El reciclado es una técnica cuyo objetivo principal consiste en transformar un firme degradado en una estructura homogénea y adaptada al tráfico que debe soportar. Se trata de reutilizar sus materiales para la construcción de una nueva capa portante, lo que permite claras ventajas medioambientales y económicas.
Para ampliar los conocimientos sobre este tema, os dejo una videoconferencia proporcionada por Structuralia sobre aplicación del cemento en la conservación de carreteras. El ponente es Jesús Díaz Minguela, Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos y Director Técnico de IECA. Espero que os sea de utilidad.
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.
El sistema de compactación por centrifugación se basa en el aprovechamiento de la fuerza centrífuga a la que los propios componentes del hormigón son sometidos al aplicarles un movimiento de rotación. Por su fundamento físico, el sistema de centrifugación resulta apropiado para fabricar piezas huecas de hormigón de forma cilíndrica (tubos, pilotes huecos, etc.).
Para ello, se utilizan moldes giratorios completamente impermeables, en cuyo interior se introduce el hormigón. Los moldes giran horizontalmente, bien solidariamente a un eje horizontal, o apoyados sobre un sistema de rodillos, con una velocidad proporcionada a la dimensión del tubo y progresivamente mayor a medida que avanza el proceso.
a) Masa de hormigón introducida en el cilindro, b) arrastre de la masa, c) la masa de hormigón queda adherida a la superficie interior del cilindro
Durante el giro (ver figura) sobre cada punto actúan el peso del material P = mg y la fuerza centrífuga Fc = m rω2
En el caso en que m rω2< mg en la posición M el propio peso del material lo hará caer hacia la parte inferior del molde, de manera que solo se producirá la compresión del hormigón, cuando:
m rω2> m g
Así, el cuadrado de la velocidad de rotación debe ser inversamente proporcional al radio de la pieza y, además, para que el proceso de compactación sea efectivo, su valor ha de ser netamente mayor que el valor mínimo g/r.
Fuerzas que actúan sobre el hormigón
Como se observa en la figura anterior, la resultante de las fuerzas que actúan sobre el material son variables en función de su posición: máxima en N y mínima en M. Pero en la práctica esto no afecta a la compactación, dada la velocidad de giro que desplaza al material durante el proceso de fabricación a una velocidad lineal de 10 a 25 m/s.
Durante todo el tiempo que gira la pieza, especialmente en piezas de gran tamaño, la velocidad no se mantiene constante. Al principio, mientras se carga el hormigón, la velocidad se reduce (≈ l/10 de Vmáx) y, una vez terminada la distribución del material, se va acelerando poco a poco hasta alcanzar la máxima velocidad. El tiempo de giro de la pieza (entre dos y veinte minutos) debe ajustarse al espesor del tubo, sin exceso, para evitar la segregación en el hormigón. Con este fin, si los tubos son de gran espesor, la compactación suele realizarse en capas sucesivas.
La impermeabilidad del molde debe ser la máxima posible para evitar la fuga del agua de amasado durante la centrifugación. Con la pérdida de agua se pierde también una parte de finos que puede afectar a la estanqueidad y al buen acabado superficial que es característico de las piezas compactadas por este sistema.
Distribución de los áridos por efecto de la fuerza centrífuga
Los áridos deben ser de la misma composición y de tamaño inferior a 15 mm. La propia fuerza centrífuga, proporcional al peso de los áridos, da lugar a su clasificación por capas: los más gruesos son impulsados con mayor fuerza hacia el exterior y los más finos se sitúan en el interior. El efecto de este reparto es que, en el exterior del tubo, el hormigón adquiere una mayor resistencia, mientras que, en el interior, la abundancia de finos proporciona una excelente impermeabilidad.
El hormigón debe verterse en el molde antes de iniciar su fraguado, con una consistencia plástica o blanda; no es conveniente que sea más fluido, ya que, además de reducir la resistencia, la compresión del material durante la centrifugación es menor. Al final del proceso, la consistencia es seca.
La impermeabilidad del molde debe ser la máxima posible para evitar la fuga del agua de amasado durante la centrifugación. Con la pérdida de agua también se pierde una parte de finos, lo que puede afectar la estanqueidad y el buen acabado superficial característico de las piezas compactadas por este sistema.
Os dejo algunos vídeos explicativos sobre el tema.
También os dejo un vídeo en el que se explica la fabricación de pilotes de sección circular.
