ingeniería – Página 4 – El blog de Víctor Yepes

Mantenimiento preventivo sostenible de estructuras de edificios de hormigón tipo MMC en un entorno adverso

Acaban de publicarnos en la revista Journal of Building Engineering, que está en el primer decil del JCR, un artículo sobre el mantenimiento preventivo y sostenible de los métodos modernos de construcción en entornos hostiles. Estos métodos, conocidos como “construcción inteligente“, son alternativas a la construcción tradicional. El gobierno del Reino Unido utilizó este término para describir una serie de innovaciones en la construcción de viviendas, la mayoría de las cuales se basan en tecnologías de construcción en fábrica. Este concepto abarca una amplia gama de tecnologías basadas en la fabricación modular, ya sea en el lugar de construcción o en otra ubicación, y está revolucionando la forma en que se construyen edificios de manera más rápida, rentable y eficiente. También se conoce comúnmente como construcción “off-site”. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

La industria de la construcción desempeña un papel significativo en la presión medioambiental, atribuido principalmente a su importante consumo de recursos, impulsado sobre todo por el auge de la construcción residencial. Los Métodos Modernos de Construcción (MMC) presentan un paradigma innovador para diseñar y construir infraestructuras y edificios de forma más eficiente, utilizando materiales convencionales con técnicas no convencionales. El artículo pretende aplicar este enfoque a una estructura de edificación basada en MMC, minimizando el impacto de su ciclo de vida mediante la optimización del consumo de materiales de construcción, con especial atención a los efectos de la fase de mantenimiento desde un punto de vista preventivo. Este estudio se centra en la evaluación de la sostenibilidad de los forjados planos de hormigón armado que emplean un sistema de cuerpo estructural hueco, haciendo hincapié explícitamente en los factores de agresividad ambiental que contribuyen a la corrosión, como la carbonatación y los cloruros. La investigación explora diez opciones de diseño para un edificio residencial público frente al mar, examinando su impacto en la economía, el medio ambiente e incluso la sociedad en lo que respecta a los ciclos de mantenimiento necesarios a lo largo de la vida útil de la estructura, en función de la estrategia preventiva empleada para cada diseño. Para evaluar la sostenibilidad de estas opciones, los investigadores emplearon una combinación del método del mejor-peor (BWM) y la técnica VIKOR, teniendo en cuenta nueve criterios relacionados con la sostenibilidad. El estudio concluyó que el hormigón con un 5% de humo de sílice es la opción más rentable y respetuosa con el medio ambiente, y que la impregnación hidrófoba reduce el impacto social. Sin embargo, en comparación con las evaluaciones unidimensionales y bidimensionales, el estudio demuestra la importancia de considerar simultáneamente los impactos económicos, medioambientales y sociales del ciclo de vida de un diseño para lograr la sostenibilidad en el mantenimiento con una visión holística. Este enfoque condujo a una calificación de sostenibilidad un 86% más alta para un diseño que utilizaba cemento sulforresistente en la mezcla de hormigón que la opción de partida.

Aspectos destacables:

El estudio evalúa el impacto en el ciclo de vida de diez opciones de diseño mejoradas para un módulo hotelero de tres pisos en un entorno costero, con el objetivo de mejorar la durabilidad y reducir las necesidades de mantenimiento a lo largo de la vida útil de la estructura.
Los resultados óptimos se obtienen del intervalo de mantenimiento preventivo, lo que hace hincapié en la importancia de las estrategias de mantenimiento proactivo para mejorar la sostenibilidad y la longevidad de las estructuras de construcción de hormigón basadas en MMC.
El documento proporciona evaluaciones exhaustivas del ciclo de vida según las normas ISO 14040, que abordan las tres dimensiones simultáneamente, ofreciendo una visión holística del desempeño en materia de sostenibilidad en los proyectos de construcción.
Al centrarse en el mantenimiento preventivo, la investigación destaca el potencial de obtener beneficios ambientales y económicos a largo de un período de 50 años, ya que contribuyen a la sostenibilidad general de las estructuras de los edificios en entornos hostiles.
Al incorporar las opiniones de expertos a través del método de toma de decisiones multicriterio de BMW, el estudio proporciona un análisis completo de varios aspectos de la sostenibilidad en los proyectos de construcción, promoviendo prácticas de toma de decisiones sostenibles en la industria.
Los resultados subrayan la importancia de la toma de decisiones sostenibles en la construcción, en consonancia con los esfuerzos mundiales para reducir el impacto ambiental y promover prácticas ecológicas en la industria.
La investigación hace hincapié en la importancia de las estrategias de mantenimiento preventivo sostenibles para mejorar la longevidad y la sostenibilidad de las estructuras de construcción de hormigón basadas en el MMC, y destaca los beneficios de los enfoques de mantenimiento proactivo.

Podéis descargar el artículo gratuitamente al tratarse de una publicación en acceso abierto:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352710224017236

Abstract:

The construction industry plays a significant role in environmental strain, attributed mainly to its substantial resource consumption, primarily driven by the surge in residential construction. Modern Methods of Construction (MMC) presents an innovative paradigm for designing and constructing infrastructure and buildings more efficiently, using conventional materials with unconventional techniques. The article aims to apply this approach to an MMC-based building structure, minimizing its life cycle impact by optimizing the consumption of building materials, with particular attention to the effects of the maintenance phase from a preventive point of view. This study focuses on assessing the sustainability of reinforced concrete flat slabs, employing a hollow structural body system, explicitly emphasizing environmental aggressiveness factors contributing to corrosion, such as carbonation and chlorides. The research explores ten design options for a waterfront public residential building, examining their impact on the economy, the environment, and even society, regarding the maintenance cycles required over the structure’s lifetime, depending on the preventive strategy employed for each design. In assessing the sustainability of these options, researchers employed a combination of the best-worst method (BWM) and the VIKOR technique, considering nine criteria related to sustainability. The study found that 5% silica fume concrete is the most cost-effective and environmentally friendly option, with hydrophobic impregnation reducing social impacts. However, compared to one— and two-dimensional evaluations, the study demonstrates the importance of simultaneously considering a design’s life cycle’s economic, environmental, and social impacts to achieve sustainability in maintenance with a holistic view. This approach led to an 86% higher sustainability rating for a design using sulforesistant cement in the concrete mix than the baseline.

Keywords:

Modern Methods of Construction; Life Cycle Assessment; Sustainable design; Multi-criteria Decision-making; Preventive maintenance; Corrosion

Reference:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2024). Sustainable preventive maintenance of MMC-based concrete building structures in a harsh environment. Journal of Building Engineering,95:110155. DOI:10.1016/j.jobe.2024.110155

Como el artículo se encuentra en abierto, os lo podéis descargar aquí:

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Puesta en obra del hormigón en tiempo frío

Figura 1. Hormigonado en tiempo frío. https://www.cotecno.cl/precauciones-para-el-hormigonado-en-climas-frios/

El hormigón no adquiere la resistencia necesaria si el fraguado y el primer endurecimiento se producen a temperaturas muy bajas. Esto se debe principalmente a la acción expansiva del agua intersticial. En el mejor de los casos, se observa una disminución en la velocidad de hidratación de los componentes activos del cemento, como se explicó en un artículo anterior sobre los efectos del frío en el fraguado del hormigón.

En condiciones de frío, el hormigón debe colocarse en los encofrados y compactarse de manera rápida y sin interrupciones. Antes de verter el hormigón, se debe retirar toda la nieve, el hielo, la escarcha y el agua derretida del equipo, el encofrado y el terreno donde se coloque. Para ello, se pueden utilizar chorros de aire caliente. A menos que el área de trabajo esté cubierta, se debe limpiar inmediatamente antes de verter el hormigón.

