Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón

Presa Ibiur, Baliarrain, España. http://www.ulmaconstruction.es

El hormigón colocado aumenta su temperatura como consecuencia del calor de hidratación del cemento. Como ese calor se disipa con el hormigón ya endurecido, se pueden producir tensiones que pueden provocar fisuras. Este fenómeno es de gran importancia cuando se vierten grandes cantidades de hormigón, como puede ser el caso de la construcción de presas. Para evitar el riesgo de fisuración, además de disponer juntas transversales y longitudinales, también se suelen tomar las siguientes medidas: disposiciones de proyecto para evitar la iniciación de grietas, precauciones para conseguir que la temperatura del hormigón colocado sea la menor posible y procedimientos para acelerar la evacuación del calor de hidratación. En este post nos centraremos en conseguir que la temperatura del hormigón colocado sea la adecuada.

El incremento de temperatura existente entre la fabricación y la puesta en obra se puede calcular aproximadamente con la siguiente expresión:

Por tanto, para conseguir la temperatura de fabricación adecuada, se debe modificar la temperatura de cada uno de los componentes necesarios para la fabricación del hormigón. Si bien el agua de amasado se puede enfriar, lo más efectivo es enfriar los áridos, puesto que cambiar la temperatura del cemento puede ser problemático. Además, los silos de almacenamiento deben estar aislados para controlar mejor la temperatura de fabricación.

Las leyes de equilibrio térmico permiten obtener la temperatura final de la mezcla, tanto cuando el agua de amasado se utiliza con hielo o sin hielo. Además, se recomienda ensayar diversas soluciones para ver qué combinación es la más sencilla de aplicar a cada caso concreto. La expresión es la siguiente:

En esta expresión observamos que el agua total de amasado incluye el agua libre de los áridos. Sin embargo, el agua total es la suma del agua de amasado más el hielo que se incorpore a la mezcla.

Referencias:

COMITÉ NACIONAL ESPAÑOL DE GRANDES PRESAS (1999). Construcción de presas y control de calidad. Guías Técnicas de Seguridad de Presas. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, 333 pp.

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

La aplicación de la toma de decisiones multicriterio a la gestión de presas

Presa de Aldeadávila. Wikipedia

La gestión del mantenimiento de las presas existentes constituye un proceso complejo que requiere la aplicación de la toma de decisiones atendiendo a  múltiples criterios para evitar las severas consecuencias sociales, económicas y medioambientales que pueden acarrear. A continuación os dejo un artículo científico que nos acaban de publicar al respecto. Realiza una revisión profunda del estado del arte en la materia. Espero que os sea de interés.

Hasta el 17 de marzo de 2017 te puedes descargar GRATUITAMENTE el artículo en el siguiente enlace:

https://authors.elsevier.com/a/1USLM3QCo9NAmx

El artículo completo lo podéis encontrar aquí:  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652617301051

 

Abstract:

Decisions for aging-dam management requires a transparent process to prevent the dam failure, thus to avoid severe consequences in socio-economic and environmental terms. Multiple criteria analysis arose to model complex problems like this. This paper reviews specific problems, applications and Multi-Criteria Decision Making techniques for dam management. Multi-Attribute Decision Making techniques had a major presence under the single approach, specially the Analytic Hierarchy Process, and its combination with Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution was prominent under the hybrid approach; while a high variety of complementary techniques was identified. A growing hybridization and fuzzification are the two most relevant trends observed. The integration of stakeholders within the decision making process and the inclusion of trade-offs and interactions between components within the evaluation model must receive a deeper exploration. Despite the progressive consolidation of Multi-Criteria Decision Making in dam management, further research is required to differentiate between rational and intuitive decision processes. Additionally, the need to address benefits, opportunities, costs and risks related to repair, upgrading or removal measures in aging dams suggests the Analytic Network Process, not yet explored under this approach, as an interesting path worth investigating.

Keywords:

  • Ageing dams;
  • Dam management;
  • Decision making;
  • Multiple criteria analysis;
  • Risk

Referencia:

ZAMARRÓN-MIEZA, I.; YEPES, V.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (2017). A systematic review of application of multi-criteria decision analysis for aging-dam management. Journal of Cleaner Production, 147:217-230. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652617301051

Turbina Francis

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Figura 1. Esquema turbina Francis

La turbina Francis, desarrollada por James B. Francis, es una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto. Son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales,  capaces de operar en desniveles que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.  Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas.

