En esta entrada os dejo un vídeo de unos 5 minutos donde explico brevemente qué podéis encontrar en un blog pensado exclusivamente para la docencia de la asignatura “Procedimientos de Construcción“, perteneciente a los grados de ingeniero civil y de obras públicas (http://procedimientosconstruccion.blogs.upv.es/). Como podéis ver, este blog se encuentra bajo el paraguas institucional de la Universitat Politècnica de València. Espero que os interese y que hagáis buen uso de él. Detrás hay una fuerte dedicación en la elaboración y búsqueda de material útil a los estudiantes.
Las recientes reformas emprendidas en el sistema de educación superior de los países europeos a través del proceso de Bolonia pretenden asegurar la equiparación entre los títulos de grado. Una ventaja de este proceso es facilitar la movilidad de los profesionales entre los países europeos. Esto es especialmente importante en el escenario económico actual, en el que los jóvenes profesionales se encuentran con dificultades para iniciar su carrera profesional. A la luz de esta situación, este trabajo pretende identificar y comparar las dificultades percibidas por los estudiantes de ingeniería civil para entrar en el mercado laboral. Los datos para este estudio se recogieron de una encuesta realizada a 469 estudiantes españoles y franceses matriculados en títulos de grado en ingeniería civil. Un análisis estadístico de componentes principales redujo a seis las barreras percibidas por los estudiantes para entrar en el mercado de trabajo: la política económica del gobierno, barreras específicas en los estudios, el exceso de graduados, la estructura y las características del mercado de trabajo, la globalización de las brechas de trabajo y la formación . El análisis de varianza encontraron diferencias estadísticamente significativas en la percepción de estas barreras entre los estudiantes españoles y los franceses. Los estudiantes españoles dieron más importancia a las barreras externas y globales tales como las políticas del gobierno y la estructura del mercado de trabajo. Los estudiantes franceses se centraron en las barreras específicas, como las lagunas de formación y los obstáculos internos intrínsecos relacionados, entre otros, a su preferencia por puestos de trabajo sólo bien remunerados.
Referencia:
TORRES-MACHÍ, C.; DAHAN, A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2015). Comparative study of employability between Spanish and French Students in Civil Engineering. 9th International Technology, Education and Development Conference INTED 2015, Madrid, 2nd-4th of March, 2015, pp. 5060-5067. ISBN: 978-84-606-5763-7.
Los muros de contención de tierras constituyen una de las estructuras más frecuentes en la construcción de obras civiles y de edificación, siendo habitual la tipología de muros ménsula de hormigón armado. El proyecto de estos elementos de contención constituye un problema de interacción entre el suelo y la estructura cuya finalidad consiste en retener un material de forma suficientemente segura y económica.
Los muros se proyectan basándose en la validación de un diseño inicial que se modifica sucesivamente hasta cumplir con todas las exigencias. En primer lugar, se adopta una geometría previa empleando reglas de predimensionamiento sancionadas por la práctica o referencias de casos similares. Sobre este diseño tentativo se analiza el cumplimiento de determinados requisitos de seguridad (estabilidad y resistencia) y durabilidad. Si la estructura no cumple estos requerimientos, o si lo hace de forma muy holgada, se modifica el esquema inicial y se repite el proceso.
Diseño estructural por el método de prueba y error
Todo ello conforma un panorama de procedimientos artesanales de diseño alejados de una metodología objetiva en la elección de las dimensiones y los materiales. Tales métodos conducen a proyectos seguros estructuralmente, pero cuya economía queda muy ligada a la experiencia previa del ingeniero. Con todo, una estructura no sólo debe cumplir las condiciones de seguridad, calidad y funcionalidad, sino que además debe construirse al menor coste posible.
Algunos trabajos sobre optimización han tratado de resolver el diseño automatizado de estos problemas y buscar soluciones óptimas desde el punto de vista económico y medioambiental. Para aquellos que quieran profundizar en el tema, podéis consultar las referencias.
Pero, para los que queráis predimensionar rápidamente, os paso una serie de reglas prácticas que creo son de interés y que permiten realizar presupuestos y encajes rápidos para este tipo de estructuras, siempre dentro de rangos habituales o normales (entre 4 y 10 m). Llamamos altura total la distancia entre la parte inferior de la zapata y la parte superior del alzado.
“La zapata de un muro tendrá una longitud igual a las dos terceras partes de su altura total. El canto de la zapata y el espesor del alzado serán la décima parte de la altura total. La longitud del talón será la quinta parte de la altura total más 1 metro”.