La temperatura de las superficies que estén en contacto con el hormigón fresco (equipos de colocación, encofrados, terreno) no debe ser inferior a 3 °C ni superar la temperatura del hormigón en más de 5 °C. La superficie del terreno de cimentación puede descongelarse cubriéndola con material aislante durante unos días, pero en la mayoría de los casos es necesario aplicar calor externo con aire seco, ya que el vapor puede hacer que el agua se condense y posteriormente se congele. Se recomienda el uso de encofrados de madera. Los equipos de colocación y los encofrados metálicos pueden estar dotados de aislamiento térmico (más espesor en las esquinas) o pueden precalentarse.

La temperatura de las armaduras también debe ser ligeramente superior a 0 °C cuando se vierte el hormigón. Colocar el hormigón en zonas con alta concentración de armaduras a temperaturas muy bajas puede causar la congelación local del hormigón alrededor de las barras, lo que puede disminuir la adherencia si esta persiste después de la vibración. Si se calientan las armaduras, este proceso no debería afectar a las propiedades del acero.

Se recomienda evitar el uso de canaletas y cintas transportadoras, a menos que estén debidamente aisladas. Estos elementos tienden a perder una gran cantidad de calor y pueden formar hielo durante los intervalos de colocación.

En general, se suspenderá el hormigonado o se adoptarán medidas especiales si se prevé que la temperatura pueda descender por debajo de 0 °C en las próximas 48 horas. Dado que la temperatura del hormigón durante el fraguado depende del tipo de cemento y del espesor de las partes o piezas a hormigonar, estas medidas se implementarán si, a las nueve de la mañana (hora solar), se registran temperaturas inferiores a las siguientes, de acuerdo con los tipos de obras:

Para estructuras de hormigón con cemento Portland:

4 °C para estructuras ordinarias sin más condiciones.
1 °C para estructuras de gran masa o con protección aislante.

Para estructuras de hormigón con cemento siderúrgico o puzolánico:

9 °C para estructuras ordinarias sin más condiciones.
6 °C para estructuras de gran masa o con protección aislante.

No obstante, si se produce una helada justo después de verter el hormigón y antes de que fragüe, el problema es reversible. En este caso, el fraguado no ha comenzado porque el agua se ha congelado y, una vez que el hielo se derrita, el hormigón podrá fraguar normalmente, previa nueva vibración. Por ejemplo, tomando valores aproximados, a una temperatura de 5 °C, el tiempo de fraguado es de unas 14 horas, mientras que a 20 °C se reduce a 6 horas y a 40 °C a apenas 1,5 horas.

Es necesario asegurarse de que el hormigón no se coloque en los encofrados a un ritmo superior al que permite su correcta compactación y acabado final. En la puesta en obra del hormigón en forjados y elementos superficiales, es fundamental realizar la colocación en frentes reducidos.

Una alternativa para superar los problemas derivados del hormigonado en tiempo frío consiste en calentar el hormigón antes de su colocación o las armaduras o moldes que lo recibirán, así como en usar protecciones aislantes suficientes para evitar una pérdida excesiva de calor. También se pueden calentar los áridos, el agua o la mezcla en la hormigonera. Si se calienta el agua, algo que resulta especialmente útil, su temperatura no debe superar los 70 °C para evitar un fraguado rápido. Este calentamiento suele requerir un mayor tiempo de amasado para evitar la formación de grumos. Además, se recomienda utilizar bajas relaciones agua/cemento y cementos de alto calor de hidratación. Si el encofrado actúa como aislante, como en el caso de la madera, se puede retrasar el proceso de desencofrado para retener el calor durante el mayor tiempo posible.

El problema descrito se agrava si, además de las bajas temperaturas, se presentan fuertes vientos, lluvias, humedad, u otras condiciones climáticas adversas.

El Código Estructural establece las condiciones para hormigonar en tiempo frío en su artículo 52.3.1:

“La temperatura de la masa de hormigón, en el momento de verterla en el molde o encofrado, no será inferior a 5 °C.

Se prohíbe verter el hormigón sobre elementos (armaduras, moldes, etc.) cuya temperatura sea inferior a cero grados centígrados.

En general, se suspenderá el hormigonado siempre que se prevea que, dentro de las cuarenta y ocho horas siguientes, pueda descender la temperatura ambiente por debajo de los cero grados centígrados.

En los casos en que, por absoluta necesidad, se hormigone en tiempo de heladas, se adoptarán las medidas necesarias para garantizar que, durante el fraguado y primer endurecimiento de hormigón, no se producirán deterioros locales en los elementos correspondientes, ni mermas permanentes apreciables de las características resistentes del material. En el caso de que se produzca algún tipo de daño, deberán realizarse los ensayos de información necesarios para estimar la resistencia realmente alcanzada, adoptándose, en su caso, las medidas oportunas.

El empleo de aditivos aceleradores de fraguado o aceleradores de endurecimiento o, en general, de cualquier producto anticongelante específico para el hormigón, requerirá una autorización expresa, en cada caso, de la dirección facultativa. Nunca podrán utilizarse productos susceptibles de atacar a las armaduras, en especial los que contienen ion cloro”.

Los comentarios a este artículo dicen lo siguiente:

“Se entiende por tiempo frío el periodo durante el cual existe, durante más de tres días, las siguientes condiciones:

- - la temperatura media diaria del aire es inferior a 5 °C,
  - la temperatura del aire no supera los 10 °C durante más de la mitad del día.

La hidratación de la pasta de cemento se retrasa con las bajas temperaturas. Además, la helada puede dañar de manera permanente al hormigón poco endurecido si el agua contenida en los poros se hiela y rompe el material. En consecuencia, deben adoptarse las medidas necesarias para asegurar que la velocidad de endurecimiento es la adecuada y que no se producen daños por helada.

Cuando existe riesgo de acción del hielo o de helada prolongada, el hormigón fresco debe protegerse mediante dispositivos de cobertura o aislamiento, o mediante cerramientos para el calentamiento del aire que rodee al elemento estructural recién hormigonado, en cuyo caso deberán adoptarse medidas para mantener la humedad adecuada”.

Os dejo un vídeo al respecto del hormigonado al tiempo frío.

También comparto un artículo que, espero, sea de vuestro interés.

Descargar (PDF, 685KB)

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

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.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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De «Fundación» de Asimov, a los Beatles y los atardeceres de Formentera a los desafíos de la ingeniería civil

Paola Villalba (Universidad Central del Ecuador) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)

Es muy agradable ver cómo desde la Universitat Politècnica de València se ponen en marcha iniciativas para divulgar el trabajo que realizan los que trabajamos en ella. En este caso, la iniciativa se llama “Revisado por pares”, dirigido por el periodista Luis Zurano, que presenta también con Celia Marín. Este espacio cuenta con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) del Ministerio de Ciencia e Innovación. Se trata de una serie de podcasts que realiza nuestra universidad, donde:

“Queremos conocer al personal investigador de la UPV: sus trayectorias profesionales, qué les decantó por la ciencia y la investigación, los entresijos de la carrera científica… Dale al play y conoce, de dos en dos, a un investigador y una investigadora de la UPV“.

Os paso el enlace y el texto donde podéis ver este tipo de publicaciones: https://podcast.upv.es/programa/revisado-por-pares/

Esta nueva entrega de Revisado por pares tiene como protagonistas a Víctor Yepes y Paola Villalba. Víctor es catedrático de la UPV e investigador del Instituto ICITECH y uno de los científicos de referencia en nuestro país de la ingeniería civil. Mientras, Paloma es doctoranda de la UPV también en el ICITECH, donde llegó procedente de la Universidad Central del Ecuador.

En este podcast, descubrimos un poco de su lado más personal, viajando a Formentera y Florencia y hablando también de los Beatles o de Fundación de Isaac Asimov, entre otras muchas cuestiones. Hablamos también de su trayectoria, de profesores y profesoras que les marcaron. Y abordamos los retos y desafíos de la ingeniería civil y las claves para dedicarse al “apasionante” mundo de la investigación.

