La zapata aislada

Figura 1. Zapata aislada centrada. Imagen cortesía de CYPE, Biblioteca de detalles constructivos

En un artículo anterior se explicaba el concepto y las clasificaciones de las cimentaciones. Dentro de las cimentaciones superficiales se encuentran las zapatas, que va a ser el objeto de esta entrada.

Una zapata aislada es una cimentación puntual que recibe un solo sistema de carga, como son los pilares (ver Figura 1). Se emplea en terreno firme y competente, transmitiendo una tensión de media a alta y provocando asientos pequeños o moderados. Es la cimentación más económica sobre roca o suelos con tensiones admisibles habituales superiores a 0,15 N/mm2. Son cuadradas, aunque se usan rectangulares cuando existen luces diferentes en dos sentidos perpendiculares, los momentos flectores se dan en una sola dirección, los pilares son de sección rectangular, se levantan dos pilares contiguos separados por una junta de dilatación o en casos especiales de geometría difícil. En otros casos pueden ser de formas circulares o poligonales. Si existe una junta de dilatación, se dispone la zapata en diapasón, con dos soportes adosados.

Las zapatas aisladas se pueden clasificar atendiendo a su forma (Figura 2): rectas (de canto constante), escalonadas, piramidales y nervadas o aligeradas.

Figura 2. Tipología de zapatas atendiendo a su forma

La norma de hormigón estructural EHE, en cambio, cataloga las zapatas en rígidas y flexibles (ver Figura 3). El canto mínimo en el borde es de 40 cm en zapatas de hormigón en masa y 30 cm si son de hormigón armado.

Figura 3. Tipología estructural de zapatas atendiendo a la EHE

Pero para saber más de este tipo de cimentación superficial, a parte de remitirte al texto de referencia, he preparado un vídeo explicativo que creo que puede ser de interés. Espero que te guste.

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Pipe Express: Instalación de tuberías semi-trenchless

Figura 1. Vista frontal del sistema Pipe Express® desarrollado por Herrenknecht.

En algunos artículos anteriores hemos hablado con cierto detalle de tecnologías sin zanja para la instalación de tuberías. Son las denominadas, en inglés, tecnologías “trenchless”. Sin embargo, la tecnología no se detiene y, en esta entrada, quiero describir brevemente una técnica constructiva que se podría llamar “semi-trenchless”. Se trata del Pipe Express®, tecnología desarrollada por la empresa Herrenknecht para la instalación de tuberías.

Con el desarrollo de esta tecnología, Herrenknecht ha establecido un nuevo procedimiento constructivo para la instalación de tuberías a grandes distancias. El método sin zanjas no requiere la bajada de agua subterránea y en comparación con la construcción a cielo abierto, la zona afectada puede ser considerablemente más estrecha. Ello redunda, como no puede ser de otra forma, en mejores rendimientos y menores costes, además de ser un procedimiento respetuoso con el medio ambiente. Dependiendo de las condiciones del proyecto, con esta nueva técnica se puede instalar de forma segura hasta 1.000 m de tubería por día.

Tal y como se puede observar en la Figura 1, se trata de una tuneladora que trabaja bajo tierra y una unidad de excavación como conexión vertical entre la tuneladora y la superficie del terreno. El útil de corte de la tuneladora es el que realiza la excavación del terreno. Un transportador de tornillo interno y una unidad de corte vertical llevan el material excavado a la cinta transportadora pivotante en la superficie.

 

Figura 2. El sistema Pipe Express® desarrollado por Herrenknecht.

Esta tecnología puede ser de gran interés en zonas con suelos inestables, nivel freático elevado y requisitos de instalación profundos. Tal y como indica la empresa, con Pipe Express®, la zona afectada y los correspondientes movimientos de tierra pueden reducirse hasta en un 70% en comparación con el método de corte abierto. Esto supone una menor interferencia con la población, los usuario o los propietarios del terreno, pues se reduce el despliegue de grandes equipos y se acorta el plazo de ejecución. Además, la rápida instalación de tuberías de una sola pasada y la menor necesidad de maquinaria de construcción convencional significan una reducción significativa de las emisiones de gases de los motores de combustión y de ruido.

A continuación os dejo varios vídeos explicativos sobre esta nueva tecnología.

 

También os dejo información adicional del propio fabricante.

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¿Qué diferencia hay entre un apeo y un apuntalamiento?