“El volumen de hormigón necesario será la sexta parte del cuadrado de la altura total, repartido en proporción 3 a 2 entre el alzado y la zapata. Además, se precisan en torno a 60 kg de acero por cada metro cúbico de hormigón”.
YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PEREA, C.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2008). A Parametric Study of Optimum Earth Retaining Walls by Simulated Annealing. Engineering Structures, 30(3): 821-830. ISSN: 0141-0296.
YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J.; VILLALBA, P. (2012). CO2-Optimization Design of Reinforced Concrete Retaining Walls based on a VNS-Threshold Acceptance Strategy.Journal of Computing in Civil Engineering ASCE, 26 (3):378-386. DOI: 10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000140.
Una de las unidades de obra que más vidas se cobra es la excavación de zanjas. Se entiende por zanja una excavación larga y angosta realizada en el terreno. En los trabajos llevados a cabo en zanjas se producen con frecuencia accidentes graves o mortales a causa del desprendimiento de tierras. Por ello es necesario adoptar aquellas medidas que garanticen la seguridad de los trabajadores que tienen que llevar a cabo labores en el interior de las mismas . Con carácter general se deberá considerar peligrosa toda excavación que, en terrenos corrientes, alcance una profundidad de 0,80 m y 1,30 m en terrenos consistentes. Un buen monográfico al respecto es el elaborado por el Instituto Vasco de Seguridad y Salud Laborales, o este otro del Instituto Regional de Seguridad y Salud en el Empleo, de la Comunidad de Madrid. Por su interés, os recomiendo que os lo estudiéis atentamente.
Evidentemente, con una buena entibación y el buen juicio y la prudencia de las personas se pueden evitar muchos problemas. Aunque a veces, es suficiente con bermas y taludes adecuados. El desmoronamiento de una zanja afecta gravemente a la seguridad de los operarios que trabajan en ella. Para evitar accidentes es importante conocer el empuje de tierras a los que se somete una entibación para evitar su colapso. Con el objetivo de ayudar a entender de forma cualitativa a nuestros alumnos el comportamiento de la presión a la que está sometida una entibación en función del peso específico y ángulo de rozamiento interno del terreno y la profundidad a la que se encuentra dicha entibación, en la Universitat Politècnica de València se han desarrollado unos objetos de aprendizaje que permiten visualizar dicho comportamiento. Con todo, existen causas más importantes incluso que provocan el desmoronamiento de una zanja como es la heterogeneidad del terreno, la presencia de elementos intermedios (canalizaciones, etc), las acciones de agentes externos (trafico rodado, acopios) y las inclemencias del tiempo y condiciones climáticas. Por tanto, el modelo que os pasamos es, evidentemente, demasiado sencillo, pero permite una primera llamada de atención ante este grave problema. Como siempre, la experiencia y el buen juicio del responsable de la obra y de los operarios está por encima de cualquier otra consideración. Os paso a continuación este pequeño objeto de aprendizaje.
La forma de trabajar con ellos es muy sencilla. Se debe seleccionar: la profundidad de la zanja (valores entre 1 y 15 m), peso específico aparente del terreno (hasta 30 kN/m3) y ángulo de rozamiento interno del terreno (en grados sexagesimales, hasta un valor de 60º). No se admiten valores negativos. Espero que os guste. El enlace es: https://laboratoriosvirtuales.upv.es/eslabon/Entibacion/
Además, os paso varios vídeos al respecto. Espero que os sean de utilidad.
¿Cómo podemos averiguar la producción de una máquina en una obra? Muchas veces se cometen errores de bulto a la hora de establecer el volumen producido de los equipos por parte de los responsables de una obra. No es apropiado acudir a libros, folletos o incluso obras anteriores; tampoco es lo mismo una máquina que trabaje en solitario que un grupo de ellas que trabajen coordinadas. Cada obra tiene sus peculiaridades y es fácil cometer errores que pongan en riesgo la previsión de resultados correspondiente. En posts anteriores ya resaltamos la importancia de la productividad y del fondo horario de la maquinaria. No basta con conocer con precisión el coste horario de las máquinas, sino que es imprescindible conocer la producción de los equipos en nuestra obra para poder establecer el coste unitario correspondiente. Vamos, pues a dar una pincelada a estos conceptos. Para ello os dejo una presentación sobre la producción de los equipos que se basa en los apuntes de clase de la asignatura Procedimientos de Construcción. Espero que os guste este Polimedia divulgativo.
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.
