Acaban de publicarnos un artículo en Structures, revista indexada en el JCR. Se trata de la evaluación del coste del ciclo de vida mediante la función de densidad espectral de potencia en un puente de hormigón en un ambiente costero. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
La optimización asistida por metamodelos es una alternativa valiosa para gestionar los procedimientos de optimización de diseño estructural, que suelen ser bastante costosos y, a veces, incluso prohibitivos. Este estudio ofrece una revisión actualizada de la literatura sobre la optimización asistida por metamodelos en el campo de la ingeniería estructural, analizando 111 publicaciones y 169 casos de estudio. Para ofrecer recomendaciones prácticas sobre cómo realizar esta optimización, se analizan ocho variables categóricas y se detectan relaciones subyacentes entre ellas mediante el análisis de correspondencia simple y múltiple. Sorprendentemente, hay menos documentos publicados sobre el tema de lo que se esperaba. La mayoría se centra en mejorar o desarrollar estrategias de metamodelización mediante casos de estudio simples (benchmarks) para validar las metodologías propuestas. La originalidad y el valor de este estudio radican en las conclusiones obtenidas a partir del análisis estadístico, que sirven como guía práctica para incorporar estrategias de metamodelización en futuros proyectos relacionados con la optimización del diseño estructural.
Metamodel-assisted optimization is a valuable alternative to handle structural design optimization procedures, which are usually quite expensive and sometimes even prohibitive. This paper presents an up-to-date literature review on metamodel-assisted structural design optimization (MASDO) in the structural engineering field. The period analyzed is from 2000 to the present, involving 111 publications and 169 case studies. In order to provide practical recommendations on best practices to perform MASDO, eight categorical variables are analyzed, and underlying relationships between them are detected by applying simple and multiple correspondence analysis. Surprisingly, there are fewer published papers on the subject than expected. Most focus on developing or improving metamodeling strategies, using simple (benchmark) case studies to validate the proposed methodologies. Consequently, the originality and value of this study lie in the conclusions obtained from the statistical analysis, which serve as a practical guide for incorporating metamodeling strategies in future projects related to structural design optimization.
Una de las facetas en las que el jefe de obra debe prestar mayor atención es el estudio de la viabilidad económica de la obra. En esta etapa, se busca obtener una estimación precisa del resultado económico final, así como prever cualquier cambio o acción que pueda mejorar dicho resultado. Para lograrlo, es necesario un análisis detallado de una serie de aspectos que se relacionan a continuación:
Medición correcta de la obra
La correcta medición de la obra es esencial para conocer su estado económico real y para realizar las compras a proveedores de forma adecuada. Medir es la mejor manera de conocer todos los detalles del proyecto, aunque en esta fase no es posible cuantificar todo, por lo que es importante centrarse en las partidas que se consideren prioritarias.
Si el contrato es de “precio cerrado”, la medición resulta especialmente relevante, pues puede tener un gran impacto en el resultado. En el caso de contratos de “precios unitarios”, incluso una pequeña variación en la medición de una unidad de obra puede afectar significativamente el resultado final, según el margen obtenido en esa unidad específica. Frente a unidades que generan pérdidas, un aumento en la medición empeora la situación, mientras que si disminuye, se reduce la merma en el resultado.
Una opción que algunas constructoras eligen es subcontratar a consultores de mediciones en la fase de oferta o en la de estudio inicial. Si el contrato es a “precio cerrado”, se recomienda medir toda la obra en la fase de la oferta.
Costes directos / precios
Los proveedores son un elemento clave en el proyecto, y cuanto mayor sea su peso en él, mayor debe ser la exactitud de su estudio. En esta fase, puede haber una limitación de tiempo para negociar con proveedores, por lo que es necesario basarse en las ofertas de la fase de estudios y en la experiencia y en las bases de datos del propio jefe de obra. Es importante, al menos, tener actualizados los precios más significativos, solicitando ofertas específicas para la obra.
Costes indirectos
A partir de la programación inicial de las obras y de la estimación de los medios y recursos necesarios para ejecutarlas, el jefe de obra realiza una primera estimación de los costes indirectos. Son costes indirectos todos aquellos que no son imputables directamente a unidades concretas, sino al conjunto de la obra, comunicaciones, almacenes, talleres, pabellones temporales para los operarios, laboratorios, los de personal técnico y los imprevistos.