Lo podéis escuchar aquí:

Premio para Mehrdad Hadizadeh-Bazaz en el IX Encuentro de Estudiantes de Doctorado

Quisiera felicitar públicamente a nuestro estudiante de doctorado Mehrdad Hadizadeb-Bazaz por su Premio al mejor trabajo en la modalidad de póster otorgado por la Escuela de Doctorado de la Universitat Politècnica de València, dentro del IX Encuentro de Estudiantes de Doctorado. Tengo el honor y el placer de dirigir su tesis doctoral junto con el profesor Ignacio J. Navarro. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal. Es el segundo año consecutivo que Mehrdad consigue este premio.

Hoy en día, debido a los elevados costes de construcción, reparación y mantenimiento de grandes estructuras como los puentes, así como la creciente atención al ciclo de vida sostenible en todas las etapas, desde el diseño hasta el final de su vida útil, es crucial emplear diversos métodos para identificar daños y evaluar su eficacia en diferentes estructuras y condiciones. Esto no solo puede aumentar la vida útil de las estructuras y reducir los costes, sino también minimizar el impacto ambiental y social.

En este estudio, se examina la precisión de diversos métodos de detección de daños, tanto dinámicos como no destructivos, para identificar la magnitud, ubicación y momento en que se produce el daño en la estructura a lo largo de su vida útil. Se evalúa la precisión y posibles variaciones de cada uno de los métodos de detección de daños en distintos entornos, especialmente en ambientes costeros y ambientes agresivos. Además, se realiza una evaluación del desempeño y comparación de diferentes métodos de detección de daños no destructivos, teniendo en cuenta casos de sostenibilidad de diseño y evaluación del ciclo de vida, incluyendo aspectos económicos, ambientales e impactos sociales.

Os dejo el póster completo, para que lo podáis leer.

Descargar (PDF, 830KB)

Referencias:

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Life Cycle Assessment of a Coastal Concrete Bridge Aided by Non-Destructive Damage Detection Methods. Journal of Marine Science and Engineering, 11(9):1656. DOI:10.3390/jmse11091656

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Life-cycle cost assessment using the power spectral density function in a coastal concrete bridge. Journal of Marine Science and Engineering, 11(2):433. DOI:10.3390/jmse11020433

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Power Spectral Density method performance in detecting damages by chloride attack on coastal RC bridge. Structural Engineering and Mechanics, 85(2):197-206. DOI:10.12989/sem.2023.85.2.197

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Performance comparison of structural damage detection methods based on Frequency Response Function and Power Spectral Density. DYNA, 97(5):493-500. DOI:10.6036/10504

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¡Portada en Nature! Investigadores de la UPV idean un nuevo método de diseño de edificios que evita colapsos catastróficos

De vez en cuando se recibe una buena noticia que marca un punto de inflexión en la investigación. Es un honor para mí pertenecer al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia. En este contexto, el equipo del catedrático José Miguel Adam ha logrado un hito al publicar un artículo en la revista de mayor impacto por excelencia: NATURE. No solo eso, sino que, además, es portada de dicha revista. Mi más sincera enhorabuena a José Miguel y a su equipo. Os paso la noticia completa.

Un equipo del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València (UPV) ha publicado en Nature los últimos resultados de su “radical” propuesta para conseguir edificios ultrarresistentes, que sean capaces de aguantar situaciones extremas causadas por desastres naturales –riadas, inundaciones, deslizamiento de laderas…- explosiones, su propio envejecimiento, o un mantenimiento y conservación inadecuados. Esta propuesta añade al diseño de la estructura de los edificios una última línea de defensa para evitar colapsos catastróficos.

El nuevo método se inspira en cómo los lagartos se protegen de los depredadores al liberar sus colas cuando son atacados.

Los métodos de diseño actuales se basan en mejorar la conectividad entre los componentes de la estructura. En el caso de que algún componente falle, esta conectividad permite que las cargas que soportaban los componentes que fallan se redistribuyan al resto del sistema estructural. Aunque estos métodos resultan eficaces en el caso de pequeños fallos iniciales, pueden aumentar el riesgo de colapso progresivo tras grandes fallos iniciales, conduciendo así a colapsos completos o de gran magnitud. Así sucedió, por ejemplo, en las Champlain Towers y en el derrumbe de un edificio en Peñíscola en 2021, o en la ciudad iraní de Abadan en 2022. Y esto es lo que evita la propuesta surgida del ICITECH de la UPV.

“Nuestro novedoso método de diseño proporciona una solución para superar esta alarmante limitación y conseguir edificios más resilientes, capaces de aislar el colapso a solo la parte de la estructura que ha sufrido el fallo inicial, y salvaguardar el resto del edificio. El nuevo método de diseño ha sido verificado con un ensayo sobre un edificio real. Por tanto, se trata de la primera solución contra la propagación de colapsos en edificios tras grandes fallos iniciales que ha sido probado y verificado a escala real. Con la aplicación del nuevo método de diseño se conseguirá prevenir colapsos catastróficos, protegiendo así vidas humanas y minimizando los costes materiales que supondría un colapso completo de la estructura”, destaca José M. Adam, coautor de la publicación con Nirvan Makoond, Andri Setiawan y Manuel Buitrago; todos ellos miembros del ICITECH de la UPV.

Unos “fusibles” evitan el colapso total

La clave del método ideado por el equipo de la UPV reside en usar el concepto de fusible estructural, que permite aislar las partes dañadas de un edificio con el fin de evitar la propagación de grandes fallos a toda la construcción.

“Esta nueva filosofía es parecida a la forma en que las redes eléctricas se protegen frente a sobrecargas, al conectar diferentes segmentos de la red mediante fusibles eléctricos. Con nuestros diseños, el edificio presenta continuidad estructural bajo condiciones normales de funcionamiento, pero se segmenta cuando la propagación de un fallo es inevitable, reduciendo así el alcance del colapso y evitando el derrumbe total”, apunta Nirvan Makoond.

“La implementación del método repercutirá levemente, o incluso de forma despreciable, en el coste de la estructura, ya que utiliza detalles constructivos y materiales convencionales”, señala Andri Setiawan.

En su estado de desarrollo actual, el nuevo diseño de estos investigadores se puede aplicar a prácticamente cualquier edificio de nueva construcción. “Su eficacia ha sido verificada y demostrada para edificios con estructura prefabricada de hormigón. Actualmente, trabajamos en la aplicación de la metodología a edificios ejecutados con hormigón in situ y a edificios con estructura de acero”, concluye Manuel Buitrago.

Validado en un ensayo pionero a nivel mundial

El desarrollo de este nuevo método de diseño es uno de los resultados más destacados hasta la fecha del proyecto Endure, financiado por el European Research Council – ERC (Consejo Europeo de Investigación) con una ayuda Consolidator Grant de más de 2,5 millones de euros. Fue precisamente en el marco de este proyecto donde se llevó a cabo, en junio del año pasado, un ensayo pionero a nivel mundial que permitió validar sus prestaciones. Las pruebas se hicieron con un edificio completo, a escala real, en el que un gran fallo inicial en la estructura se aisló en una parte del edificio, evitando su propagación a toda la estructura. Cabe resaltar que la investigación se lleva a cabo al 100% en la UPV, siendo los cuatro autores de la publicación investigadores también de la UPV.

Portada de Nature

Nature ha publicado el trabajo del equipo del Instituto ICITECH de la UPV en la portada de su número de hoy. Además, es la primera vez que la revista publica un artículo de investigación en el campo del diseño y construcción de edificios.

Primeros pasos gracias a un proyecto financiado por la Fundación BBVA

El germen de este proyecto surgió de una Beca Leonardo que en 2017 otorgó la Fundación BBVA a José M. Adam. Ahora, siete años más tarde, el investigador del ICITECH – UPV continua con este proyecto revolucionario, de la mano del Consejo Europeo de Investigación, que permitirá levantar edificios más seguros y salvar vidas humanas.

Endure se desarrollará hasta 2026 en el laboratorio de estructuras del ICITECH de la Universitat Politècnica de València, uno de los mayores de Europa para el ensayo de grandes elementos estructurales.