Como ya va siendo habitual, me han invitado junto a otros profesores, a explicar a grupos de alumnos de bachillerato qué es la profesión de ingeniero de caminos y las ventajas de estudiar en la Universitat Politècnica de Valencia. Es una labor ilusionante, pues te permite reflexionar sobre la profesión y su futuro. Es posible que lo que expliquemos a nuestros alumnos se quede anticuado en cuanto pasen muy pocos años. Además, a veces es complicado ilusionar a jóvenes que ven en el sector de la construcción un sector caduco y sin futuro en nuestro país. Sin embargo, la fuerte vocación de la Escuela de Valencia hacia el exterior y la posibilidad de dobles titulaciones parece que es una vía atractiva para el futuro profesional. No olvidemos tampoco la acreditación ABET de la que disfruta el título.
Os dejo la presentación y un vídeo que pondremos en estas Jornadas de Puertas Abiertas 2015. Espero que os gusten.
Este es el paradigma de las obras: siempre existen personas mayores, normalmente jubilados, que desde la valla se pasan todo el día, día tras día, hasta acabar la obra, observando y criticando lo que ven y se hace. Si nuestros alumnos tuviesen el tiempo suficiente de ver una obra completa y se les comentara día a día los errores y las bondades de lo que allí ocurre, la experiencia conseguida sería magnífica.
Por ello, para asignaturas como “Procedimientos de Construcción”, muchas veces las explicaciones en clase serían insuficientes sin la experiencia de la visualización de las obras. Para ello nuestros alumnos tienen un trabajo de curso sobre la observación de una obra en concreto y su informe final. Aunque con la crisis actual, el tema se complica cada vez más.
Para hablar de este tema de las “vallas”, os dejo una charla de Juan José Rosas, ingeniero de caminos experto en geotecnica, que a través de su blog “Geojuanjo” nos deja periódicamente información y curiosidades sobre su especialidad. Os recomiendo que veáis este vídeo donde habla de la “observación” de las obras. Si no tenenos una “valla” cerca, lo mejor es Youtube, que es la “valla universal”.
Figura 1. http://www.tectonica-online.com/productos/2683/artificial_congelacion/#
Al excavar y estabilizar el suelo, aunque sea de forma provisional, una posibilidad consiste en congelar artificialmente el suelo, en especial, cuando estos son blandos y están saturados. Ello permite disponer de una pared provisional que impide el desmoronamiento del terreno.
El estudio de la congelación artificial del suelo precisa conocimientos en relación con las técnicas de congelación existentes, así como de las propiedades térmicas y geotécnicas del terreno. Este procedimiento constructivo precisa la participación de empresas especializadas. Aquí podéis descargar un documento donde se explica una aplicación práctica de la técnica.
Fundamento teórico
La estabilización temporal del terreno por congelación es una técnica empleada en minería desde mediados del siglo pasado. Se basa en la transformación del agua intersticial en hielo, que en ese estado actúa como elemento aglutinante de las partículas que componen el suelo.
Se consiguen así dos efectos, por una parte, un aumento de la resistencia del terreno y por otra una completa impermeabilidad que facilita durante un tiempo las condiciones de excavación. Pero al mismo tiempo, también se alteran otras condiciones geotécnicas que pueden afectar a estructuras contiguas a la obra, que en el proyecto previo han de ser estudiadas cuidadosamente.
Figura 2. Sistema de congelación de terrenos
Aplicabilidad
La congelación es adecuada en una gran variedad de suelos, incluso en casos donde las inyecciones y otros métodos no pueden ser utilizados. El requisito que plantea es la necesidad de que los suelos estén saturados de agua, ya que de lo contrario la técnica no mejora las características del terreno. Así, se podría congelar un terreno con un grado de saturación del 20%, pero en terrenos cohesivos la congelación no llega a ser del 100%, por lo que el tratamiento deja de ser eficiente.
Figura 3. http://teoriadeconstruccion.files.wordpress.com
Sistemas de congelación
El procedimiento pasa por instalar un conjunto de tubos o sondas de congelación por las que habrá de circular la sustancia refrigerante, con la disposición y separación entre sondas que aconsejen las condiciones de obra (profundidad de excavación, planta, etc.) y el terreno.
Figura 4. Esquema de congelación del terreno
Como sustancias refrigerantes pueden emplearse salmueras (con frecuencia, cloruro cálcico, aunque también se han utilizado cloruros de sodio, magnesio o litio), anhídrido carbónico (nieve carbónica), o nitrógeno líquido. Todas ellas presentan el mismo fundamento físico: la capacidad de absorción de calor de estas sustancias, al pasar de líquido a gas.
