A continuación te presentamos un problema resuelto de neumática, muy sencillo, que sirve de introducción a los conceptos básicos de los circuitos neumáticos aprovechando la capacidad de un pistón de simple efecto conectado a un motor con pérdidas mecánicas. Se trata de aprender cómo calcular la fuerza de avance y aplicar la Ley de Boyle al cálculo del volumen de aire en condiciones normales.
El enunciado del problema sería el siguiente: Un cilindro neumático de simple efecto, de 63 cm de diámetro y 10 cm de carrera, trabaja a una presión de 6 bares. Sabiendo que la fuerza neta ejercida en el vástago del cilindro es el 90% de la fuerza teórica, se pide:
Fuerza neta ejercida por el cilindro en su carrera de avance.
Consumo de aire medido en condiciones normales en una hora, si ese cilindro completa 6 ciclos de trabajo cada minuto.
Para ello os dejo el siguiente vídeo de Javier Luque que espero os sea útil.
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, 210 pp.
Las cimbras cuajadas se utilizan cuando no existen obstáculos topográficos, de capacidad portante del terreno, paso de vehículos o corrientes de agua. A diferencia de las cimbras diáfanas, las cuajadas presentan la ventaja de distribuir las cargas de forma más uniforme sobre el terreno. Se emplean habitualmente en alturas de hasta 6 o 7 m, no siendo económicas cuando las alturas de rasante son excesivas, por encima de 20 – 30 m, en cuyo caso se recurren a torres y cuchillos metálicos. Por ejemplo, la Dirección General de Ferrocarriles en España recomienda el uso de cimbra cuajada para el proyecto de sistemas constructivos en puentes ferroviarios de hormigón, no superar los 15 m de altura y siempre que no existan obstáculos que obliguen a distanciar los apoyos de las cimbras.
El sistema más habitual de cimbra cuajada es la cimbra tubular (cimbra PAL), con torres de planta triangular o cuadrangular que cubren toda la planta del tablero. Los perfiles de las barras son tubos huecos, montándose cada torre a partir de módulos planos que se enganchan por las esquinas. Además, para garantizar la estabilidad de la cimbra, se hace necesario colocar barras de arriostramiento longitudinales y transversales para unir las distintas torres.
Figura 2. Esquema de la sección de un puente losa cimbrado con torres tubulares. Imagen: V. Yepes
Para que las torres estén perfectamente aplomadas, se calzan los pies usando para ello tablones, tarugos y cuñas. Las placas de los pies de las torres llevan agujeros para clavarlas a los tablones que sirven de base o a las cuñas. También suelen llevar tornillos de nivelación para ajustar la altura del pie. En la parte superior de la torre se disponen husillos, que son piezas en U que reciben los largueros de madera del encofrado. Los usillos se conectan a la torre mediante tornillos de nivelación para conseguir la geometría de cotas del tablero. Los husillos bajan para descimbrar la losa una vez se ha realizado el pretensado. No se suelen dar contraflechas debido a que las flechas de peso propio y del pretensado son muy parecidas. Asimismo, es necesario atender a su apoyo en el terreno, para lo cual os remitimos al artículo correspondiente.
En cuanto a rendimientos medios, se puede decir que una cimbra tubular de un paso superior se puede montar en una semana con una cuadrilla de cinco operarios.
Os dejo un vídeo explicativo que espero os sea útil.
Figura 1. Pasadores en una junta de construcción de un pavimento rígido
Una junta de construcción es una superficie plana, intercalada entre dos elementos de hormigón, de modo que el segundo se coloca contra o sobre el primero una vez que este último ha endurecido y sale a la vista cuando finaliza una zona de la estructura que requiere una interrupción del hormigonado por razones constructivas. Estas juntas son prácticamente inevitables, salvo en estructuras de muy pequeñas dimensiones. Pueden ser horizontales, como en el caso de los pilares, o verticales, como en el de las losas, y su situación debe indicarse en los planos del proyecto. A diferencia de las juntas frías, que se producen por interrupciones involuntarias, las juntas de construcción se realizan deliberadamente, pero siguen una planificación previa según la programación de vaciado. Cuando se debe interrumpir el hormigonado al finalizar la jornada laboral, la junta de hormigonado se denomina junta de trabajo.