Referencia

Makoond, N., Setiawan, A., Buitrago, M. et al. Arresting failure propagation in buildings through collapse isolation. Nature 629, 592–596 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07268-5

Os dejo el vídeo y el artículo completo, pues está publicado en abierto.

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Investigación sobre la optimización de las emisiones de carbono en proyectos internacionales de construcción

Acaban de publicarnos un artículo en Scientific Reports, revista indexada en el JCR. El documento enfatiza la importancia de contar con modelos de evaluación sólidos para abordar las emisiones y de carbono en los proyectos internacionales. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El trabajo presenta el proyecto del puente marítimo de Suramadu en Indonesia, construido según el modelo EPC por el gobierno chino, y muestra las especificaciones de diseño detalladas y los procesos de construcción. Además, establece un modelo de evaluación de las emisiones de carbono de los proyectos de inversión internacionales, que integra ocho etapas para analizar las fugas de carbono, destacando la importancia de evaluar con precisión las emisiones de carbono en los proyectos internacionales.

De Sakurai Midori – Trabajo propio, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8028163

El documento contribuye al demostrar la fiabilidad y la naturaleza científica de los datos de evaluación mediante la combinación de la bibliografía, la evaluación y el acoplamiento multidisciplinario de modelos matemáticos, lo que contribuye a la formulación de políticas de emisiones y aranceles al carbono.

Analiza de manera innovadora los complejos efectos de acoplamiento de varios datos e indicadores de incertidumbre en los proyectos internacionales, proporcionando modelos y evaluaciones precisos de los efectos interactivos, algo esencial para los responsables políticos.

Abstract:

Due to the rapid economic development of globalization and the intensification of economic and trade exchanges, cross-international and regional carbon emissions have become increasingly severe. Governments worldwide establish laws and regulations to protect their countries’ environmental impact. Therefore, selecting robustness evaluation models and metrics is an urgent research topic. This article proves the reliability and scientificity of the assessment data through literature coupling evaluation, multidisciplinary coupling, mathematical model, and international engineering case analysis. The innovation of this project’s research lies in the comprehensive analysis of the complex coupling effects of various discrete data and uncertainty indicators on the research model across international projects and how to accurately model and evaluate interactive effects. This article provides scientific measurement standards and data support for governments worldwide to formulate carbon tariffs and carbon emission policies. Case analysis data shows that the carbon emission ratio of exporting and importing countries is 0.577:100; the carbon trading quota ratio is 32.50:100.

Keywords:

Construction industry, Environmental impact, Carbon trading, Model evaluation.

Reference:

ZHOU, Z.; WANG, Y.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects. Scientific Reports, 14: 10752. DOI:10.1038/s41598-024-59531-4

Como el artículo está publicado en abierto, os lo paso para su descarga:

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Optimización de los costes de fabricación de vigas híbridas de chapa de acero soldadas

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Advances in Civil Engineering (revista indexada en el JCR) donde se optimizan las vigas de acero híbridas para minimizar los costos de fabricación. El estudio se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El objetivo del artículo es optimizar las vigas de acero híbridas transversal-longitudinalmente (TLH) para minimizar los costos de fabricación, basándose en investigaciones anteriores sobre vigas híbridas transversalmente. Explora la ubicación de los puntos de transición en las vigas TLH para maximizar las ventajas de la configuración mecánica, y ofrece recomendaciones para establecer transiciones y configuraciones de acero en función de los niveles de tensión y las longitudes de los elementos.

La metodología implica definir estudios de casos, modelar estructuras híbridas transversales y longitudinalmente, formular un problema de optimización para explorar las configuraciones de TLH y establecer restricciones de diseño. El estudio utiliza técnicas de optimización para determinar el número y las posiciones óptimos de los puntos de transición a lo largo del elemento, así como las configuraciones de los materiales para los diferentes tramos de vigas TLH.

Las conclusiones más importantes de este trabajo son las siguientes:

El estudio muestra los beneficios económicos de las vigas de acero híbridas transversal-longitudinalmente (TLH) en comparación con los diseños homogéneos tradicionales y optimizados, y muestra una reducción de costos de fabricación de más del 50%.
Se ha descubierto que las configuraciones TLH son más eficaces para elementos de mayor envergadura, con recomendaciones específicas para los puntos de transición y las configuraciones de materiales en función de los niveles de tensión.
La metodología propuesta ofrece un enfoque de diseño sostenible al optimizar los elementos del TLH para mejorar los índices económicos y las consideraciones ambientales, lo que allana el camino para futuras investigaciones sobre el comportamiento estructural, el análisis conjunto y la implementación más amplia de criterios de sostenibilidad.

Abstract:

I-section girders with different types of steel in the flanges and web (fyf > fyw, respectively) are known as transverse hybrid girders. These have proven to be more economical than their homogeneous counterparts. However, the use of hybrid configurations in the longitudinal direction of the element has yet to be studied. This paper uses optimization techniques to explore the possibility of constructing transverse and longitudinally hybrid (TLH) steel girders. The optimization objective is to minimize the manufacturing cost, including seven activities besides the material cost. The geometrically double symmetric I-girder design subjected to a uniform transverse load is performed using Eurocode 3 specifications. Nine case studies are implemented, varying the element span (L) and the applied load. The results show that establishing various configurations along the length of the element is beneficial. The optimum number of transition points is six, meaning the girder will have four configurations, i.e., one central and three others symmetrically distributed toward each half of the element. The optimum position for the first transition would be at (L/2), the second at (L/2), and the third at (L/2). The optimum extreme configuration is usually homogeneous (fyf = fyw = 235 MPa). The others increase the steel quality in the plates, maintaining hybrid arrangements to reach the central one that usually remains with S700 steel for the flanges and S355 for the web. The study shows that TLH configurations are more effective for elements with larger spans. By applying the formulated design recommendations in a different case study, the manufacturing cost dropped by over 50% compared to the traditionally designed element and by more than 10% relative to the optimized element with a homogeneous configuration. The study’s limitations and encouraging results suggest future lines of research in this area.

Reference:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2024). Optimized Transverse-Longitudinal Hybrid Construction for Sustainable Design of Welded Steel Plate Girders. Advances in Civil Engineering, 2024:5561712. DOI:10.1155/2024/5561712.

Como la publicación está en abierto, os la dejo para su descarga.

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Tipo de cemento para hormigones resistentes a sulfatos en cimentaciones

Figura 1. Ataque por sulfatos del hormigón. https://anfapa.com/articulos-tecnicos-morteros-de-reparacion-de-hormigon/1164/causas-quimicas-del-deterioro-del-hormigon

Los sulfatos son compuestos químicos que se encuentran en una gran variedad de concentraciones en el suelo, las aguas subterráneas, las aguas superficiales y las aguas marinas. Entre los sulfatos de origen natural se encuentran algunos suelos orgánicos, suelos con turbas y algunos suelos arcillosos. Otra fuente natural de sulfatos son los sulfatos de origen biológico, industrial o minero presentes en el agua de mar.

La mayoría de los suelos contienen sulfatos, que pueden presentarse en formas tales como calcio, magnesio, sodio, amonio y potasio, ya sea en el suelo mismo o en las aguas subterráneas. Es habitual que las cimentaciones de las estructuras se sitúen en este tipo de suelos, por lo que existe la posibilidad de que los sulfatos presentes ataquen el hormigón. El deterioro del hormigón debido al ataque de sulfatos se distingue por una reacción química en la que el ion sulfato, actuando como agente corrosivo, interactúa con componentes como aluminato, iones de sulfato, calcio y grupos oxhidrilo del cemento Portland endurecido, así como de otros cementos que contienen clínker de Portland, generando principalmente etringita y, en menor medida, yeso, así como una descalcificación. Este fenómeno se denomina «formación diferida de etringita» o «etrignita secundaria». Estas reacciones expansivas también pueden ocasionar fisuras, desprendimientos y pérdida de resistencia en el hormigón, dado que ocurren después de que el hormigón ha alcanzado su estado endurecido y se ha vuelto un cuerpo rígido.

