Categoría: estructuras

A first approach: Towards a sustainable civil engineering works with precast concrete solutions

I section beam. One of the most common profiles to design and build the deck bridge
I section beam. One of the most common profiles to design and build the deck bridge

LÓPEZ-VIDAL, A.; YEPES, V. (2016). A first approach: Towards a sustainable civil engineering works with precast concrete solutions. II International Conference on Concrete Sustainability, ICCS16, 13-15 June 2016, Madrid (Spain), pp. 1134-1143. ISBN: 978-84-945077-7-9

Abstract. Most of the advances carried out to set standardized methodologies to quantify the contribution to “sustainabilize” the construction are linked to buildings rather than infrastructures, and much more in particular to housing [1]. Global impact on housing are the widest and highest one, gathering the three sustainable axis: environmental (greenhouse gas emissions derived from heating or cooling to reach indoor comfort conditions), social (home is a basic need for families) and economic (it usually represents the main expense over the life of people). Meanwhile civil engineering work has not evolved as long on this topic. Although we generally refer to greater constructions, sustainable impacts are more diffused and don´t have such a direct repercussion into the citizens and daily life. For this reasons, there is no as many literature and investigation as in housing. It may implies a technical and promotional handicap to promote a higher use of precast concrete elements in a field governed by engineers that appreciate better their performance advantages. This paper is intended to describe the strengths (and weaknesses) that precast concrete construction will have into the upcoming standards for civil engineering, in order to enhance their possibilities to reach a greater market share. Sustainable indicators on current draft standards will be assessed.

Key words: precast concrete, industrialization, sustainability, civil engineering works

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Muros de tierra mecánicamente estabilizada: Tierra Armada®

Figura 1. Muro de Tierra Armada®. Fuente: http://www.tierra-armada.cl/sistema.html
Figura 1. Muro de Tierra Armada®. Fuente: http://www.tierra-armada.cl/sistema.html

La técnica de construcción de muros altos con problemas de cimentación en espacios abiertos, denominada Tierra Armada®, fue patentada por el francés Henri Vidal. Consiste en colocar de forma ordenada bandas de acero de refuerzo en un terraplén, en planos horizontales, que se unen a unas placas prefabricadas que conforman el paramento del muro. Las bandas o armaduras suelen ser de chapa metálica de varios metros de longitud (aproximadamente un 80 % de la altura del muro), con un ancho de entre 2 y 12 cm y un espesor de entre 3 y 5 mm (ver Figura 2). El relleno debe ser granular para garantizar el rozamiento con las armaduras. Con esta técnica se consiguen muros verticales de hasta 25 o 30 m de altura.

Figura 2. Detalle de las bandas y la placa de un muro de Tierra Armada®. http://www.tierra-armada.com/
Figura 2. Detalle de las bandas y la placa de un muro de Tierra Armada®. http://www.tierra-armada.com/

La tierra armada debe su resistencia interna al refuerzo, pero externamente actúa como una estructura masiva de gravedad. Permite la construcción de muros en suelos con poca capacidad portante, tolera asientos diferenciales y puede demolerse o repararse fácilmente. Además de una ejecución rápida y un coste competitivo, las placas prefabricadas son de calidad y pueden utilizarse como elementos decorativos. Sin embargo, hay que asegurarse de usar un relleno de calidad, cuidar la corrosión de las bandas de refuerzo y tener presente que este tipo de muros está sometido a patentes.

A continuación os paso un vídeo (en inglés) de Sand Castle Holds Up A Car! – Mechanically Stabilized Earth dedicado a los suelos reforzados o estabilizados mecánicamente. Resulta muy interesante la prueba que hacen de resistencia.

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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Esto me suena… El puente del Golden Gate y el «Ciudadano García»

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Los días 27 y 28 de mayo de 1937 fueron los días de la inauguración del puente Golden Gate. De este puente se ha escrito mucho, incluso algún post hemos escrito en este blog. Sin embargo, lo importante es que en Radio Nacional se hicieron eco de la noticia y en el programa «Esto me suena. Las tardes del Ciudadano García» y pudimos hablar durante unos minutos no sólo de este puente, sino de la importancia de la ingeniería española y de su difusión.