Los aspectos más importantes de las juntas de construcción tienen que ver con su posición, rugosidad, tratamiento y la duración de la interrupción del hormigonado. A pesar de su importancia en el ritmo de construcción y en la resistencia de la estructura, no siempre se les presta la atención que merecen, especialmente en lo que respecta a su disposición y su técnica de ejecución.
Cuando sea necesario disponer una junta de construcción, esta debe situarse en un plano normal a la dirección de la armadura y en la zona de esfuerzo cortante mínima. En las losas o vigas simplemente apoyadas, el mínimo de los esfuerzos cortantes se encuentra en la proximidad del centro del vano. La armadura debe disponerse de forma continua a través de las juntas de construcción, previéndose conectadores en caso contrario.
Figura 2. Junta de construcción en centro de vanoFigura 3. Elemento de encofrado para junta de construcción. http://www.maxfrank.com/
Una vez que el hormigón haya alcanzado suficiente resistencia, se retirará el encofrado y se tratará la junta. El tratamiento puede realizarse cepillando la junta o bien con chorro de agua de caudal y presión suficientes para eliminar la pasta de cemento de la superficie, o bien con chorro de arena húmeda. Estos tratamientos deberán realizarse cuando se espere que los áridos no se desprendan del hormigón. También es muy interesante utilizar elementos de encofrado especiales, como rejillas de acero, que permiten el paso de la lechada de cemento, lo que da lugar a una superficie rugosa para la segunda capa. Igualmente, se podría usar una imprimación con resinas, aunque estas técnicas son muy costosas y solo se utilizan en casos especiales. En cambio, está totalmente desaconsejado el «picado» de la junta con medios mecánicos, pues los ensayos realizados demuestran que produce una microfisuración del hormigón, lo que debilita la adherencia de la junta.
Las cualidades de una buena junta son la regularidad y la rugosidad de la superficie, y se deben evitar los resaltes y depresiones producidos por los áridos. El mejor tratamiento de limpieza antes de verter el nuevo hormigón consiste en retirar el polvo y la suciedad con aspiradoras, aunque es una técnica que solo se aplica en presas. No se aconseja la limpieza con chorro de aire comprimido, salvo en superficies verticales. Si no es posible utilizar una aspiradora, debería usarse un chorro de agua a baja presión. Por último, es muy importante realizar una vibración enérgica y cuidadosa del hormigón vertido sobre la junta, así como un curado cuidadoso para evitar reducir la resistencia estructural en dicha zona.
A continuación, os dejo algunos vídeos sobre juntas de construcción.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València.
SIERRA, L.A.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2016). Sostenibilidad en el desarrollo de infraestructuras públicas chilenas. X Conferencia Internacional Encuentros Barcelona 2016, 16-18 de octubre, Barcelona (España).
Resumen:
Desde la promulgación de la Agenda 21, se han promovido acciones orientadas a la sostenibilidad en el ciclo de vida de los proyectos de construcción . No obstante, hoy en día, se reconoce que los aspectos sociales no tienen la misma consideración que los aspectos biofísicos o económicos. No considerar la dimensión social en el desarrollo de una infraestructura ha tenido los siguientes efectos sobre la sociedad: A corto plazo, la interacción de los diversos actores han puesto en riesgo los resultados del proyecto. A largo plazo, vulnera la calidad de vida intra-generacional y repercute sobre las futuras generaciones. Iniciativas recientes en Chile han abordado los aspectos sociales respecto de las iniciativas empresariales a través de la responsabilidad social. En otras instancias ha sido considerados la participación ciudadana en algunos proyectos como una parte de los procesos de Evaluación Ambiental. La definición de los criterios que componen la sostenibilidad social en proyectos de construcción tiene todavía que ser claramente delineada, dependiendo los contextos de aplicación, la perspectiva de los actores involucrados y las etapas durante el ciclo de vida. Esta comunicación identifica los criterios de sostenibilidad social más adecuados para cada etapa del ciclo de vida de una infraestructura civil pública. Este estudio está limitado a las infraestructuras civiles de uso público, bajo condiciones de uso esperado y a un número limitado de expertos consultados en un contexto chileno.