El ataque de los sulfatos derivados de las sales es un fenómeno reconocido desde hace décadas. Ya en 1887, Candlot observó cómo los morteros utilizados en la construcción de las fortificaciones de París se deterioraban, particularmente en las zonas en las que estuvieron en contacto con agua que contenía sulfatos (selenitosas). Esta reacción química genera expansión en la pasta y crea una presión capaz de romperla y, finalmente, desintegrar el hormigón. Es sabido que el sulfato cálcico se combina con la alúmina del cemento para formar la sal de Candlot (etringita), un sulfo-aluminato cálcico que provoca un notable aumento de volumen.

La naturaleza y el alcance de los daños en el hormigón variarán en función de la concentración de sulfatos, el tipo de cationes presentes en la solución de sulfato (ya sea sodio o magnesio), el pH de la solución y, por supuesto, la microestructura de la pasta de cemento endurecida. Algunos tipos de cemento son más susceptibles al sulfato de magnesio que al sulfato de sodio. El mecanismo principal consiste en la sustitución del calcio en el silicato de calcio hidratado, que forma parte de la matriz de cemento, lo que provoca la pérdida de las propiedades de unión de la matriz.

Por lo general, los sulfatos en estado sólido no generan un daño significativo al hormigón; sin embargo, cuando se encuentran en estado líquido, pueden penetrar los vacíos de la estructura y reaccionar con los productos de cemento hidratado. Entre los sulfatos, el de calcio tiende a causar menores daños debido a su baja solubilidad, mientras que el sulfato de magnesio representa un riesgo mayor.

La mayoría de estos sulfatos interactúan con el hidróxido de calcio y los aluminatos de calcio hidratados presentes en el hormigón, lo que provoca cambios en el volumen de la pasta de cemento y, en consecuencia, el deterioro de la estructura de hormigón. Además, el sulfato de magnesio, junto con el hidróxido de calcio, puede reaccionar con el silicato de calcio hidratado, lo que provoca la pulverización del hormigón en masa. En un hormigón poroso, estos ataques encuentran una vía fácil para su acción destructora.

Figura 2. Corrosión en ambiente marino. https://e-struc.com/2017/05/09/patologias-asociadas-la-prescripcion-del-hormigon/

Por otra parte, el hormigón también se ve afectado por los cloruros, que provocan principalmente la corrosión de las armaduras. Los iones cloruro, ya procedan del agua marina o de las sales utilizadas en el deshielo, tienen la capacidad de penetrar a través de los poros del hormigón, tanto cuando estos están completamente saturados como parcialmente. Esta penetración puede desencadenar diversos fenómenos. En la superficie del hormigón, los efectos del ataque por cloruros se manifiestan mediante una fisuración irregular, que resulta de la exposición de las armaduras y su consiguiente corrosión generalizada. Esto conduce a la desintegración gradual del hormigón. Es muy importante recordar que el ambiente marino se considera agresivo hasta una distancia de 5 km de la costa.

Los cementos resistentes a los sulfatos (SR) o al agua de mar (MR) son muy útiles para obras en contacto con terrenos yesíferos o aguas selenitosas y deben tener un bajo contenido en aluminatos. Este tipo de cementos tienen limitado en su composición un contenido de aluminato tricálcico y de alumino-ferrito tetracálcico, según la norma UNE-EN 197-1. Esta limitación en el aluminato tricálcico implica un bajo calor de hidratación, una menor retracción y un desarrollo más lento de las resistencias. A cambio, disminuye la trabajabilidad de las mezclas.

Según la vigente Instrucción de Recepción de Cementos (a fecha de hoy, la RC-16), se consideran cementos resistentes a los sulfatos, además de los definidos en el Anejo I relativo a la norma UNE-EN 197-1 (SR), aquellos con la característica adicional de resistencia a los sulfatos definidos en la norma UNE 80303-1 (SRC). Asimismo, se consideran cementos resistentes al agua de mar aquellos con la característica adicional de resistencia al agua de mar, definidos en la norma UNE 80303-2.

Se usarán cementos resistentes a los sulfatos en obras de hormigón en masa o armado, siempre que su contenido, expresado en iones sulfato, cuyos contenidos sean igual o mayor que 600 mg/l en el caso de aguas, o 3.000 mg/kg en el caso de suelos. Según el Capítulo 7 del Código Estructural, estos límites se ven superados en el caso de las clases de exposición XA2 y XA3, correspondientes al ataque medio y fuerte en un medio agresivo (no sería, por tanto, necesario un cemento sulforresistente en la clase XA1). En el caso de que un elemento estructural de hormigón en masa, armado o pretensado se encuentre sometido al ataque de agua de mar, el cemento a emplear deberá tener la característica adicional de resistencia al agua de mar o, en su defecto, la característica adicional de resistencia a los sulfatos. Lo anterior no será de aplicación si se trata de agua de mar o el contenido en cloruros es superior a 5000 mg/l (art. 43.3.4.1 del Código Estructural).

En el caso de elementos de hormigón en masa en contacto con agua de mar y, por tanto, sometidos a una clase de exposición XA2, y en el caso de elementos de hormigón armado o pretensado que vayan a estar sometidos a una clase de exposición XS2 o XS3, se utilizará un cemento con la característica adicional MR, SR o SRC, según la Instrucción para la recepción de cementos vigente (Art. 43.3.4.2 del Código Estructural).

El Código Estructural recoge en su Anejo 6 las recomendaciones para la selección del tipo de cemento que se debe emplear en hormigones estructurales. Este anejo no hace más que aconsejar, con carácter general, las condiciones que debe cumplir el cemento para su empleo según la instrucción vigente para la recepción de cementos. Además, el tipo de cemento deberá elegirse considerando la aplicación del hormigón, las circunstancias del hormigonado y las condiciones de agresividad ambiental a las que va a estar sometido el elemento de hormigón.

La aplicación estructural, en el caso de las cimentaciones, diferencia entre las ejecutadas con hormigón en masa y las realizadas con hormigón armado. En ambos casos, es necesario cumplir las prescripciones de la vigente Instrucción de Recepción de Cementos relativas al empleo de la característica adicional de resistencia a los sulfatos (SR o SRC) o al agua de mar (MR), cuando corresponda.

En el caso de cimentaciones de hormigón en masa, son muy adecuados los cementos comunes tipo CEM IV/B, siendo adecuados el resto de cementos comunes, excepto los CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T, CEM II/B-T y CEM III/C. En todos los casos, se recomienda la característica adicional de bajo calor de hidratación (LH).
Si se trata de cimentaciones de hormigón armado, son muy adecuados los cementos comunes tipo CEM I y CEM II/A, siendo adecuados el resto de cementos comunes a excepción de los CEM III/B, CEM III/C, CEM IV/B, CEM II/A-Q, CEM II/B-Q, CEM II/A-W, CEM II/B-W, CEM II/A-T y CEM II/B-T.

Figura 3. Cemento sulforresistente CEM I 42,5 R-SR5

Atendiendo a la clase de exposición, los tipos de cementos recomendados para la clase XA (ataque químico al hormigón por sulfatos) son los mismos que los aconsejados para la clase XS (corrosión de las armaduras por cloruros de origen marino). En ambos casos, son muy adecuados los cementos CEM II/S, CEM II/V (preferentemente los CEM II/B-V), CEM II/P (preferentemente los CEM II/B-P), CEM II/A-D, CEM III, CEM IV (preferentemente los CEM IV/A) y CEM V/A. Se recuerda que en la clase de exposición XS, es necesario emplear cementos que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia al agua de mar (MR).

Para el caso de las clases XA2 o XA3 (moderada o alta agresividad química), es necesario emplear cementos que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia a los sulfatos (SR o SRC), tal y como establece el articulado del Código. En los casos en que el elemento esté en contacto con agua de mar, será únicamente necesario que cumplan las prescripciones relativas a la característica adicional de resistencia al agua de mar (MR).