El método de instalación varía en función de si se recupera el elemento refrigerante (circuito cerrado) o no (circuito abierto). En el primer caso, ha de establecerse un circuito cerrado como el que se muestra en la figura. El fluido, en forma líquida, pasa por los tubos refrigerantes y al evaporarse a través de ellos absorbe calorías del terreno. Conseguido este efecto, la sustancia en forma de gas se hace pasar por un compresor que en combinación con un sistema refrigerador lo licua a baja temperatura, y después es conducida a un depósito, en el que es almacenada en forma líquida a alta presión. Desde este tanque el caudal se bombea a las sondas refrigerantes para ser reutilizado en un nuevo recorrido a través del circuito cerrado de congelación. La salmuera suele estar al menos a 5 °C por debajo de la mínima temperatura que debe alcanzarse, con puntos de congelación habituales entre -20 °C y -40 °C.
Cuando la congelación se aplica sin recuperar la sustancia refrigerante, esta (a menudo nitrógeno líquido), es transportada a pie de obra en camiones cisterna y desde ellos es bombeada a baja temperatura (» -196 °C), hacia las sondas o tubos congeladores de la instalación: el fluido, después de pasar a través de las sondas, ya evaporado se dirige hasta el final del circuito, en este caso abierto, del cual sale a la atmósfera en forma de gas a unos -60 °C de temperatura.
Figura 5. Congelación artificial del suelo usando nitrógeno líquido. Adaptado de Cashman y Preene (2012)
Este sistema resulta más caro que el anterior por no recuperarse la sustancia refrigerante, pero los efectos de congelación que se consiguen en la práctica son más rápidos.
Existe la opción de utilizar un procedimiento mixto. Consiste en combinar la capacidad frigorífica del nitrógeno líquido, para efectuar la congelación del terreno de forma rápida, y la economía de la salmuera, para el mantenimiento durante los trabajos de excavación y ejecución de la estructura. Para ello, los circuitos de sondas deben estar separados de forma que se puedan emplear ambos procedimientos.
Condiciones de ejecución
La elección del procedimiento y medios de congelación más efectivos, requiere el estudio del terreno y de la obra en tres etapas:
Estudio de viabilidad
Elección del sistema
Ejecución y control
El estudio de viabilidad decide la factibilidad de la congelación y definir qué tipo de acciones se deben adoptar si se necesitan medidas correctoras del terreno. Obviamente, se debe comenzar con el conocimiento hidrogeológico del terreno y del entorno afectado por la congelación. En este estudio, los parámetros térmicos y geotécnicos del suelo durante todo el proceso son los que presentan un mayor interés.
Es conveniente conocer el volumen y las condiciones del agua que entre en contacto con el material congelado debido al calor proporcionado y a los efectos de la velocidad de circulación. A partir de velocidades de 1,5 – 2 m/día, la congelación no es posible con nitrógeno líquido. Con esas velocidades altas se puede inyectar el terreno para mejorar la eficiencia del tratamiento. La congelación suele ser factible en suelos saturados, aunque también se podría emplear en suelos con grados muy bajos de saturación (10%).
El estudio de viabilidad decide el sistema de congelación y la mejor disposición de los tubos para adaptarse a las condiciones del terreno. Se recurre a superficies cilíndricas, de sección circular o elíptica, para que los esfuerzos generados en el material congelado sean de compresión. El análisis térmico permite seleccionar la disposición más favorable de las sondas, la potencia del equipo de congelación y el tiempo de trabajo necesario para lograr la congelación.
Las sondas termométricas permiten el control de la temperatura en el interior del suelo congelado. De esta forma se controla la evolución de la congelación durante la excavación y determinar la potencia frigorífica necesaria. Por tanto, la congelación se realiza en dos etapas, la etapa activa, que congela el terreno para formar la pantalla, y la etapa pasiva, donde se mantiene estable el espesor congelado.
La resistencia de un suelo congelado la determina la cohesión y el ángulo de rozamiento. Pero estos parámetros varían según la temperatura y el tiempo, con leyes diferentes en función de la composición del suelo y de la duración de la carga aplicada.
Ventajas y limitaciones
La congelación del terreno permite acortar plazos cuando es importante la cantidad de agua en una excavación, siendo un método aplicable a una gran variedad de suelos. Sin embargo, su ejecución precisa empresas especializadas que, junto a su coste, han limitado su uso en España. Asimismo, en el caso de gravas con un flujo de agua considerable, se requiere una inyección previa. Por último, el asiento producido tras la descongelación del terreno puede ser significativo.
Os dejo aquí un caso real en Varsovia de aplicación de la congelación del terreno.
Os dejo a continuación un vídeo que os he preparado para explicar este procedimiento constructivo. Espero que os guste.
En el siguiente vídeo se muestra un proyecto de congelación, para la posterior construcción de un túnel.
Referencias:
CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater Lowering in Construction: A Practical Guide to Dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia.