Palabras claves:
Delphi; Infraestructura; Sostenibilidad Social; Ciclo de vida; Chile.
Figura 1. Puente Long Key, Layton, Florida (1982). Fuente: http://www.figgbridge.com/long_key_bridge.html
La potencia de los actuales medios auxiliares permite la construcción prefabricada de puentes vano a vano, que puede ser mediante dovelas previamente ensambladas o bien de un vano completo prefabricado. La construcción del vano mediante dovelas prefabricadas supone ensamblar dichas dovelas sobre una cimbra auxiliar que se apoya sobre las pilas del vano, realizando posteriormente la transferencia del tramo del tablero formado con el resto de la estructura. En cambio, la construcción de un vano completo normalmente se realiza en tramos metálicos o mixtos (la losa se realiza en una segunda fase), estando condicionada la operación por la capacidad de los medios de elevación.
El puente Long Key, en Florida (Muller, 1980), se construyó mediante dovelas prefabricadas. En este caso se dispuso una viga metálica triangulada entre las pilas que actuaba como cimbra y sobre ella se colocaban una a una las dovelas mediante grúa. Posteriormente, se unían las dovelas mediante el pretensado, apoyándose el vano sobre las pilas y descargando la cimbra. En el caso del puente de Seven Mile (Florida, 1978), las dovelas se ensamblaron sobre una pontona flotante, izándose posteriormente.
La otra opción es el montaje del vano de una sola pieza. Esta posibilidad solo sería rentable en el caso de una repetición elevada en el número de vanos, pues los medios auxiliares de elevación son muy costosos. En tramos de hormigón, esta forma de construir deriva de la evolución de los tableros de vigas artesa, dejando la incorporación de la losa superior en una segunda fase, de igual forma que en las estructuras mixtas. Un ejemplo de construcción con vigas por vanos completos es el viaducto en el enlace A3-M45 de Madrid (Álvarez et al., 2008), donde las vigas se montan por vanos completos, con un peso máximo de 170 t para una luz máxima de 41,6 m. Se trata en este caso de vigas artes que trabajan como isostáticas de forma provisional hasta que se da más adelante un pretensado de continuidad. Posteriormente, se colocan las prelosas pretensadas colaborantes.
Figura 2. Vista con cuatro vigas montadas en el viaducto del enlace A3-M45 de Madrid (Álvarez et al., 2008)Figura 3. Montaje de prelosas sobre jabalcones provisionales (Álvarez et al., 2008)
A continuación os dejo un vídeo donde se ve el montaje del tramo completo de una viga artesa.
En este otro vídeo se puede ver un lanzavigas, ampliándose la longitud del vano por medio de vigas partillo en las pilas.
Referencias:
Álvarez, J.J.; Lorente, G.; Ortega, M.; Matute, L. (2008). Viaducto en el enlace A3-M45 (Madrid). IV Congreso de la Asociación Científico-Técnica del Hormigón Estructura-Congreso Internacional de Estructuras, 24-27 de noviembre.
Muller, J. (1980). Construction of Long Key Bridge. Journal – Prestressed Concrete Institute, 25(6), 97-111.