Gastos generales de la empresa
A los costes anteriores hay que añadir los gastos generales de la empresa que, en numerosas ocasiones, escapan al control que puede ejercer el jefe de obra y que están determinados por la propia constructora. Estos gastos generales incluyen, entre otros, la infraestructura de las delegaciones y de las oficinas centrales, los gastos financieros, los seguros, etc. Un aspecto muy relevante de estos gastos es la financiación de la obra, que puede provenir de recursos propios de la empresa o de ajenos. En ambos casos, se debe considerar el coste del capital empleado.
Resultado
Utilizando los datos previos, como las mediciones reales, los costes directos, los costes indirectos y los gastos generales de la empresa, así como los precios de venta establecidos en el contrato, se obtiene un primer resultado para la obra. A partir de este punto, la tarea del jefe de obra consiste en plantear posibles modificaciones al proyecto con el objetivo de mejorar el resultado inicial.
Modificaciones
Es tarea del jefe de obra detectar carencias, errores y omisiones en el proyecto y analizar y proponer cambios que faciliten la ejecución y mejoren las condiciones económicas del contrato. Si se encuentran partidas que puedan afectar la seguridad estructural o el cumplimiento de la normativa, se debe informar por escrito a la dirección facultativa para llegar a un acuerdo previo al inicio de la obra.
Las modificaciones se valoran y se incorporan al Estudio de Viabilidad, sustituyendo o complementando las partidas existentes. Normalmente, se realizan diferentes previsiones (APO):
A – Actual: Refleja la previsión de resultado con las partidas contractuales y las mediciones reales.
P – Previsto: Es el resultado anterior, incluyendo carencias, errores y omisiones.
O – Óptimo: Al resultado previsto se le incluyen los posibles cambios propuestos.
Con estos datos, se puede disponer de la primera versión del estudio de ejecución, es decir, el resultado previsto al final de la obra, que deberá actualizarse a medida que avanza.
Referencias:
PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.
YEPES, V. (2008). Site Setup and Planning, in Pellicer, E. et al.: Construction Management. Construction Managers’ Library Leonardo da Vinci: PL/06/B/F/PP/174014. Ed. Warsaw University of Technology, pp. 102-114. ISBN: 83-89780-48-8.
En un artículo anterior, presentamos el método de Langefors y Kihlström para voladuras en banco de pequeño diámetro. En él se incluía una fórmula para calcular el valor de la piedra, también conocido como valor de mínima resistencia o burden. Sin embargo, existen otros métodos para calcular este valor. En otro artículo también resolvimos este problema, incluyendo cinco métodos y dos nomogramas originales para su cálculo.
Aquí presentamos un nuevo nomograma basado en la metodología de Ash (1963) y en la resolución de un problema. Esta metodología es popular por su simplicidad, pero solo es adecuada para el diseño de voladuras al aire libre.
Agradezco sinceramente la colaboración de los profesores Pedro Martínez Pagán, Daniel Boulet y Leif Roschier en la elaboración de este nomograma. A continuación, comparto el nomograma y la solución correspondientes al problema. Espero que esta información sea de utilidad e interés para mis lectores.
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
Figura 1. Buldócer Cat D9T. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CatD9T.jpg
Uno de los ejemplos usuales es la producción de un buldócer (bulldozer, en inglés), que primero debe escarificar un terreno y luego debe empujarlo hasta una distancia de transporte determinada. En una entrada anterior dimos la resolución de la producción combinada de un buldócer.
Ahora os presentamos un nomograma elaborado junto con el profesor Pedro Martínez-Pagán sobre la producción del ripado y el transporte con dicha máquina. Se han seguido las recomendaciones empíricas recogidas en el “Manual de arranque, carga y transporte en minería de cielo abierto” (Gómez de las Heras et al., 1995).
GÓMEZ DE LAS HERAS, J.; MANGLANO, S.; TOLEDO, J.; LÓPEZ-JIMENO, C.; LÓPEZ-JIMENO, E. (1995). Manual de arranque, carga y transporte en minería a cielo abierto. Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, 604 pp.
YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.
