugar de proceder por capas de pequeño espesor extendidas en toda la superficie de la cubierta, se empezó a rellenar desde un extremo, lo que originó unos esfuerzos no previstos en los pilares.

Condiciones de carga no previstas en los pilares
Condiciones de carga no previstas en los pilares

Finalmente, en 1907 Ribera fue exonerado en el proceso judicial en que se vio envuelto a causa del accidente. En su defensa participaron muy activamente, entre otros, José Echegaray que, además de Ingeniero de Caminos, era muy conocido por su actividad política en la década de los 70 del XIX, y por su premio Nobel de literatura del año 1904.

Podéis consultar en versión online el libro El hundimiento del tercer depósito del Canal de Isabel II en 1905 en la biblioteca digital de la Fundación J. Turriano:  http://juaneloturriano.oaistore.es/opac/ficha.php?informatico=00000243MO&idpag=1556896482&codopac=OPJUA

Control de ejecución de muros de contención de hormigón armado

Os paso un Polimedia de la profesora Esther Valiente sobre la ejecución de muros de contención de hormigón armado. Espero que os guste.

También os dejo un vídeo del procedimiento constructivo:

Referencia:

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.

Pilotes CPI-7: perforado a rotación sin sostenimiento

Figura 1. Hélice de excavación de un pilote en seco. Imagen: V. Yepes

Según la NTE, se denomina CPI-7 al pilote perforado a rotación y hormigonado “in situ”, en el que, debido a las características del terreno, no se precisa el sostenimiento de las paredes. Es un pilote rápido de ejecución y económico, idóneo cuando el terreno es estable durante la perforación. Los diámetros habituales oscilan entre 450 y 1500 mm, con profundidades de hasta 40 m. El tipo de terreno determina la forma de excavación. En el caso de terrenos blandos y medios, la excavación se realiza mediante barrenas de hélice cortas. En cambio, con terrenos más duros deberíamos incluir en la barrena de dientes puntas de widia. En terrenos muy competentes y de roca, la perforación pasa por una corona circular con puntas de widia. Una vez alcanzada la profundidad objetivo, se efectúa la limpieza del fondo de la excavación mediante un cazo (“bucket”).

Posteriormente, al limpiar el fondo, se procede a introducir la armadura de acero con la ayuda de un equipo auxiliar (grúa). Para garantizar el recubrimiento mínimo necesario de la misma, se levantan 20 cm sobre el fondo de la excavación y se colocan separadores para su correcto centrado.

Figura 2. Cuchara para extraer material durante la ejecución de pilotes CPI-7. Imagen: V. Yepes

Después de colocar la armadura, se comienza con el hormigonado. Se utiliza un tubo «Tremie» para verter el hormigón en la perforación, de modo que se eviten segregaciones y exudaciones. Este tubo se introduce por dentro de la armadura hasta el fondo de la perforación. A continuación, se comienza a bombear el hormigón, que debe ser homogéneo y de consistencia fluida, con conos de Abrams de 15-16 cm, recomendándose dosificaciones de hormigón de 350 kg de cemento por m³ y la utilización de áridos no superiores a 20 mm.

Conforme avanza la fase de hormigonado, se va subiendo simultáneamente el tubo Tremie, pero con la precaución de mantenerlo siempre unos dos metros introducido en el hormigón fresco. Cuando el hormigón alcanza la cota de la rasante del terreno, se concluye con el hormigonado. Por último, se procede al descabezado de los pilotes.

Os dejo una animación que describe el procedimiento.

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También podéis ver a continuación un vídeo de Polimedia donde se explica la construcción de este tipo de pilotes.

Referencia:

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.

Curso:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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