Una relación agua/cemento baja en la dosificación de un hormigón se ve menos afectada por los sulfatos que si es alta, pues provoca que el hormigón sea menos permeable. Además, un contenido de cemento elevado garantiza una mayor durabilidad del hormigón. Es por ello que la Tabla 43.2.1.a del Código indica una relación agua/cemento máxima de 0,50 para las clases XS1 (expuesto a aerosoles marinos, pero no en contacto con el agua del mar) y XS2 (permanentemente sumergido en agua de mar), que se reduce a 0,45 en XS3 (zonas de carrera de mareas o sapicaduras). El contenido mínimo de cemento (kg/m³) será de 300, 325 y 350 para XS1, XS2 y XS3, respectivamente. En el caso de ambiente XA1 (débil agresividad química) y XA2 (moderada agresividad química), la máxima relación agua/cemento es de 0,50, mientras que en XA3 (alta agresividad química), es de 0,45. El contenido mínimo de cemento (kg/m³) será de 325, 350 y 350 para XA1, XA2 y XA3, respectivamente.

La Tabla 43.2.1.b del Código indica la resistencia característica mínima alcanzable para un hormigón fabricado con un cemento de categoría resistente 32,5 R con los contenidos mínimos de cemento y la máxima relación agua/cemento indicados en la Tabla 43.2.1.a del Código. Para hormigón en masa, la exposición XS no tiene mínimos, mientras que, para hormigón armado, es de 30 N/mm² para XS1 y XS2, y de 35 N/mm² para XS3. En las exposiciones XA1 y XA2, la resistencia mínima es de 30 N/mm² tanto en hormigón armado como en hormigón en masa, mientras que para XA3 es de 35 N/mm², en cualquier caso.

Además, una adecuada colocación del hormigón, con un control del vibrado y del curado, puede mejorar su resistencia a los sulfatos, siempre y cuando se cumplan las condiciones anteriormente mencionadas. Tampoco debe olvidarse que, en el caso del hormigón armado, deben guardarse unos recubrimientos mínimos que dependerán del tipo de cemento utilizado, de la vida útil de proyecto y de la clase de exposición, según se desprende del Capítulo 9 del Código Estructural, relativo a la durabilidad de las estructuras de hormigón.

Tabla. Requisitos de dosificación y de resistencia mínima esperada del hormigón para clases de exposición XS y XA, según el Código Estructural.

Os dejo unos vídeos explicativos.

También os dejo un artículo, que creo de interés.

Descargar (PDF, 4.68MB)

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Los motivos por los que se equivocan estudiantes y profesionales de ingeniería al abordar la resolución de problemas

Resolver problemas en el ámbito universitario o profesional, en áreas tecnológicas, de ingeniería y ciencias, puede plantear una serie de desafíos que pueden conducir a errores. Estos fallos pueden surgir por diversas razones que van desde no comprender el concepto subyacente hasta confiar demasiado en la tecnología.

En un artículo anterior mencioné algunos ejemplos de problemas teóricamente sencillos, pero que marean a nuestros estudiantes. Ahora vamos a analizar detalladamente algunas de estas razones y cómo se relacionan entre sí. También he incluido enlaces a otros artículos del blog donde reflexiono sobre este tipo de cuestiones.

La falta de comprensión del concepto subyacente a un problema es una preocupación fundamental. Esto puede manifestarse de diversas formas, ya sea a través de errores conceptuales, una aplicación incorrecta del concepto o una interpretación errónea del mismo. Esta falta de entendimiento puede empeorar si se carece de experiencia o conocimientos específicos en el campo correspondiente. Cuando un estudiante o profesional se enfrenta a un problema para el que no tiene experiencia previa, puede tener dificultades para aplicar correctamente los principios necesarios para resolverlo.

Los datos son fundamentales para encontrar soluciones, sin embargo, su calidad y disponibilidad pueden ser problemáticos. La falta de datos adecuados, la presencia de información contradictoria o sesgada pueden conducir a conclusiones incorrectas. Asimismo, centrarse excesivamente en utilizar todos los datos disponibles puede distraer de la información realmente importante, al tiempo que validar datos sesgados o inventados puede conducir a conclusiones incorrectas.

El manejo inadecuado de las bases matemáticas también puede ser una fuente de errores (geometría, trigonometría, cálculo o álgebra). Esto puede incluir errores en el cálculo, así como el uso inapropiado de fórmulas o modelos matemáticos. Los problemas reales rara vez tienen una sola solución, lo que requiere habilidades para evaluar y decidir entre múltiples enfoques posibles. Además, el uso excesivo de la memoria en lugar de la comprensión de los principios subyacentes puede conducir a errores conceptuales y de selección de modelos de cálculo.

Los aspectos psicológicos también son importantes. El estrés, la falta de confianza en uno mismo, la presión por terminar a tiempo y la falta de concentración pueden afectar a la capacidad de resolver problemas de manera efectiva. La falta de atención a los detalles, la fatiga y el agotamiento también pueden provocar errores en la resolución de problemas.

Es crucial comprender que los problemas reales pueden ser complejos y no tener necesariamente una solución única. Esto implica la necesidad de tomar decisiones informadas y comprender las limitaciones de los modelos o fórmulas utilizados. Además, la propagación de errores en las operaciones y el uso incorrecto de datos, fórmulas o software pueden dar lugar a resultados erróneos.

La falta de retroalimentación o revisión de los errores cometidos puede perpetuar la repetición de los mismos una y otra vez. La falta de comunicación o colaboración entre profesionales en entornos de trabajo también puede provocar errores en la resolución de problemas. Confiar ciegamente en la tecnología o en herramientas automatizadas sin comprender en profundidad los principios subyacentes puede ser un problema.

En resumen, resolver problemas en el ámbito universitario o profesional de la ingeniería y las ciencias puede ser un proceso complejo y propenso a errores debido a una variedad de factores interrelacionados. Desde la comprensión del concepto hasta la calidad y disponibilidad de los datos, así como los aspectos psicológicos y técnicos relacionados con la resolución de problemas, es crucial abordar estos desafíos con atención y comprensión para lograr soluciones precisas y efectivas. Desde las universidades debe hacerse todo lo posible para superar este tipo de dificultades y conseguir que nuestros estudiantes adquieran las competencias necesarias para su posterior desarrollo profesional.

Sin querer ser exhaustivo, y sin que estén ordenadas por importancia, aquí os dejo una lista de 30 posibles causas por las cuales nuestros estudiantes en los exámenes o los técnicos en su ámbito profesional, suelen cometer errores al resolver los problemas. Estoy convencido de que hay más causas, pero esto puede ser un buen punto de partida para el debate y la reflexión. En el vídeo que he grabado, me extiendo y explico algo más lo que aquí recojo como una simple lista.