Figura 1. Apuntalamiento. http://www.ite-arquitectos.com

Las situaciones de emergencia suceden muchas veces ante sucesos como terremotos, explosiones, impactos, hundimientos, incendios, inundaciones, vientos fuertes, grandes nevadas, excavaciones próximas y muchas más situaciones que hacen que en un momento determinado una estructura esté en peligro de venirse abajo. A veces las estructuras “avisan” con la aparición de grietas, desprendimientos, etc., otras, en cambio, el colapso es casi instantáneo. Ante este tipo de situaciones, los apeos y los apuntalamientos constituyen estructuras auxiliares que permiten ganar cierto tiempo mientras se toman medidas para el rescate de personas o bien para el refuerzo definitivo de la estructura o del terreno (en el caso del terreno, se habla de entibaciones). Aunque son términos parecidos, me parecía interesante en este artículo resaltar las diferencias entre ambas estructuras auxiliares. Apeos y apuntalamientos son estructuras auxiliares que se instalan, con carácter temporal, para ayuda o complemento en la ejecución o mantenimiento de los elementos constructivos de una estructura durante la ejecución de una obra -andamios, encofrados, entibaciones, etc.- o bien en situaciones de emergencia.

La Real Academia de la Lengua establece que apear es “sostener provisionalmente con armazones, maderos o fábricas el todo o parte de un edificio, construcción o terreno“, mientras que apuntalamiento es la “acción y efecto de apuntalar“, es decir “poner puntales” o bien “sostener, afirmar“. La norma UNE 76-501-87 define apuntalamiento como “estructura auxiliar y desmontable que sirve para soportar o reforzar una obra ya construida“. En principio, la diferencia básica consiste en que el apeo se realiza con motivo de una reparación, reforma, excavación, demolición o por cualquier situación que así lo aconseje formando parte de los procedimientos constructivos, siendo el apuntalamiento presenta un mayor carácter de urgencia y, provisionalmente, evita el hundimiento, colapso o derrumbamiento. Por ejemplo, los bomberos hablan de “apuntalamientos de emergencia” cuando realizan sus trabajos.

Por tanto, es muy sutil la diferencia entre ambos términos. Sería la urgencia el elemento clave que permite diferenciar ambos conceptos. Así, mientras el apuntalamiento presenta un carácter de urgencia mayor al del apeo. El apeo forma parte, como hemos dicho, de los procedimientos constructivos programados y planificados con tiempo, y por tanto, requeriría un mayor esfuerzo y tiempo para su ejecución. En ambos casos, estas estructuras auxiliares deben permitir estabilizar una estructura o un terreno el tiempo suficiente como para rescatar personas o para reparar un elemento dañado. Esta estabilización puede deberse a una situación de riesgo sobrevenido (apuntalamiento) o bien a una actuación planificada y controlada (apeo). Aquí cabe desde el apeo de una mina en explotación hasta el apeo o apuntalamiento de un edificio en situación de riesgo por hundimiento. Son elementos para garantizar el rescate de personas atrapadas bajo los escombros, por ejemplo tras un terremoto, o bien para asegurar un edificio con daños que permita su uso hasta la resolución definitiva de las patologías existentes.

Además de la urgencia, podría enfocarse la diferencia entre apuntalamientos y apeos de otra forma. Así, los apuntalamientos transmiten normalmente las cargas a una zona inferior mediante elementos colocados en posición vertical con elementos denominados puntales, enanos, virotillos o pie-derechos, mientras que los apeos transmitirían las cargas por elementos inclinados denominados jabalcones, tornapuntas, codales o tirantes.

Figura 2. Apeo de emergencia. https://www.serviciosemergencia.es

En cualquier caso, un apeo o un apuntalamiento debe cumplir, al menos, las siguientes condiciones: resistencia y estabilidad ante las cargas a transferir, simplicidad y rapidez de montaje, y seguridad para las personas. Estas estructuras auxiliares constituyen un sistema de equilibrio de fuerzas con los elementos propios de la estructura apeada o apuntalada. Como puede comprobarse, el que los apeos y los apuntalamientos tengan carácter provisional no significa que no se deban adoptar las precauciones y realizar los cálculos estructurales y demás comprobaciones necesarias para garantizar la estabilidad y seguridad de las personas y de las estructuras y terrenos que sostienen.

Os paso un vídeo donde podéis ver descritas estas diferencias.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia.