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Referencia:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.
Recopilar en este momento todas y cada una de las universidades y ciudades donde se imparten los estudios relacionados con la ingeniería civil en España resulta hoy día una tarea compleja, sobre todo si no quieres dejarte ninguna por el camino. Pasaron ya a la historia los anteriores títulos superiores de Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, y los tres títulos de grado medio de Ingeniero Técnico de Obras Públicas en Construcciones Civiles, Ingeniero Técnico de Obras Públicas en Hidrología e Ingeniero Técnico de Obras Públicas en Transportes y Servicios Urbanos. El origen de estos estudios y de las Escuelas donde se imparten fue el de formar a funcionarios al servicio del Estado; posteriormente las Escuelas dejaron de ser Escuelas de funcionarios, impartiendo enseñanzas para el ejercicio de la profesión en cualquier ámbito, público o privado.
Durante muchos años, la única Escuela era la de Madrid, a la que posteriormente se unieron las de Santander, Valencia y Barcelona. Hoy día la oferta se ha multiplicado, sobre todo con la aparición de los grados de ingeniería civil y el máster en ingeniería de caminos, canales y puertos. Muchas escuelas de obras públicas han reconvertido sus estudios en grados y otras tantas universidades han ofertado estos estudios dentro de su oferta académica. Tanto es así, que resulta difícil encontrar una ciudad que se encuentre alejada de una escuela más de 200 km. Incluso existen escuelas separadas decenas de kilómetros unas de otras. Un buen debate sería saber si se encuentra adecuada la oferta a la demanda o si España debe financiar la formación de profesionales abocados, en no pocas ocasiones, a trabajar fuera de nuestro país o a cambiar el ámbito o sector de trabajo profesional.
Si no me equivoco, en el caso del grado, en total son 34 títulos universitarios, que imparten en 25 universidades, en 28 centros y en 22 provincias. En cuanto al máster, son en total 16 títulos, que se imparten en 16 universidades, en 16 centros y en 13 provincias. En la provincia de Madrid, se imparten 3 títulos y en Murcia 2 títulos, en ambos casos de máster.
A falta de dejarme alguna (si es así, por favor me lo comentáis), voy a poner un listado de toda la oferta, tanto en los estudios de grado como de máster. Las listas no se encuentran ordenadas bajo ningún criterio. También es posible que se incorporen nuevos centros que no estén en la lista.
Oferta de titulaciones de grado relacionadas con la ingeniería civil:
En un artículo anterior explicamos en unos pequeños apuntes la forma de calcular el empuje del hormigón fresco sobre un encofrado. Ahora os dejo un par de vídeos explicativos para completar la información anterior. En el primer vídeo se explican los factores que influyen en la presión del hormigón fresco y en el segundo los principales métodos de cálculo de dicho empuje. Espero que estos vídeos os sirvan para entender mejor el comportamiento del hormigón fresco cuando empuja sobre un encofrado.
A continuación os dejo una comunicación que acabamos de presentar la congreso INTED 2017 que se ha celebrado en Valencia. Trata sobre una valoración de la innovación, la creatividad y el emprendimiento en los estudios de postgrado de ingeniería civil. Espero que os sea de interés.
Referencia:
MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Assessment of the argumentative ability in innovation management of civil engineering studies. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 3904-3913. ISBN: 978-84-617-8491-2
PROBLEMA. Calcula el máximo caudal de hormigón fresco que suministrará una cinta transportadora que tiene 30 m de longitud y tiene que salvar una cota de 6 m. Otros datos:
– El coeficiente de fricción entre cinta y rodillos es µ=0,10
– La densidad del hormigón fresco durante su transporte es de 2,0 t/m3
– El coeficiente de transmisión del motor es η=2/3
– La potencia del motor es de 50 C.V.
Respuesta:
El motor de la cinta transportadora debe de disponer de potencia suficiente para desplazar el hormigón fresco sobre la cinta, superando sus rozamientos y, además, para elevar el hormigón a la cota prevista.
La potencia mecánica se define como la rapidez con que se realiza un trabajo, o lo que es lo mismo, el producto de la fuerza resultante aplicada por la velocidad. La potencia necesaria para vencer el rozamiento de la cinta y rodillos µ, es el producto de la fuerza normal sobre la cinta por el coeficiente de rozamiento. Dicha fuerza se desplaza a la velocidad de la cinta.