Estas turbinas presentan un diseño hidrodinámico que garantiza un alto rendimiento debido a las bajas pérdidas hidráulicas. Son robustas, con bajo costo de mantenimiento. Sin embargo, no se recomienda su instalación con alturas de agua mayores de 800 m ni cuando existen grandes variaciones de caudal. Asimismo es muy importante controlar la cavitación.

Figura 2. Espiral de entrada de una turbina Francis, Presa Grand Coulee.

Las partes de una turbina Francis son las siguientes:

  • Cámara espiral: distribuye uniformemente el fluido en la entrada del rodete. La forma en espiral o caracol se debe a que la velocidad media del fluido debe permanecer constante en cada punto de la misma. La sección transversal  puede ser rectangular o circular, siendo esta última la más utilizada.
  • Predistribuidor:  formado por álabes fijos que tienen una función netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral y conferirle rigidez transversal, que además poseen una forma hidrodinámica para minimizar las pérdidas hidráulicas.
  • Distribuidor: constituido por álabes móviles directores, cuya misión es dirigir convenientemente el agua hacia los álabes del rodete (fijos) y regular el caudal admitido, modificando de esta forma la potencia de la turbina de manera que se ajuste en lo posible a las variaciones de carga de la red eléctrica, a la vez de direccionar el fluido para mejorar el rendimiento de la máquina. Este recibe el nombre de distribuidor Fink.
  • Rotor o rodete: es el corazón de la turbina, pues aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido. En forma general, la energía del fluido al momento de pasar por el rodete es una suma de energía cinéticaenergía de presión y energía potencial. La turbina convierte esta energía en energía mecánica que se manifiesta en el giro del rodete. El rodete a su vez transmite esta energía por medio de un eje a un generador eléctrico dónde se realiza la conversión final en energía eléctrica. El rotor puede tener diversas formas dependiendo del número específico de revoluciones para el cual esté diseñada la máquina, que a su vez depende del salto hidráulico y del caudal de diseño.
  • Tubo de aspiración: es la salida de la turbina. Su función es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que están por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma de difusor, para generar un efecto de aspiración, el cual recupera parte de la energía que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

 

Las turbinas Francis se pueden clasificar en función de la velocidad específica del rotor y de las características del salto:

  • Turbina Francis lenta: para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o más
  • Turbina Francis normal: indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m
  • Turbina Francis rápidas y extrarrápidas: apropiadas para saltos de pequeña altura, inferiores a 20 m

 

A continuación os paso un par de vídeos explicativos que espero os sean de utilidad:

Os paso un vídeo de una Turbina Francis de la Central Hidroeléctrica de la Presa Susqueda en funcionamiento produciendo 27,5 MW por caída hidráulica de 162 m.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 212 pp.

¿Qué es un cable-grúa o blondín?

BLONDINTambién denominado como cable-grúa, grúa funicular o andarivel, es una instalación similar a los puentes-grúa donde la viga-puente se reemplaza por un cable portante sobre el que se desliza el carretón del que se suspende la carga. Tanto el accionamiento del carretón como los movimientos de izado o descenso se consiguen mediante cables que se manejan desde el suelo. Su aplicación es habitual en la construcción de presas, puentes, astilleros, etc. El nombre de “blondin” viene del funámbulo y acróbata francés Jean François Gravelet-Blondin ( 1824-1897).

Esquema de funcionamiento del blondín
Esquema de funcionamiento del blondín

Se distinguen los siguientes cables en el blondín:

  • Cable vía o cable carril: cable atirantado sobre el que se desplaza el carretón o bicicleta. Está fijo a dos mástiles o torres, actuando a modo de dintel de pórtico.
  • Cable tractor o de vaivén: es el que desplaza al carretón.
  • Cable elevador: sirve para el izado de la carga, fijando la posición vertical del gancho.
Sistema de cables del blondín
Sistema de cables del blondín

Los tipos de blondines más habituales, en función de los grados de libertad de los soportes, son los siguientes:

  • Fijos: si los mástiles son completamente inmóviles.
  • Basculantes: cuando un mástil es fijo y el otro abatible alrededor de la base.
  • Radiales: con un mástil fijo y el otro desplazable sobre carriles.
  • Paralelos: si los dos mástiles pueden deslizarse paralelamente sobre carriles.
Blondín de cable fijo
Blondín de cable fijo
Blondín de cable basculante
Blondín de cable basculante
Blondín de cable radial
Blondín de cable radial

Los blondines han permitido alcanzar luces que se aproximan a los 1000 m, y una capacidad de carga ha llegado a las 50 t. Sin embargo las características normales de estas instalaciones se recogen en la Tabla. Sin embargo, estos equipos requieren una instalación compleja y por tanto difícilmente amortizable si la obra no es de gran volumen.

Tabla.- Características normales de los blondines

Luz entre torres 300 – 1,000 m
Capacidad de carga 10 – 25 t
Altura de las torres 10 – 30 m
Velocidad de traslación del carretón 2 – 8 m/s
Velocidad de elevación del gancho 0.3 – 1.5 m/s
Velocidad de traslación de las torres 0.1 – 0.3 m/s

 

Os dejo un vídeo de un blondín usado en la construcción de la presa de Ibiur.

En este otro vídeo podéis ver cómo se vacía hormigón con un blondín.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.

El desastre del embalse del Vajont (Italia)

El valle de Vajont tras el derrumbe del monte Toc que causó el desastre. Wikipedia

La presa de Vajont fue construida el año 1961 en los Pre-Alpes italianos a unos 100 kms al norte de Venecia, Italia. Era una de las presas más altas del mundo, con 262 m de altura, 27 m de grosor en la base y 3,4 m en la cima. Desde el principio, los técnicos ya detectaron problemas por corrimientos de tierras, por lo que recomendaban no llenar el embalse por encima de cierto nivel de agua. A las 22.39 h del día 9 de octubre de 1963, la combinación del tercer rellenado del depósito produjo un gigantesco deslizamiento de unos 260 millones de m3 de tierra y roca, que cayeron en el embalse, prácticamente lleno, a unos 110 km/h. El agua desplazada resultante produjo que 50 millones de m3 de agua sobrepasasen la presa en una ola de 90 m de altura. A pesar de eso, la estructura de la presa no recibió daños importantes. La tragedia podría haber sido aún mayor si la presa se hubiera derrumbado, vertiendo otros 50 millones de m3 que a pesar de todo permanecieron embalsados. El formidable tsunami consecuencia del deslizamiento destruyó totalmente el pueblo de Longarone y las pequeñas villas de Pirago, Rivalta, Villanova y Faè. Varios pueblos del territorio de Erto y Casso y el pueblo de Codissago, cerca de Castellavazzo, sufrieron daños de importancia. Unas 2.000 personas fallecieron. Los destrozos fueron producidos exclusivamente por el desplazamiento de aire al explotar la ola en los pueblos colindantes.

Animación del deslizamiento. Fuente: http://ireneu.blogspot.com.es

¿Cómo pudo suceder un desastre de tales proporciones? ¿Se pudo evitar? Es mucha la información en distintas webs sobre la tragedia de Vajont. Nos pone en guardia sobre los límites de la técnica y del sentido común. Desgraciadamente, se ha convertido en un ejemplo en el que el hombre decidió retar a la naturaleza y esta le avisó de lo que podía suceder, pero cuando los responsables decidieron mirar hacia otro lado, el desastre llegó con sus mayores consecuencias. Este es un buen ejemplo de estudio de caso, tanto desde el punto de vista técnico como ético.

En el siguiente enlace podéis descargaros un artículo del año 1964 de José Mª Valdés sobre algunas meditaciones de esta catástrofe. Se trata de una conferencia pronunciada el 24 de abril de ese año en el Centro de Estudios Hidrográficos de la Dirección General de Obras Públicas: http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1964/1964_tomoI_2991_01.pdf

En un documental emitido por el canal Historia, una de las víctimas relata que un ingeniero dijo a su abuela: “Recuerde que la presa no se caerá porque está muy bien hecha, pero la montaña cederá, y acabarán atrapados como ratas”. A continuación os dejo varios de estos vídeos al respecto para la reflexión.