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Zonas de un anclaje

Figura 1. Componentes de un anclaje activo

Un anclaje es el elemento capaz de transmitir esfuerzos de tracción desde la superficie del terreno hasta una zona interior del mismo. En artículos anteriores vimos el concepto y la clasificación de los anclajes, la forma de ejecutar un anclaje y aspectos relacionados con la seguridad en su ejecución. En este artículo vamos a describir brevemente las diferentes zonas de un anclaje.

En los anclajes se distinguen las siguientes zonas (Figura 1):

  • Zona o bulbo de anclaje: es la parte solidaria al terreno en profundidad, encargada de transferirle los esfuerzos. Tiene características muy distintas dependiendo del procedimiento constructivo empleado. Teóricamente se trataría de una parte fija, es decir, que no se movería ni durante el tesado ni durante la movilización del empuje activo. En la práctica se puede mover algo, pero no debe despegarse del terreno, pues entonces desaparecería la capacidad del anclaje.
  • Zona libre: es la parte en la que la armadura es independiente del terreno que la rodea, de forma que está libre su deformación al tensionarse. En efecto, la capacidad de deformación de esta zona libre es la que provoca la progresiva puesta en carga del anclaje. Conviene una longitud mínima de unos 5 m para que el esfuerzo aplicado se vea poco afectado por los posibles desplazamientos de la cabeza respecto a la zona de anclaje al terreno. Puede garantizarse la independencia del anclaje respecto al terreno en esta zona mediante camisas de PVC o metálicas. Sin embargo, debe garantizarse su protección contra la corrosión.
  • Cabeza: es la unión de la armadura a la placa de apoyo, sobre la que se ejerce la fuerza estabilizadora sobre la estructura. Dependen de cada fabricante y son similares a las utilizadas en hormigón pretensado.

En la Figura 2 se puede observar la cabeza para un anclaje de 8 torones.

Figura 2. Cabeza para un anclaje de 8 torones. https://publicworkstoolscad.blogspot.com/

Os dejo una animación de Keller Cimentaciones respecto a la ejecución de una inyección.

Referencias:

AETESS (2006). Guía Técnica de Seguridad AETESS. Micropilotes y anclajes.

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (2001). Guía para el diseño y la ejecución de anclajes al terreno en obras de carretera. Madrid.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Traílla remolcada

Figura. Traílla remolcable. Imagen: V. Yepes

La traílla remolcada consiste en una caja montada sobre dos ejes con neumáticos; un eje portador en la parte posterior y un eje, con timón de remolque y dirección, en la parte delantera. Se remolca normalmente por medio de un tractor de orugas. El chasis puede llevar en la parte de atrás un tampón de empuje con miras a la utilización de un empujador. Son adecuadas para distancias cortas. Se fabrican hasta de 24 m3 de capacidad, aunque están siendo sustituidas por las mototraíllas. Presentan un mayor esfuerzo de tiro, debido a una buena tracción incluso en pistas de mal estado. Salvo algún caso excepcional, hoy solo se utilizan en trabajos de poca envergadura o de tipo agrícola. En la figura puede verse una traílla remolcada por un tractor agrícola usada en la redistribución de arena en las playas.

Os dejo a continuación un par de vídeos que ilustran bien el modo de trabajo de estas máquinas. En el primer vídeo se puede ver una máquina utilizada en movimiento de tierras, mientras que en el segundo se ve un trabajo de tipo agrícola.

 

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.

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Optimización de pasarelas peatonales de sección en cajón y hormigón de alta resistencia

Acaban de publicarnos un artículo en la revista International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements un artículo en el que optimizamos pasarelas peatonales de sección en cajón y hormigón de alta resistencia. Se trata de una publicación en abierto, por lo que os dejamos a continuación el artículo completo para su lectura y descarga.

ABSTRACT:

This paper deals with the economic optimization of high-performance post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. To this end, a program analyzes and evaluates the structural restrictions following Spanish codes for structural concrete and bridge design loads. This problem includes 33 discrete design variables that define the geometry, the concrete, the reinforcing steel bars and the post-tensioned steel. Various acceptance criteria are proposed to modify a variant of the simulated annealing algorithm with a neighborhood move based on the mutation operator from the genetic algorithms (SAMO). An objective methodology based on the extreme value theory is used to determine the number of experimental tests required to provide a solution with user-defined accuracy as compared to a global optimum solution. Results indicate that the local optima found by SAMO2 fits a three parameter Weibull distribution and improves the cost results for this structural problem. The minimum value obtained by SAMO2 differed just 0.34% compared to the theoretical minimum value so that, from the structural engineering perspective, the divergence was small enough to be accepted. High strength concrete performance was further studied in a concrete strength parametric study to acquire more evidence-based knowledge on its implications for economic efficiency. Finally, the study showed that high-strength concrete decreases the cost by 4.5% and the amount of concrete by 26%.