Figura 1. Operaciones básicas integrantes del ciclo de excavación de túneles con explosivos
A pesar del avance tecnológico, la técnica de perforación y voladura sigue siendo popular en la excavación de túneles por sus ventajas. A diferencia de la excavación mecánica, la técnica de explosivos es versátil, trabajando con varios tipos de roca y secciones de obra. Además, se adapta a otros trabajos, es fácil de transportar y la inversión inicial es reducida. Se trata de un método de frente abierto que consiste básicamente en realizar taladros que posteriormente se cargan con explosivos y se detonan. Los gases de la explosión penetran en las fracturas y desmenuzan la roca.
Esta técnica se utiliza en rocas de alta resistencia con una velocidad sísmica de entre 2000 y 2500 m/s, dependiendo de las condiciones del terreno o de la abrasividad de las rocas. Es aplicable a rocas con una resistencia a la compresión de 80 MPa o superior, incluso las más duras, por lo que resulta más eficiente que la excavación mecánica. En estos casos, la excavación mecánica puede no resultar rentable debido a la pérdida de rendimiento y al desgaste de los elementos. Además, la técnica de perforación y voladura es más flexible y puede adaptarse a cambios litológicos o trastornos tectónicos en el terreno.
La técnica de excavación con explosivos consiste en realizar taladros en el frente de excavación, cargarlos con explosivos y detonarlos. Para perforar se emplean equipos como “jumbos” o carros perforadores. Uno de los principales objetivos de una buena voladura es evitar el deterioro excesivo de la roca circundante a la excavación, ya que una voladura inadecuada puede provocar sobreexcavaciones y caídas de bloques que generen problemas de estabilidad adicionales. Por lo tanto, es necesario realizar voladuras controladas y técnicas, como el precorte o las voladuras suaves, para minimizar el daño estructural del terreno. En la Figura 1 se muestran las operaciones básicas que componen el ciclo de excavación de túneles con explosivos.
Los taladros se ajustan a una longitud de avance de entre 1 y 4 m, según la resistencia de la roca. Aunque hay diferentes disposiciones de taladros, todas ellas deben atenuar el confinamiento generado por la onda expansiva, ya que solo hay una salida.
Figura 2. Zonas de una voladura en un túnel
La técnica de voladura en el frente de ataque consiste en una explosión controlada que se lleva a cabo mediante una secuencia. Se utilizan detonadores de retardo de milisegundos para activar las distintas áreas de la carga en momentos diferentes. Es necesario que, en un principio, se cree un hueco libre con los barrenos de cuele y contracuele, hacia el cual romperán las cargas restantes de la sección. A continuación, se vuela la destroza y se da forma a la sección del túnel con los barrenos del piso (zapateras) y los barrenos de recorte o de contorno.
La excavación de túneles puede llevarse a cabo en secciones completas o, si estas son demasiado grandes, por fases, empleando galerías de avance, destrozas laterales y/o banqueo del suelo. Los jumbos modernos presentan una ventaja significativa frente a los topos y los minadores. A diferencia de los topos, que solo pueden excavar secciones circulares, y de los minadores, que tienen una capacidad de cobertura limitada, los jumbos actuales se utilizan para trabajos de perforación y sostenimiento y cuentan con una gran movilidad que les permite desplazarse fácilmente de un frente a otro.
En términos de inversión, los equipos de perforación son más económicos que los minadores o topos para una misma sección de excavación. Por lo tanto, en obras lineales de reducida longitud, es el sistema más recomendable para su amortización y se puede destinar a la ejecución de otras obras distintas.
Sin embargo, el arranque con explosivos presenta algunos inconvenientes en comparación con la excavación mecánica. Por ejemplo, los perfiles de excavación pueden ser más irregulares y la alteración del macizo rocoso remanente puede ser intensa si las voladuras no se disparan empleando técnicas de contorno en el perímetro. Ambos aspectos pueden aumentar los costes de sostenimiento y, sobre todo, los del revestimiento mediante hormigonado.
Además, si se realizan perforaciones con explosivos en zonas urbanas, las vibraciones generadas por las voladuras pueden constituir un factor limitante. Por tanto, es necesario proteger la integridad de las edificaciones y de otras estructuras subterráneas, así como evitar las molestias a las personas.
Ciclo básico de perforación y voladura
En primer lugar, es importante tener en cuenta que la excavación de túneles en roca usando la perforación y los explosivos es una operación cíclica y no continua.