Nos acaban de publicar en línea en la revista Structural and Multidisciplinary Optimization (revista indexada en JCR en el primer cuartil) un trabajo de investigación en el que utilizamos las redes neuronales artificiales junto para el diseño multiobjetivo de puentes postesados de carreteras. Os paso a continuación el resumen y el enlace al artículo por si os resulta de interés. El enlace del artículo es el siguiente: http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00158-017-1653-0
Referencia:
García-Segura, T.; Yepes, V.; Frangopol, D.M. (2017). Multi-objective design of post-tensioned concrete road bridges using artificial neural networks. Structural and Multidisciplinary Optimization, doi:10.1007/s00158-017-1653-0
Abstract:
In order to minimize the total expected cost, bridges have to be designed for safety and durability. This paper considers the cost, the safety, and the corrosion initiation time to design post-tensioned concrete box-girder road bridges. The deck is modeled by finite elements based on problem variables such as the cross-section geometry, the concrete grade, and the reinforcing and post-tensioning steel. An integrated multi-objective harmony search with artificial neural networks (ANNs) is proposed to reduce the high computing time required for the finite-element analysis and the increment in conflicting objectives. ANNs are trained through the results of previous bridge performance evaluations. Then, ANNs are used to evaluate the constraints and provide a direction towards the Pareto front. Finally, exact methods actualize and improve the Pareto set. The results show that the harmony search parameters should be progressively changed in a diversification-intensification strategy. This methodology provides trade-off solutions that are the cheapest ones for the safety and durability levels considered. Therefore, it is possible to choose an alternative that can be easily adjusted to each need.
La pérdida de carga en un circuito de transporte de hormigón (igual a la presión necesaria a la salida de la bomba) depende de una combinación de factores como son las propiedades del hormigón, el desnivel a salvar, la longitud del circuito, el caudal necesario, los diámetros de tubería y el material en que están construidas. El objetivo es encontrar una solución óptima, de modo que, por ejemplo, un menor diámetro equivale a un menor coste y menos desperdicio de mezcla durante la limpieza, pero requiere una presión de bombeo superior que, en algunos casos, puede ser inaceptable.
El hormigón fresco se comporta esencialmente como un fluido de Bingham y, por tanto, su flujo en tubería sigue la ley de Buckingham. Sin embargo, normalmente se acepta que existe una relación lineal entre la pérdida de carga y el caudal, en lugar de la relación cuadrática que establece la ecuación empírica de Darcy-Weisbach. Esta simplificación en el cálculo la asume el ACI (ACI 304.2r-96) y algunos fabricantes de bombas de hormigón (Putzmeister) al utilizar una fórmula empírica que indica que la relación presión-caudal (p–q) durante el bombeo es lineal, siendo el coeficiente de la ecuación que las vincula igual a una constante que depende de la geometría del circuito (cuantificada por su longitud L y diámetro D) y de las propiedades de la mezcla, expresadas en función de su asentamiento medido mediante el cono de Abrams a través del parámetro b.
Con las siguientes unidades: q (m3/h), L (m), D (m) y b (10-6·bar·h/m), entonces p (bar). Además, b se puede obtener de la tabla siguiente en función del cono de Abrams:
Esta fórmula se ha utilizado ampliamente en la generación de ábacos o programas de cálculo de pérdidas de carga. Sin embargo, Putzmeister solo tabula el coeficiente b para valores de asentamiento menores de 12 cm, es decir, para hormigones relativamente consistentes, lo que deja fuera de su campo de aplicación a los hormigones fluidos. Si observamos, la pérdida de carga no depende de la presión existente en la tubería, hipótesis que algunos autores han comprobado. Esta aproximación empírica es útil desde el punto de vista práctico, pero no es satisfactoria desde un punto de vista teórico. Si bien proporciona buenos resultados en mezclas tradicionales, no resulta tan adecuada para los nuevos hormigones más fluidos como los autocompactantes o los de alta resistencia (Rodríguez López, 2015).
Para calcular la potencia de la bomba debemos considerar la presión originada por la pérdida de carga, más la presión necesaria para subir el hormigón a cierta altura. Dicha presión total se multiplicará por el caudal y se dividirá por el rendimiento η de la bomba para obtener la potencia N necesaria. La fórmula que hay que emplear es la siguiente:La presión en la conducción y la potencia de bombeo necesaria para transportar un determinado caudal de hormigón, puede calcularse por medio de ábacos como el de la figura en el que estos parámetros se relacionan con las características de la tubería y del hormigón de la siguiente forma: La escala vertical y horizontal del ábaco representa respectivamente en el caudal (m3/h) y la presión (bar) (en bombeo con altura de elevación, la presión total añadiendo a la presión indicada en el ábaco la presión en altura de la columna de hormigón). Además, en cada cuadrante figura el diámetro de la tubería, la longitud equivalente (longitud real + longitud añadida por pérdidas), la consistencia del hormigón y la potencia necesaria de la bomba. El resultado es aproximado y para un hormigón de buena dosificación. En este tipo de nomogramas se obtiene la potencia necesaria de la bomba, suponiendo un rendimiento de η=0,7. Este rendimiento puede caer a η=0,6 al sobrepasar los 50 bar.