KEYWORDS:

Box-girder bridge, extreme value theory, high-strength concrete, post-tensioned concrete, simulated annealing, Structural optimization

REFERENCE:

YEPES, V.; PÉREZ-LÓPEZ, E.; GARCÍA-SEGURA, T.; ALCALÁ, J. (2019). Optimization of high-performance concrete post-tensioned box-girder pedestrian bridges. International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements, 7(2):118-129. DOI: 10.2495/CMEM-V7-N2-118-129

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Empleabilidad de los egresados universitarios en gestión de la construcción

A continuación os dejo la versión autor de un artículo publicado en la revista Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, del American Society of Civil Engineers (ASCE), donde se realizó un estudio sobre la empleabilidad de los egresados universitarios en el ámbito de la gestión de la construcción. Creo que puede ser de vuestro interés.

 

 

ABSTRACT:

The economic crisis that currently affects some western countries has reduced the employability of graduates in the construction industry. Nevertheless, many young professionals consider this situation as an opportunity to further their training, thus the higher enrollment in graduate programs in the construction industry. In light of this scenario, the authors of this paper sought to identify students’ perceptions of training gaps that affect their employability. The research was based on a case study, conducted in a Spanish graduate program (M.Sc.) in construction management during two consecutive academic years; a questionnaire survey was given to all enrolled students at the beginning of the first semester. The statistical analyses consisted of a principal component analysis of the 21 variables listed as possible explanations for their graduates’ unemployment, and an analysis of variance based on the aforementioned principal components. Respondents recognized the intrinsic internal barriers, which jeopardized their job opportunities, such as their unwillingness to move to another country, their lack of knowledge of a foreign language and communication skills, or their preferences for only well-paid and comfortable jobs. Other perceived problems were related to economic policy, training gaps, labor market structure, graduate surplus, and setbacks related to business management.

KEYWORDS:

Construction management, employment, graduate degree, labor market.

REFERENCE:

TORRES-MACHÍ, C.; CARRIÓN, A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2013). Employability of graduate students in construction management. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice ASCE, 139(2):163-170. DOI:10.1061/(ASCE)EI.1943-5541.0000139

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Mototraílla de doble tracción

Figura 1. Mototraílla de doble motor

En una entrada anterior ya se comentaron aspectos básicos de las mototraíllas (scrapers, en inglés). Son máquinas utilizadas para la excavación, carga, transporte, descarga y nivelación de materiales de consistencia media tales como tierras, arena, arcilla, rocas disgregadas, zahorras, etc. Consisten en una caja abierta con dispositivo de descenso, corte, ascenso y descarga de tierras. Dicha cuchilla va cortando el terreno, llenándose la caja al avanzar la máquina. En esta ocasión vamos a describir de forma breve la mototraílla de doble tracción.

Las mototraíllas de doble tracción poseen dos motores, uno delantero y otro posterior, y por tanto tienen tracción en los dos ejes. Son más potentes que las convencionales, pudiendo trabajar en terrenos más compactos. y con mayores pendientes. Suelen tener una relación capacidad/potencia de 35 l/CV y una relación peso/potencia de 120 kg/CV. Estas máquinas se complementan, en ocasiones, con un segunda mototraílla dispuesta en tándem con la primera, trabajando en pareja y reciben entonces el nombre de mototraíllas de empuje y arrastre (push-pull): presentan en la parte delantera un plato de empuje y un dispositivo de enganche con accionamiento desde la cabina, en la parte posterior dispone de un tope y un gancho fijo. La delantera se llena mediante el empuje de la trasera y cuando está cargada, baja la trasera el gancho y la caja siendo remolcada por la delantera. Cuando está cargada la trasera, emite una señal acústica, se desengancha y la delantera deja de tirar. Desde este momento las traíllas funcionan de forma independiente hasta que se repite el ciclo de carga. Sus distancias de acarreo óptimas se sitúan entre 150-200 m. y 1.600 m.

Figura 2. Equipo de mototraíllas de empuje y arrastre. https://www.cat.com

Os dejo ahora algunos vídeos relacionados con el trabajo de estas máquinas. Espero que os sean de interés.