El ciclo básico de excavación mediante perforación y voladura consta de las siguientes operaciones. Si solo se excava la parte superior y un banco en lugar de todo el frente, se tendrá un ciclo doble más complejo:
Perforación de barrenos en el frente a un patrón y una profundidad adecuados.
Retirar el equipo perforador.
Carga del explosivo y retirada del personal.
Detonado de las cargas.
Evacuación de humos y ventilación.
Saneo de los hastiales y de la bóveda y del bulonado.
Carga y transporte del escombro.
Labores de sostenimiento y gunitado.
Replanteo de la nueva voladura.
El tiempo que se tarda en completar un ciclo de excavación para un túnel con sección completa o de calota, si el avance se realiza en varias fases, suele ser de uno a dos turnos, según la sección y el tipo de sostenimiento requerido. La distribución de tiempos suele seguir la tabla que se presenta a continuación:
Perforación de barrenos
10 – 30 %
Carga del explosivo
5 – 15 %
Voladura y ventilación
5 – 10 %
Saneo y desescombro
15 – 35 %
Sostenimiento
65 – 10 %
En la tabla se observa que el tiempo destinado al sostenimiento en la sección de avance puede superar el 50 % de la duración total del ciclo en los casos más desfavorables. Por otro lado, en la sección de destroza, estos tiempos suelen ser la mitad e incluso inferiores.
En general, se recomienda utilizar una tuneladora (TBM) para excavar túneles de más de 4,5 km de longitud y la técnica de perforación y voladura para túneles de menos de 1,5 km de longitud (ver Figura 3). Sin embargo, esta es una guía general y cada proyecto debe evaluarse en función de los factores específicos que puedan influir en la elección del método de excavación. Por ejemplo, puede haber casos en los que un túnel de 5 km se excave mediante perforación y voladura en lugar de con una tuneladora, o viceversa, en función de factores como la geología, la geometría, el impacto ambiental y los plazos de ejecución. Para los túneles cuya longitud está comprendida entre 1,5 y 4,5 km, los costes de ejecución pueden ser similares, pero deben considerarse otros factores para tomar una decisión informada sobre el método de excavación más adecuado.
Figura 3. Coste según longitud del túnel excavado para los métodos con TBM y perforación y voladura. https://bestsupportunderground.com/tbm-perforacion-voladura/
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
El “peso específico de un suelo“, como relación entre el peso y su volumen, es un valor dependiente de la humedad, de los huecos de aire y del peso específico de las partículas sólidas. Para evitar confusiones, las determinaciones de los ensayos de laboratorio facilitan, por un lado, el “peso específico seco” y, por otro, la humedad. El peso específico natural de un suelo granular suele variar entre 12 y 25 kN/m³, entre 14 y 25 kN/m³ en suelos finos y entre 1 y 10 kN/m³ en suelos orgánicos. El peso específico seco de un suelo suele variar entre 18 y 27 kN/m³ en arcillas y entre 14 y 18 kN/m³ en suelos granulares. Es importante tener en cuenta que estos valores son solo una guía general y pueden variar según las características específicas del suelo y las condiciones ambientales.
Además, presentamos un nomograma original, elaborado en colaboración con el profesor Pedro Martínez-Pagán, y un ejercicio resuelto que demuestra la relación entre el peso específico aparente de un suelo en función de su humedad, el índice de huecos y el peso específico de las partículas sólidas. Espero que esta información sea de vuestro interés.
Figura 1. Fratás automático http://www.imcyc.com/revistacyt/jul10/pavimentos.htm
El acabado final del hormigón es una tarea crítica en la construcción de un pavimento, ya que tiene la importante misión de corregir las irregularidades producidas durante la colocación y compactación del material. Para conseguir una superficie adecuada en el hormigón fresco, se pueden realizar diferentes trabajos, desde un ligero fratasado manual hasta intervenciones más significativas, como la reparación de bordes.
El fratasado es una técnica que se utiliza para nivelar la superficie del hormigón, eliminar la capa superficial de lechada, sumergir las partículas de árido más gruesas, remover y corregir pequeñas imperfecciones y presentar el mortero en la superficie para texturizarla. Esta técnica puede realizarse de forma manual o mecánica y puede ser longitudinal o transversal.