Siendo p el peso del hormigón fresco por metro lineal de cinta, la potencia P1 necesaria para desplazar a una velocidad v el peso, teniendo en cuenta el rendimiento del motor η, sería la siguiente:
En la expresión anterior, el producto de la velocidad v por el peso por metro lineal p, se sustituye por el producto del peso específico γ del hormigón fresco por el caudal Q transportado por la cinta.
Por otra parte, la potencia necesaria para vencer el desnivel es el producto del peso del material por la velocidad de ascensión, que es v·senα, quedando la siguiente expresión:
Por tanto, la potencia necesaria total será la suma de P1 y P2. Se puede calcular mediante la siguiente expresión:
De esta expresión se puede despejar el caudal Q:
Expresando todas las unidades en el Sistema Internacional (1 C.V. = 735,498 W; 1 t = 9807 N), la expresión queda como sigue:
El motor de la cinta transportadora debe de disponer de potencia suficiente para desplazar el hormigón fresco sobre la cinta, superando sus rozamientos y, además, para elevar el hormigón a la cota prevista.
Os dejo también un nomograma que permite resolver este mismo problema. Lo he desarrollado junto con el profesor Pedro Martínez Pagán, de la Universidad Politécnica de Cartagena. En este caso, se ha resuelto el ejercicio con otros datos de partida. Espero que os sea útil.
A continuación os dejo un vídeo donde se explica el transporte del hormigón fresco mediante cinta transportadora. Espero que os sea de interés.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València.
A continuación os dejo una comunicación que acabamos de presentar la congreso INTED 2017 que se ha celebrado en Valencia. Trata sobre una valoración preliminar de la competencia transversal «pensamiento crítico» en los estudios de ingeniería civil. Espero que os sea de interés.
Referencia:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; MOLINA-MORENO, F. (2017). Transverse competence ‘critical thinking’ in civil engineering graduate studies: preliminary assessment. 11th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2017), Valencia, 6th, 7th and 8th of March, 2017, pp. 2639-2649. ISBN: 978-84-617-8491-2
Figura 1. Encofrado. By Stalform Engineering [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons
Los encofrados son elementos auxiliares destinados al moldeo “in situ” de hormigones y morteros, siendo su misión la de contener y soportar el hormigón fresco hasta su endurecimiento, sin experimentar asientos ni deformaciones, dándole la forma deseada. Cuando, en vez de obras “in situ”, se trata de prefabricación en taller, los encofrados se denominan moldes. Por tanto, los encofrados son estructuras temporales, que se cargan durante unas horas durante la colocación del hormigón y que, en pocos días, se desmontan para su posterior reutilización.
Pueden ser de madera, metal (se prohíbe por la Instrucción EHE-08 el uso de aluminio) o plástico y, por lo general, son totalmente recuperables y reutilizables, aunque en algunos casos la recuperación es parcial, quedando parte de sus piezas embutidas en el hormigón. Se les exige como cualidades principales las de ser rígidos, resistentes, estancos y limpios. Además, deben cumplir las condiciones de funcionalidad, seguridad y economía.
Suelen utilizarse productos desencofrantes (barnices antiadherentes y preparados a base de aceites solubles en agua) para simplificar el desencofrado y si son de madera se humedecerán con anterioridad para impedir que absorban agua del hormigón.
El encofrado necesita de elementos auxiliares que permitan soportar, entre otras, las acciones del hormigón fresco: cimbras, puntales, celosías y tensores. Además, para que el encofrado cumpla con su misión, se le deben requerir algunas características como seguridad, estanqueidad y facilidad de montaje, entre otras. El encofrado supone, aproximadamente, un tercio del coste de una estructura de hormigón, siendo muy importante la partida de mano de obra. El número de usos y si el paramento va a quedar visto son factores que van a influir fuertemente en el coste económico.
Las acciones durante el hormigonado y las acciones exteriores condicionan básicamente la estructura soporte del encofrado. Por tanto, ¿qué características se le deberían exigir a un encofrado? A continuación se recogen algunas de las condiciones que deben cumplir estos elementos:
La estructura soporte debe dimensionarse teniendo en cuenta las acciones siguientes:
Peso del hormigón fresco más el peso del propio encofrado como peso muerto.
Sobrecargas de uso, entre las que tenemos las originadas por personas, equipos, medios auxiliares, incluyendo impactos.