En estos vídeos se aclara mejor el trabajo de las mototraíllas de empuje y arrastre.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.

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Revisión de los métodos de optimización aplicados al consumo de energía en ferrocarriles

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR. Se trata de un artículo de revisión del estado del arte donde se analizan 52 artículos científicos relacionados con el consumo energético en ferrocarriles. Se analizan dos áreas principales: las técnicas de modelización utilizadas para simular el movimiento de los trenes y el consumo de energía, y los métodos de optimización utilizados para conseguir una circulación ferroviaria más eficiente. Se describen brevemente los métodos más utilizados en cada caso y se analizan las principales tendencias encontradas. Además, se ha realizado un estudio estadístico para reconocer las relaciones entre los métodos y las variables de optimización. Se encontró que los modelos determinísticos basados en la ecuación de Davis son, con diferencia (85% de los trabajos revisados), los más comunes en términos de modelización. En cuanto a la optimización, los métodos meta-heurísticos son la opción preferida (57,8%), en particular los Algoritmos Genéticos. Este artículo forma parte de nuestra línea de investigación BRIDLIFE en la que se pretenden optimizar las infraestructuras atendiendo no sólo a su coste, sino al impacto ambiental y social que generan a lo largo de su ciclo de vida.

El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 3 de mayo de 2019 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/a/1YjHX3QCo9Uqa3

Abstract:

Railways are a rather efficient transport mean, and yet there is increasing interest in reducing their energy consumption and making them more sustainable in the current context of climate change. Many studies try to model, analyse and optimise the energy consumed by railways, and there is a wide diversity of methods, techniques and approaches regarding how to formulate and solve this problem. This paper aims to provide insight into this topic by reviewing up to 52 papers related to railways energy consumption. Two main areas are analysed: modelling techniques used to simulate train(s) movement and energy consumption, and optimisation methods used to achieve more efficient train circulations in railway networks. The most used methods in each case are briefly described and the main trends found are analysed. Furthermore, a statistical study has been carried out to recognise relationships between methods and optimisation variables. It was found that deterministic models based on the Davis equation are by far (85% of the papers reviewed) the most common in terms of modelling. As for optimisation, meta-heuristic methods are the preferred choice (57.8%), particularly Genetic Algorithms.

Keywords:

Railways
Energy efficiency
Modelling
Optimisation
Meta-heuristics

Reference:

MARTÍNEZ-FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA-SANCHÍS, I.; INSA-FRANCO, R.; YEPES, V. (2019). A review of modelling and optimisation methods applied to railways energy consumption. Journal of Cleaner Production, 222:153-162. DOI:10.1016/j.jclepro.2019.03.037

 

 

Densidad de los suelos granulares

De Gsrdzl –  CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9651626

El grado de compactación de los suelos granulares no suele comprobarse con la habitual curva de compactación. Como estos suelos son relativamente permeables, incluso cuando están compactados, no se encuentran afectados de forma significativa por su contenido de agua durante el proceso de compactación. Ello explica que no esté bien definido el máximo de la curva de compactación en las gravas y arenas limpias. Con un esfuerzo de compactación dado, la densidad seca obtenida es alta cuando se encuentra totalmente seco y alta cuando está completamente saturado, dándose densidades algo más bajas con cantidades de agua intermedias. Ello se debe al fenómeno de apelmazamiento, donde pequeñas tensiones capilares en el suelo parcialmente saturado tiende a resistir el esfuerzo de compactación. Este apelmazamiento no se presenta en arenas secas y desaparece cuando la arena está saturada.

Para estos suelos, donde el concepto de curva de compactación no es aplicable, el criterio de compactación normalmente aplicado es el índice de densidad (ID) definido como:

donde

emax = índice de huecos del suelo en su estado más suelto.

e = índice de huecos del suelo ensayado.

emin = índice de huecos del suelo en su estado más denso.

Se puede juzgar si una arena se encuentra en estado denso o suelto en base a su índice de densidad:

Se puede definir como compactibilidad (F):

En un terreno granular bien graduado como SW o GW, emax-emin es elevado y emin es pequeño, luego F es grande. Estos suelos se compactan con facilidad. En suelos uniformes como ciertos tipos de SP y GP, emax-emin es pequeño y emin es grande, por tanto F es pequeño y el suelo es compactable con mayor dificultad.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

 

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