La presa Hoover

Presa Hoover. blogdelagua.com

¿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 kilómetros 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 sólo 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. Continue reading “La presa Hoover”

¿Qué es una central hidroeléctrica?

Corte transversal de una represa hidroeléctrica

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 centrales fluyentes o de pasada. Éstas 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.

Continue reading “¿Qué es una central hidroeléctrica?”

Construcción de la presa de Aldeadávila (Salamanca)

Hoy, 17 de octubre de 2014, se cumplen 50 años de la inauguración oficial de la presa de Aldeadávila. Un hito de la ingeniería civil española. No podíamos dejar pasar la ocasión para recordar esta obra en nuestro blog.

El embalse, la central y la presa de Aldeadávila (también conocida como salto de Aldeadávila) son una obra de ingeniería hidroeléctrica construida en el curso medio del río Duero, a 7 km de la localidad de Aldeadávila de la Ribera (Salamanca). La presa es un arco de gravedad de hormigón de 139,50 m de altura. Constituye la central hidroeléctrica más importante de España a nivel de potencia instalada y de producción. El conjunto de los trabajos realizados para llevar a cabo esta infraestructura tuvieron lugar entre 1956 y 1963. Dispone de un aliviadero de superficie con ocho compuertas de segmento de 14,00 m por 8,30 m. Además, posee un túnel aliviadero con dos compuertas tipo segmento de 12,50 m x 9,70 m. Continue reading “Construcción de la presa de Aldeadávila (Salamanca)”

La presa de Jawa, posíblemente la más antigua documentada

Sistema hidráulico de Jawa (Jordania)

¿Una presa en la Edad del Bronce? Como vamos a comprobar a continuación en este breve post, resulta sorprendente ver cómo en aquella época se empezaron a manejar, de forma totalmente intuitiva, conceptos básicos en ingeniería de presas como el de núcleo, impermeabilización, etc.  Lo cierto es que, hace 5000 años, apareció una ciudad en medio del desierto que pudo tener perfectamente 2000 habitantes y cuya supervivencia se debió a una gestión inteligente del agua. Y cuya desaparición ocurrió cuando este sistema de suministro sucumbió.

Siempre resulta arriesgado afirmar cuál ha sido la primera vez que alguien ha hecho algo. Lo mismo ocurre con las construcciones, y en particular, las presas. En este caso, vamos a dedicar unas líneas a las presas más antiguas conocidas, localizadas en Jawa, a unos 100 km al nordeste de la capital jordana de Ammán. Se trata de un sistema de suministro de agua que se construyó alrededor del 3000 a.C. que tuvo un breve pero intenso esplendor en aquella época. Realmente se trataba de cinco embalses, con una capacidad conjunta próxima a 46.000 m3, capaces de generar un espacio habitable en medio del desierto. La idea era captar las escorrentías de lluvias en los cortos inviernos y de las pequeñas cuencas hidrográficas a través de Wadi Rajil, que alcanza a recoger 2.000.000 m3 en la actualidad y es probable suponer que en el pasado manejaban los mismos volúmenes, de los cuales solo el 3% s distribuía para la ciudad de Jawa. Continue reading “La presa de Jawa, posíblemente la más antigua documentada”

Presa de Casasola, Málaga

El Embalse de Casasola es un embalse situado en el término municipal de Almogía,  a 19 km del centro urbano de Málaga. Casasola tiene una capacidad de 23’45 hm³ y una superficie de 112 ha. Afecta a una longitud de 6 km del río Campanillas, afluente del Guadalhorce sobre el que se encuentra situado. Este embalse tiene como objetivo la laminación de las avenidas para proteger la barriada de Campanillas,  contribuyendo a la defensa del tramo final del Guadalhorce disminuyendo su aportación a este río, y el refuerzo del abastecimiento de la ciudad de Málaga, con agua de excelente calidad.

La presa que forma el embalse es un arco de gravedad de tres radios, con una altura máxima sobre cimiento de 76 m y una longitud de coronación de 240 m.  Su periodo de construcción fue entre los años 1995 y 1998. El volumen total de hormigón es ligeramente superior a 200.000 m3.

Os recomiendo el siguiente enlace de Continue reading “Presa de Casasola, Málaga”