Ejemplo: 40 m3/h de hormigón con un cono de Abrams de 60 mm deben bombearse a través de una tubería de 125 mm de diámetro a una distancia horizontal de 220 m y vertical de 73 m. Con el uso del nomograma de la Figura es fácil deducir la presión del hormigón y el rendimiento.
Fuente: Bombas de hormigón estacionarias, Putzmeister
Para elegir bien el equipo, debemos tener en cuenta algunos aspectos:
En primer lugar, debemos elegir el caudal de hormigón que vamos a bombear. Para ello, se parte del volumen de hormigón que se debe colocar y del tiempo del que se dispone. Además, hay que tener en cuenta que la bomba tiene tiempos muertos, por lo que es habitual suponer un rendimiento de 45 minutos por cada hora.
Para un caudal determinado, el diámetro de la tubería debe ser un compromiso entre los menores rozamientos, menor velocidad y mayor presión de los diámetros grandes, frente a la facilidad de montaje y de operaciones de bombeo de los diámetros menores.
Hay que calcular las pérdidas en la tubería que se añaden a la longitud real para calcular la longitud equivalente. Los codos de 30º, 60º y 90º equivalen a 1, 2 y 3 m de tubería. Si la manguera es flexible, la longitud hay que multiplicarla por 2. El conducto en vertical hay que multiplicarlo por 1,1.
No hay que olvidarse de sumar la presión necesaria para el bombeo en altura. En el caso de un peso específico del hormigón de 25 kN/m³, supone añadir 1 bar por cada 4 m de altura.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València.
RODRÍGUEZ-LÓPEZ, A.J. (2015). Determinación automática de la eficiencia volumétrica y otros parámetros de operación de bombas alternativas de hormigón mediante análisis de los pulsos de presión en su salida. Tesis doctoral. Universidad Politécnica de Madrid.
¿Es posible un mantenimiento sostenible de las carreteras cuando apenas existen presupuestos para ello?
A continuación os dejo el enlace a un artículo científico que nos acaban de publicar donde se muestra la posibilidad de utilizar técnicas de optimización heurística para conseguirlo.
TORRES-MACHI, C.; PELLICER, E.; YEPES, V.; CHAMORRO, A. (2017). Towards a sustainable optimization of pavement maintenance programs under budgetary restrictions.Journal of Cleaner Production, 148:90-102. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652617301142
Abstract:
Transport sector constitutes the second largest source of global greenhouse gas (GHG) emissions, being the road transportation the main contributor of these emissions. Efforts in the road sector have traditionally focused on vehicle emissions and infrastructure is typically not included in the emissions account. Road environmental impact is estimated to increase by 10% if the stages of road design, construction, and operation were considered. Previous literature has widely study sustainable practices in pavement design and construction, with little attention paid to maintenance. Current state of practice reveals that pavement managers barely consider environmental performance and their evaluations solely rely on technical and economic criteria. This situation creates the need to incorporate, in an integrated manner, technical, economic, and environmental aspects in the design of maintenance programs. The main objective of this research is to develop a tool for the optimal design of sustainable maintenance programs. Given a maintenance budget, the tool aims to maximize the long-term effectiveness of the network while minimizing GHG emissions derived from the application of maintenance treatments. The capability of the proposed tool is analyzed in a case study dealing with an urban pavement network. In comparison to the traditional maintenance policy, the proposed tool designs maintenance programs that increase the average network condition by up to 22% and reduces GHG emissions by 12%. This application also analyzes the effect of different budgetary scenarios in the technical and environmental performance of the network. This application helps pavement managers in the trade-off between budget and network performance.