MUZÁS, F. (1980). El frío, la helada, congelación de terrenos. Capítulo 16 de Geotecnia y Cimientos III, de J.A. Jiménez Salas, Ed. Rueda.
MUZÁS, F. (1980). Congelación artificial del terreno.IV Curso sobre Técnicas de Mejora del Terreno. Valencia, 16 de octubre. (link)
¿Quién se atreve a construir infraestructuras en época de crisis? La Gran Depresión americana no supuso impedimento para realizar una de las obras de infraestructuras más importantes del mundo en aquel momento: la Presa Hoover.
La Presa Hoover es una presa de hormigón de arco-gravedad, ubicada en el curso del río Colorado, en la frontera entre los estados de Arizona y Nevada (EE. UU.). Está situada a 48 km al sureste de Las Vegas. La presa tiene una altura de 221,4 m y una longitud de 379,2 m. Se tuvieron que emplear 3,33 millones de metros cúbicos de hormigón, conformando un grosor en la base de 200 m y de solo 15 m en coronación. El nombre de la presa se debe a uno de sus impulsores, Herbert Hoover, que llegó a ser Presidente de Estados Unidos. La construcción comenzó en 1931 y fue completada en 1936, dos años antes de lo previsto. El lago creado aguas arriba recibe el nombre de Lago Mead, en honor de Elwood Mead, ingeniero que previó la necesidad de la presa.
El día 11 de marzo de 1931 se firmó el contrato de arrendamiento a seis empresas constructoras para la creación de la Hoover Dam. Durante los siguientes cinco años, un total de 21.000 hombres trabajaron sin cesar para producir la que sería la presa más grande de su tiempo, así como una de las mayores estructuras hechas por el hombre en el mundo. Antes de dar comienzo a los trabajos sobre el terreno había que resolver no únicamente la cuestión del transporte de materiales, sino también la organización de las plantillas de obreros, que se encontrarían en una zona situada en pleno desierto, aún más inhóspita por el hecho de que la construcción de la presa debía iniciarse a 224 m bajo el borde del cañón.
Se construyeron dos ataguías para aislar y proteger la obra de las inundaciones. Tras completar los túneles del lado de Arizona y de desviar el río, lo trabajos adquirieron un ritmo más rápido. La excavación de la presa se realizó sobre roca sólida, retirándose un total de unos 1.150.000 m³ de material. Para desviar el flujo del río alrededor de la obra de construcción, se construyeron cuatro túneles de derivación por las paredes del cañón de 17 m de diámetro, dos sobre el lado de Nevada y dos sobre el lado de Arizona. Su longitud total de los túneles fue de casi 4880 m.
En la construcción de la presa se tuvo que afrontar un problema muy importante, que era disipar el calor producido por el curado del hormigón. Los ingenieros calcularon que si la presa fuera construida en un solo bloque, el hormigón habría necesitado 125 años para enfriarse a temperatura ambiente. Las tensiones resultantes habrían agrietado la presa y esta se habría destruido. Por ello su construcción se hizo en ménsulas trapezoidales y se tuvo que acelerar la refrigeración del hormigón con tubos de acero de una pulgada por donde circulaba el agua del río. Según se enfriaban los bloques, las tuberías de refrigeración se cortaban y se rellenaba de lechada. En total hicieron falta casi 1.000 km de tuberías para enfriar toda la estructura.
En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica. Estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria que posee la masa de agua de un cauce natural en virtud de un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica, la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.
Podemos clasificar las centrales hidroeléctricas en tres tipos: de embalse, fluyentes o de pasada, y de bombeo:
En las centrales de embalse, el esquema funcional incluye una presa, que intercepta la corriente de agua y permite que se acumule el agua alcanzando la misma una determinada cota o altura. El agua fluye del embalse, por acción de la gravedad, viaja a través de una tubería de descarga hasta las máquinas de la central, donde mediante turbinas hidráulicas se produce la electricidad en alternadores.
Las centralesfluyentes o de pasada. Estas funcionan igual que las centrales hidroeléctricas de embalse, pero no tienen capacidad de almacenamiento del agua.
Las centrales reversibles o de bombeo, constan de dos embalses situados a distintas cotas y sus máquinas tienen la peculiaridad de poder funcionar indistintamente como turbinas y como bombas. En los momentos en que el sistema eléctrico demanda más electricidad, el agua del embalse superior se turbina al embalse inferior generando electricidad. Cuando la demanda de energía eléctrica es baja, el agua es bombeada al embalse superior.
Pero quizás sea mejor ver unos vídeos explicativos sobre el tema. Espero que os gusten.