La falta de comprensión del concepto subyacente en un problema puede conducir a errores conceptuales al aplicarlo incorrectamente o interpretarlo de manera errónea.
La inexperiencia o la falta de conocimientos específicos pueden surgir cuando una persona afronta por primera vez un tipo de problema, ya sea durante un examen o en la práctica profesional.
Los problemas relacionados con la disponibilidad de datos pueden presentarse de varias formas, como datos insuficientes, necesarios, innecesarios o contradictorios. A menudo, existe una obsesión por utilizar todos los datos disponibles en el enunciado del problema.
La calidad de los datos también es un factor importante, con la posibilidad de incertidumbre o error en los datos disponibles. Además, dar por válidos datos sesgados, interesados o inventados puede llevar a conclusiones incorrectas. Es necesario un control de calidad de los datos.
Intentar resolver un problema utilizando el enfoque típico visto en clase puede marear a nuestros estudiantes. Los alumnos prefieren resolver un problema típico explicado en clase, a ser posible, con datos parecidos.
El manejo inadecuado de las bases matemáticas, que incluye errores en el cálculo, el uso incorrecto de fórmulas o modelos matemáticos, y la falta de comprensión de los principios subyacentes, puede ser una fuente común de errores. La falta de conocimientos básicos de geometría, trigonometría, álgebra o cálculo básicos son, en ocasiones, escollos. A veces hay dificultades en saber dibujar un esquema para resolver el problema.
Los problemas reales generalmente no tienen una sola solución, lo que requiere habilidades para evaluar y decidir entre múltiples enfoques posibles. Esta distinción, que se da claramente entre los estudios de grado y los de máster, es importante tenerla en cuenta.
Los aspectos psicológicos, como el estrés, la falta de confianza en uno mismo, la presión por terminar a tiempo y la falta de concentración, pueden afectar negativamente la capacidad para resolver problemas de manera efectiva.
La falta de atención o interés, así como la fatiga o el agotamiento, pueden contribuir a errores en la resolución de problemas, al igual que la prisa por resolver el problema.
La complejidad de los problemas puede aumentar cuando se trata de situaciones poco comunes o rebuscadas, lo que requiere un enfoque cuidadoso y creativo para su resolución.
Es crucial comprender la diferencia entre una ley general y una fórmula particular al aplicar normas técnicas que pueden estar basadas en hipótesis o casos específicos.
Utilizar modelos de cálculo inadecuados, ya sean demasiado refinados o demasiado simples para los datos disponibles, puede conducir a soluciones incorrectas.
Carecer de números estimativos para prever el resultado final puede resultar en una falta de comprensión del orden de magnitud del resultado. En este sentido, el uso de nomogramas en la docencia facilita la adquisición de este tipo de habilidad en los estudiantes. Los estudiantes y los profesionales deberían tener un conocimiento del “número gordo” y saber predimensionar.
Es importante ser consciente de la propagación de errores en las operaciones, ya que incluso pequeños errores pueden magnificarse y llevar a resultados incorrectos.
Utilizar fórmulas, datos o tablas en un contexto diferente al que dieron origen puede llevar a interpretaciones incorrectas o a soluciones erróneas.
La extrapolación de resultados a límites no contemplados puede conducir a conclusiones incorrectas o poco realistas.
Utilizar fórmulas empíricas con datos expresados en unidades diferentes a las que funcionan puede generar resultados inconsistentes o incorrectos.
La dependencia excesiva de la memoria en lugar de comprender los principios subyacentes puede conducir a errores en la selección de modelos o fórmulas de cálculo.
Errores conceptuales pueden llevar a la selección incorrecta de modelos o fórmulas de cálculo, lo que resulta en soluciones erróneas.
El uso de software defectuoso o poco contrastado, así como la falta de habilidades para calcular manualmente un problema, pueden resultar en resultados incorrectos. A esto se une un uso inapropiado de la inteligencia artificial.
El mal uso de ecuaciones o fórmulas, como cambiar el nombre de una variable sin entender el concepto subyacente, puede conducir a errores en la resolución de problemas.
La falta de competencia o experiencia en una materia determinada puede resultar en una resolución incorrecta del problema.
Repetir la resolución de problemas de un contexto a otro sin pensar en su validez puede conducir a soluciones inapropiadas.
La falta de comprensión del problema, la pregunta o el tipo de resultado esperado puede resultar en soluciones incorrectas debido a la falta de comprensión lectora, capacidad analítica o de síntesis.
La utilización de unidades defectuosas, notaciones o convenciones específicas puede llevar a interpretaciones erróneas o a soluciones incorrectas.
La falta de retroalimentación o revisión de los errores cometidos puede perpetuar la repetición de los mismos errores una y otra vez.
La falta de comunicación o colaboración en entornos de trabajo entre profesionales puede contribuir a errores en la resolución de problemas.
La confianza excesiva en la tecnología o herramientas automatizadas puede llevar a la falta de comprensión de los principios subyacentes y a la comisión de errores.
La falta de revisión o verificación de los cálculos realizados por parte de un tercero independiente puede resultar en soluciones incorrectas.
La falta de conocimiento del contexto del problema, incluyendo las restricciones, puede conducir a soluciones subóptimas o incorrectas.

Os paso un vídeo donde he desarrollado las ideas anteriores, con ejemplos, y he dejado algunas de mis reflexiones al respecto. Espero que os guste.

Técnicas de colocación del hormigón bajo el agua

Figura 1. https://tecnologiadelhormigonarmado.blogspot.com/p/hormigon-armado-en-ambientes-marinos.html

El hormigón sumergido o bajo el agua se utiliza en estructuras que deben estar continuamente en contacto con este líquido. La construcción de cimentaciones bajo el agua con hormigón no es una novedad. Ya en el tratado De Arquitectura de Vitruvio (88-26 a. C.) se encuentran referencias de este método. En la actualidad, este procedimiento se utiliza con frecuencia, especialmente en la cimentación de obras marítimas. Sin embargo, su aplicación debe ser precisa y cuidadosa. Antes de decidirse por esta forma de hormigonar, es preferible tratar de efectuar el hormigonado en seco o utilizar uno u otro de los diversos procedimientos existentes para eliminar el agua, o incluso resolver la construcción con elementos prefabricados.

Un hormigón sumergido debe tener características especiales en sus componentes, como el tipo de árido, el agua de amasado, el cemento y los aditivos. Este tipo de hormigón debe mantenerse inerte ante las condiciones del ambiente (el cemento y los áridos no deben reaccionar con el agua) y ser impermeable para evitar la corrosión en el caso del hormigón armado. Además, deberá tener la resistencia requerida.

En primer lugar, el hormigón utilizado debe tener una dosificación más rica (una sobredosis de cemento de un 25 %), con cementos de alto poder aglutinante que garanticen una buena compacidad bajo el agua. Es posible mejorar su capacidad aglutinante añadiendo aireantes y plastificantes para lograr la docilidad deseada sin necesidad de aumentar el contenido de agua (asiento en cono de Abrams de 150 mm). Cuando se trabaja en aguas en movimiento, puede ser necesario recurrir a aceleradores de fraguado, algunos de los cuales están diseñados específicamente para evitar la penetración del agua en el hormigón.

Para sumergir hormigón de manera efectiva, es fundamental garantizar su resistencia al lavado durante su colocación, lo cual requiere garantizar la adecuada consistencia y homogeneidad de la mezcla. Sin embargo, este objetivo se enfrenta a dos desafíos debidos a dos factores adversos. En primer lugar, el movimiento del agua, ya sea por las corrientes fluviales o las mareas marinas, puede erosionar el hormigón, arrastrando parte de su cemento y generando lechadas. Estas lechadas dificultan la adhesión entre capas, aumentan la permeabilidad del conjunto y debilitan los morteros, lo que resulta en una disminución de su resistencia. Además, la disparidad en la densidad de los componentes del hormigón puede provocar su separación debido a la fluidez de la mezcla. Los áridos más pesados tienden a acumularse en el fondo y son más propensos al deslavado, ya que quedan protegidos únicamente por una delgada película de aglomerante.

Todo lo anterior implica minimizar al máximo el contacto del hormigón con el agua durante su transporte, así como durante el proceso de vertido y extendido. Para lograrlo, se suelen emplear técnicas como el método de talud en avance, el uso de cubas especializadas y la utilización de canaletas (tubo tremie). No obstante, también existen otros procedimientos como el bombeo directo del hormigón, el hormigón prepakt (inyección con un mortero de áridos gruesos colocados en un molde) o el uso de hormigón ensacado. A continuación se describen las técnicas habituales.

Procedimiento de talud en avance

Cuando el agua no supera los 0,80 m de profundidad, pueden sumergirse las masas de hormigón por el procedimiento llamado de talud, análogo al que se emplea para la construcción de terraplenes. Este método solo resulta efectivo en aguas poco profundas, generalmente con un espesor inferior a 80 cm. La operación comienza depositando el hormigón en la región A, que se incorpora por su propio peso con la masa B en flujo, que progresa con un talud C, el único en contacto directo con el agua y susceptible al deslavado. Se requiere una vigilancia constante para evitar que el agua interfiera con este talud, donde pueden formarse suspensiones de lechada que no fraguan y que podrían generar superficies de deslizamiento y roturas en el macizo.

Figura 2. Hormigonado bajo el agua con talud de avance.