Figura 1. Planta de hormigonado tipo torre. http://www.valderrivas.es/
Se denominan centrales hormigoneras tipo torre o plantas verticales a aquellas en las que el almacenamiento de los áridos está en la parte más alta de la misma planta y todo el proceso, tanto de dosificación como de amasado y descarga del hormigón, se realiza por gravedad. Los áridos se encuentran almacenados en tolvas elevadas, formando una torre. Los áridos suben a estas tolvas mediante una cinta transportadora o skip con la capacidad de un camión, aunque también son habituales los elevadores de cangilones. Requieren menos espacio que las anteriores y no existe contaminación entre los distintos grupos de áridos.
En el centro de la torre y en su punto más alto, un resbaladero giratorio reparte los diversos tamaños de áridos en silos celulares dispuestos en forma de estrella. En el piso inmediatamente inferior se encuentran los elementos dosificadores. La extracción del material de los silos se realiza por gravedad en gravas y arenas, pero en el caso de las arenas húmedas se necesita ayuda, ya sea vibratoria o de tornillo sinfín. La dosificación se realiza por peso, con básculas independientes para cada silo, que suelen ser de funcionamiento eléctrico. Las básculas descargan en la tolva receptora, con capacidad para una o varias amasadas, donde se incorpora el cemento procedente del silo y se pesa por una báscula independiente. Desde la tolva receptora, las diversas dosificaciones pasan correlativamente a las hormigoneras situadas en el piso inferior. El vaciado de las hormigoneras se realiza en el silo que alimenta el adecuado sistema de transporte. Las plantas actuales suelen contar también con sistemas de calefacción y refrigeración integrados en el proceso de elaboración del hormigón para garantizar las condiciones de temperatura exigibles a este.
Figura 2. Alimentación de áridos con cinta transportadora o con elevadores de cangilones. www.schwing.es
La dosificación del agua es automática, mediante un contador de impulsos dotado de electroválvulas diferentes para los primeros y últimos litros de la dosificación, la cual se regula en función de los datos suministrados por el corrector según la humedad de los áridos. Tampoco faltan los dispositivos para la incorporación de aditivos. El proceso se controla desde el pupitre de mando y puede automatizarse por completo.
La central de torre con turbo-mezcladora es adecuada para obras públicas, prefabricados pesados y hormigón preparado. Con una mezcladora de eje vertical o doble horizontal, puede utilizarse para hormigones ciclópeos.
La capacidad normal de estas plantas varía entre 50 y 150 m³/hora, aunque con instalaciones de doble torre se pueden alcanzar los 260 m³/h sin problema. Los gastos de montaje y desmontaje de este tipo de plantas suelen ser elevados, por lo que solo son aplicables en instalaciones estacionarias o de larga duración con gran producción.
Os dejo un vídeo sobre una central de hormigón.
Os dejo, para su consulta, la NTP 94: Plantas de hormigonado. Tipo torre.
Figura 1. Planta Liebherr Compactmix 0.5 con almacenamiento estrella
Se denominan plantas de hormigonado de tipo radial debido a la disposición de los acopios de áridos. Los áridos se almacenan sobre el suelo, en compartimentos radiales, sobre un muro de áridos en estrella que conforman sectores circulares completando un semicírculo. El paso de los áridos desde el acopio a la báscula de dosificación se realiza a través de las aberturas practicadas en un bastidor metálico donde confluyen los distintos tabiques divisores. El movimiento de los áridos se efectúa mediante pala, mediante dragalina situada sobre el escudo de áridos o mediante radiorascante o radio-rascadores que ataca el montón de áridos, por un lado.
Figura 2. Esquema en alzado de planta de tipo radialFigura 3. Esquema en planta de tipo radial
En el vídeo siguiente podemos ver una planta de hormigonado de tipo radial que utiliza radios rascantes.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València.
A continuación te presentamos un problema resuelto de neumática, muy sencillo, que sirve de introducción a los conceptos básicos de los circuitos neumáticos aprovechando la capacidad de un pistón de simple efecto conectado a un motor con pérdidas mecánicas. Se trata de aprender cómo calcular la fuerza de avance y aplicar la Ley de Boyle al cálculo del volumen de aire en condiciones normales.