Cargas horizontales, tales como viento, las originadas por soportes inclinados, arranques y paradas de equipos, etc.
Acciones específicas para tipos especiales de encofrado.
El encofrado, a la vez que rígido y resistente frente a empujes y acciones exteriores, debe ser estanco. La falta de estanqueidad de un encofrado, puede conducir a fugas de lechada e incluso de finos que en el mejor de los casos suponga la presencia de defectos superficiales que afectan exclusivamente al aspecto de los paramentos superficiales y en algunos casos coqueras o nidos de grava que supongan una vía de acceso a ataques de las armaduras con los riesgos que ello lleva implícito en la durabilidad de la estructura.
El encofrado será químicamente inerte a la acción del agua, los aditivos o cualquier otro constituyente del hormigón. A pesar de lo cual nosotros cuidaremos especialmente evitar usar aguas en exceso agresivas, etc.
No adherirse fuertemente al hormigón después del fraguado. Se pueden tratar las superficies del encofrado con distintos productos químicos o incluso en algunos casos, como el del encofrado con madera, bastará humedecer la superficie, antes de la colocación.
Ser resistente a la abrasión del hormigón.
Ser económicos, teniendo en cuenta su coste inicial y su número de usos. Estos estudios económicos se hacen de acuerdo a los usos, la longitud del encofrado (en elementos de avance lineal) etc. Una manera de no encarecer los encofrados es utilizando, cuando sea posible, paneles preparados, paneles prefabricados, de las dimensiones que nuestros medios nos permitan.
A continuación os dejo tres vídeos que explican las características básicas de estos elementos auxiliares. Espero que os sean de interés.
Os dejo también un vídeo de obra de Enrique Alario donde explica el encofrado de madera de un muro visto. Obra en estado puro.
La Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08 indica claramente la necesidad de planificar y prevenir aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, con la seguridad, con los impactos ambientales, con la trazabilidad de los materiales, entre otros. Se trata de evitar imprevistos durante la ejecución de las estructuras de hormigón. Hay que tener presente que el propio procedimiento constructivo (descimbrado, pretensado, etc.) pueden inducir acciones que pueden superar incluso las solicitaciones que tendrá la estructura durante su vida de servicio. Os dejo un objeto de aprendizaje donde explicamos brevemente este tipo de cuestiones. Espero que os sea de interés.
Detalle de las torres sobre los durmientes de madera y de la zahorra compactada. Imagen: V. Yepes.
Una cimbra no deja de ser una estructura que debe estar perfectamente apoyada sobre un terreno con suficiente capacidad portante que, además, minimice sus asientos diferenciales. Normalmente, se suele exigir un mínimo de 0,10 MPa de tensión admisible al terreno que sirve de apoyo a una cimbra tubular. Para ello se compacta el suelo y se le suele mejorar con unos 30 cm de un material granular (grava-cemento o zahorras), para facilitar el drenaje en caso de lluvias. También se deben colocar durmientes de madera paralelos a la directriz del tablero para apoyar los pies de las torres. Este elemento sirve para repartir las cargas y reducir la tensión transmitida.
Cimentación provisional para soportar las torres de una cimbra diáfana. Imagen: V. Yepes
En el caso de terrenos flojos o cuando las cargas son elevadas, se puede sustituir el terreno o, incluso, hay que recurrir a cimentaciones auxiliares. La cimbra se debe estabilizar también en la proximidad de los terraplenes laterales, próximos a los estribos. Para ello se escalona el terreno, ejecutando unos pequeños muros de hormigón para reforzar la seguridad de los apoyos.
Escalonamiento con pequeños muros de hormigón junto al estribo. Imagen: V. Yepes
Un aspecto importante es la disposición de cimbras sobre ríos o torrenteras. Una lluvia torrencial imprevista puede originar arrastres y avenidas que pueden erosionar el apoyo de las cimbras, ocasionando su desplome. Este incidente es especialmente grave cuando se ha vertido el hormigón y no se ha alcanzado la resistencia suficiente para pretensar el tablero de forma que soporte su propio peso. Para prevenir esta circunstancia, una buena práctica consiste en cimentar la cimbra sobre una losa de hormigón protegida lateralmente mediante escollera. Otra buena práctica consiste en prever alguna zanja aguas arriba para dar salida al agua con una zanja lateral que atraviese la planta del tablero y vierta aguas abajo.