Después de cada interrupción, se limpia el talud con cepillos de acero para descarnar la superficie y eliminar los excesos de lechada. Cuando el cimiento está rodeado por el terreno o por algún tipo de estructura, es necesario eliminar las lechadas que se filtran del hormigón, ya sea utilizando cubos o bombas. Asimismo, al unir una masa de hormigón ya fraguada con otras posteriores, también es necesario limpiar estas lechadas. Es importante destacar que la masa en avance no puede compactarse ni vibrarse. Durante los períodos de aguas agitadas, como crecidas u oleajes, es necesario suspender los trabajos.

Procedimiento con cuba

Este método es adecuado para profundidades superiores a 0,80 m. El hormigón se transporta en una cuba completamente estanca que desciende lentamente hacia el área a hormigonar mediante un cabrestante o una grúa. Una vez depositadas sobre el macizo, un buzo las abre, elevándolas suavemente después, para permitir que el hormigón fluya en aguas tranquilas. La función de los buzos se limita a colocar la cuba sobre el área a hormigonar y abrir sus compuertas, y luego envían la cuba a la superficie para repetir el proceso. Sin embargo, este procedimiento no es apropiado cuando se necesita verter hormigón en un encofrado de dimensiones reducidas, pues su movimiento ascendente y descendente puede provocar agitación en el agua, actuando como un pistón (Figura 3).

Figura 3. Cuba bajo el agua en un encofrado de dimensiones reducidas (Galabru, 1964). https://tecnologiadelhormigonarmado.blogspot.com/p/hormigon-armado-en-ambientes-marinos.html

Las cubas son estancas y están diseñadas con paredes inclinadas para facilitar la salida del hormigón. Se abren en la parte inferior mediante sistemas hidráulicos o neumáticos. Además, cuentan con patas que aseguran su estabilidad al posarse sobre el terreno, de modo que las puertas pueden pivotar libremente. La capacidad de las cubas suele oscilar entre 0,20 y 1,00 m³.

Durante la operación, las cubas descargan su contenido primero en el fondo y luego sobre las capas previamente vertidas y aún frescas, evitando así el contacto directo del hormigón con el agua y logrando una adecuada trabazón. Para áreas extensas, las cubas se subdividen en secciones pequeñas, generalmente no mayores de 6 x 6 m, ya que el hormigón tiene un radio de extensión de unos 30 cm y las cubas no se abren a más de 30 cm de altura.

Una variante de este sistema, utilizada en obras con poco volumen de hormigón, consiste en el uso de bolsas de lona impermeabilizadas que se bajan boca abajo, amarradas por el fondo y cerradas en la boca con un nudo, lo que permite su apertura manual. Estas bolsas tienen una capacidad máxima de 0,10 m³.

El método de inmersión en cubas presenta ventajas, como una operación sencilla y una rápida ejecución del hormigonado, que da como resultado hormigones de buena calidad con una notable trabazón. Además, no se necesita más equipo especializado que el depósito para sumergir el hormigón.

Procedimiento con canaleta (tubo tremie)

La canaleta o vertedera, conocida como tubo-tolva o tubo tremie, consta de un tubo especial de acero rígido con un diámetro de 20 a 45 cm, que asegura que el hormigón se vierta directamente sobre otra masa de hormigón sin dejar una capa intermedia de lodos u otros materiales. Las paredes de la tubería deben ser lisas y contrapesadas para prevenir la flotación, especialmente si se utiliza una placa para sellar la boca de la tubería y esta se sumerge estando vacía. El tubo se sumerge con un tapón que se extrae (método de cierre de fondo) o se desplaza (tapón deslizante) al verter el hormigón. Para evitar la entrada de agua, el tubo debe mantenerse constantemente sumergido en el hormigón a una profundidad de 1,00 o 1,50 m bajo la superficie del material. Las velocidades ideales de elevación del hormigón oscilan entre 0,3 y 3 m/h. Es crucial mantener una colocación continua, ya que los retrasos pueden provocar el endurecimiento del hormigón, lo que dificultaría la reanudación del flujo. El hormigón debe ocupar automáticamente el espacio entre el tubo y el encofrado sin necesidad de mover el tubo horizontalmente. En caso de utilizar varios tubos, se recomienda mantener una separación de entre 3 y 5 m entre ellos.

Un puente grúa equipado con cabrestantes móviles sostiene estos tubos, lo que permite subirlos y bajarlos. Todo el montaje se encuentra instalado en un andamio con plataforma de servicio. En la parte superior del tubo hay una tolva o un embudo para verter el hormigón. Se utiliza una tolva cuando se realizan aportaciones intermitentes de hormigón, como en el caso del transporte por cubas. Se emplea un embudo cuando se realiza una aportación continua de hormigón, como en el caso del hormigón bombeado. En la Figura 4 se observa el método del desplazamiento, que puede obtenerse utilizando un carrito o suspendiendo el tubo por medio de una grúa.

Figura 4. Colocación sumergida: método del desplazamiento

Esta técnica se emplea en diversas aplicaciones, entre las que se incluyen hormigones sumergidos, estructuras submarinas, reparaciones de hormigones sumergidos, construcción y unión de secciones de túneles submarinos, pilotes para cimentaciones de puentes y plataformas mar adentro. Se utiliza especialmente cuando se busca obtener una calidad estructural muy alta. Se han llevado a cabo operaciones de hormigonado con éxito a profundidades de hasta 50 m. Este procedimiento consiste en verter el hormigón in situ mediante un tubo, cuyo extremo inferior permanece siempre sumergido en el hormigón fresco, lo que ayuda a prevenir lavados y segregaciones significativas.

El proceso de hormigonado con tubo tremie consta de tres etapas: el cebado del tubo, la formación del bulbo y el vertido del hormigón.

Figura 5. Etapas del proceso de hormigonado con tubo tremie

Cebado del tubo: Es fundamental llenar por completo el tubo con hormigón, sin que entre en contacto con el agua circundante. Para lograrlo, existen varios métodos, desde el uso de aire comprimido hasta otros más simples. Uno de los métodos más directos implica dejar caer un tapón que actúe como sello hermético dentro del tubo, asegurando así que la columna de hormigón descienda gradualmente, evitando el contacto con el agua y reduciendo la posibilidad de segregación debido a la caída libre. Otra opción es utilizar una cámara inflable tipo pelota en lugar del tapón, que se recupera después de cada proceso de cebado.
Formación del bulbo: Bajo el peso de la columna de hormigón fresco, este se extiende gradualmente alrededor del tubo debido a la tensión superficial. Es importante que la parte inferior del tubo no se eleve más de 30 cm del fondo para evitar la segregación y el lavado del hormigón. Posteriormente, debido a la resistencia ejercida en el fondo y en la masa, la superficie del hormigón adquiere una forma de cúpula. Con el tubo hundido a la profundidad deseada, se forma el bulbo en la base de esta cúpula (Figura 1).
Vertido: Se lleva a cabo desplazando el tubo con el cabestrante y el puente grúa. Para impedir que entre agua, el tubo debe estar siempre lleno y la carga de hormigón debe realizarse de manera regular y continua para garantizar que no se vacíe. El peso del hormigón dentro del tubo debe ser siempre mayor que la presión del agua en su base.

Las técnicas de colocación por tremie suelen emplearse para el bombeo directo bajo el agua, aunque presentan algunas diferencias menores. En este método, el flujo se genera mediante la presión de la bomba, en lugar de depender de la gravedad. La dosificación del material debe permitir el bombeo y el flujo una vez que la tubería se retira. Se utilizan tuberías más pequeñas, con secciones flexibles para la porción que queda embebida en el hormigón. El funcionamiento de la bomba puede provocar movimientos laterales que crean una lechada en la superficie de contacto entre la tubería y el hormigón. En algunos casos, puede ser necesario instalar una válvula de escape cerca del punto más alto de la tubería para evitar un bloqueo debido al vacío.

Os dejo a continuación unos vídeos que, espero, os resulten de interés.

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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