Os dejo el programa sacado directamente de la web de Radio Nacional. La entrevista dura hasta el minuto 18. Espero que os guste.

 

 

 

Tratamiento térmico del hormigón durante la prefabricación de dovelas

Dovela del puente de Île de Ré, en Francia. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Dovela
Dovela del puente de Île de Ré, en Francia. Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Dovela

El objetivo del tratamiento térmico del hormigón durante la prefabricación de las dovelas es acelerar los procesos de fraguado y endurecimiento para poder realizar el desencofrado lo antes posible, siempre que la resistencia final sea similar a la del hormigón que endurece sin este tipo de tratamiento. El calentamiento se puede realizar mediante estufa tradicional o bien a través de encofrados por resistencias eléctricas o por vapor a baja presión.

Para evitar que el endurecimiento acelerado no merme la resistencia final se debe utilizar preferentemente un cemento Portland artificial, cuyo contenido en C3A sea menor al 11% y cuya relación C3S/C2S sea superior a 3. Además, el agua debe presentar una temperatura de 35 °C en el momento de la fabricación. Asimismo, se deberían utilizar encofrados con rigidez suficiente para oponerse a las dilataciones del hormigón en fase plástica en el momento del calentamiento.

El ciclo de tratamiento térmico debe cuidarse para evitar una bajada de la resistencia a largo plazo del hormigón, que normalmente puede situarse entre el 5 y el 15 %. Por tanto, un ciclo debería contemplar un periodo de preparación de 2 o 3 horas con el hormigón a temperatura ambiente, una subida posterior de temperatura a una velocidad inferior a 20 °C por hora, un escalón de tratamiento térmico que no supere los 80 °C (normalmente 65 °C), con una duración que depende de las dimensiones de la sección y las características del hormigón, y una bajada de temperatura a un ritmo similar al de la subida. Por tanto, no se debe acortar el periodo de preparación, no se debe acelerar la velocidad de subida de la temperatura ni elevar la temperatura máxima del tratamiento. En cualquier caso, la temperatura máxima queda limitada en función del entorno y de la composición del cemento (ver UNE-EN 13369:2013).

Referencia:

AENOR (2013): UNE-EN 13369:2013 Reglas comunes para productos prefabricados de hormigón.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Un concurso de puentes de palillos sirve más que para soportar 1500 kg

IMG-20160512-WA0016Una de las actividades con más éxito que suelen celebrarse en muchas escuelas de ingeniería civil es el famoso concurso de puentes de palillos. La idea es sencilla. Con los mismos materiales y con unas reglas mínimas de diseño, se trata de ver qué estructura es la que más peso soporta. Ese fue el caso del Primer Concurso de Puentes de Palillos que tuvo lugar ayer en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia con motivo de la festividad del Santo Patrón y la Semana de la Ingeniería Civil. El diseño más resistente fue capaz de soportar más de 1500 kg. Sin embargo, ¿por qué tienen tanto éxito este tipo de eventos?

En primer lugar, es de las pocas veces que los alumnos abandonan el individualismo de los estudios y los exámenes y se incorporan a un reto común. Además, es divertido y se suma a una actividad lúdica donde el compañerismo entre alumnos (e incluso profesores) se hace patente. Por otra parte, vemos cómo algunos diseños de los alumnos de primer curso, que sin haber cursado estructuras se atreven con todo, dejan volar su imaginación e intuición. Tampoco es desdeñable la observación y la predicción por parte de muchos de cuál va a ser el motivo del fallo de la estructura y porqué. En fin, más de uno ha aprendido más estructuras en una tarde que en todo un cuatrimestre.

Curiosamente, algunos hijos pequeños y no tan pequeños de algunos profesores empezaron a «oler» lo que puede ser una profesión como la nuestra. No está mal en tiempos tan complicados como los que vivimos. ¡Enhorabuena a la Escuela y a la Delegación de Alumnos por esta iniciativa! Seguro que al año que viene vendrán mejores diseños, pues los equipos vendrán con la lección aprendida. Os dejo algunas fotografías y vídeos del evento (agradezco a la profesora María José Pelufo algunas de las fotografía, otras son mías).

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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.

 

 

User comments

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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