En las carreteras de alta velocidad de España se logra una textura superficial longitudinal mediante el estriado del hormigón con cepillos metálicos o de plástico, y con una arpillera húmeda y lastrada, para conseguir una microtextura áspera en toda la superficie. La arpillera también se utiliza para eliminar las marcas de la bailarina. En los bordes de las carreteras suele formarse una textura transversal. En otros países, la macrotextura se consigue mediante técnicas como la denudación química o la incrustación de gravilla en el hormigón fresco.
Una vez que la pavimentadora ha terminado su trabajo, el carro de texturizado y curado (Figura 2) se acerca para aplicar la textura deseada con un cepillo de cerdas o flejes, mientras se rocía el líquido de curado como última operación. Si se desea una textura de árido visto, el carro extiende el retardador de fraguado y, en algunos casos, el compuesto de curado. Algunos productos pueden realizar ambas funciones simultáneamente. En regiones lluviosas, el retardador de superficie se protege con una lámina de plástico desplegada desde un rollo montado en el carro. Una vez retirado el mortero sin fraguar, se aplica el producto de curado sobre el pavimento.
Figura 2. Equipo de texturizado y curado (Calo et al., 2015)
El curado del pavimento evita la pérdida de agua necesaria para el fraguado y el endurecimiento del hormigón, así como la aparición de fisuras por retracción que pueden debilitar su resistencia. Aunque es posible usar agua para el curado en carreteras con poco tráfico, se recomienda utilizar productos de calidad que creen una capa impermeable sobre el pavimento para evitar la evaporación del agua. Estos productos suelen tener un pigmento blanco que, además de reducir la ganancia de calor por la radiación solar, facilita la inspección visual de la uniformidad de la aplicación. Después, al sellar las juntas, es necesario volver a aplicar el producto en la ranura correspondiente.
Figura 3. Tren de curado (Calo et al., 2015)
Las membranas químicas de curado están formuladas a base de resinas y solventes que se evaporan rápidamente y no son solubles en agua. Estas membranas pueden aplicarse inmediatamente después de las tareas de texturizado y terminación del hormigón, incluso si hay agua en la superficie. Al aplicarse por aspersión sobre la superficie del pavimento, se forma una película protectora en pocos minutos que impide la evaporación del agua de exudación y mejora su acción preventiva al adherirse al hormigón. Gracias a estas características, resultan especialmente útiles para la pavimentación con encofrados deslizantes.
Referencias:
CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.
RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.
Figura 1. Estructura típica de un pavimento rígido (Calo et al., 2015)
Una sección común de un pavimento rígido está compuesta por una capa superior, la calzada de hormigón, responsable de proporcionar la mayor parte de la capacidad estructural del pavimento. Esta capa descansa sobre una base de material seleccionado, que puede estar tratada con un ligante o no, y, a su vez, sobre el suelo natural o la explanada (ver Figura 1).
Calzada de hormigón
La capa superior del pavimento está formada por la calzada de hormigón, que es responsable de proporcionar las características funcionales y de una gran parte de la capacidad estructural requerida. En cuanto a las características funcionales, es la encargada de brindar las condiciones superficiales necesarias, como el drenaje, la fricción y la regularidad, de acuerdo con el tipo de vía y las condiciones de servicio, a fin de garantizar una conducción segura y cómoda. En lo que respecta a su capacidad estructural, debe ser lo suficientemente resistente como para soportar las cargas durante el periodo de servicio y actuar como barrera impermeable para las capas inferiores del pavimento, de modo que se minimice la entrada de agua desde la superficie hacia el interior de la estructura.
El espesor de la calzada dependerá en gran medida del nivel de tránsito pesado previsto y oscilará entre 15 y 20 cm para vías urbanas o de bajo tránsito pesado, y entre 20 y 30 cm para rutas con mayor volumen de vehículos pesados.
Base
La base es la capa fundamental del comportamiento del firme de un pavimento rígido, ya que proporciona un apoyo continuo, uniforme y estable a lo largo del tiempo. Si no se cumple esta condición, las losas del pavimento se ven sometidas a tensiones y deformaciones significativas debido a las cargas del tráfico. Esta capa se encuentra justo debajo de la calzada de hormigón y su función principal es prevenir la erosión en la interfaz entre la losa y el apoyo, por lo que es un elemento obligatorio en las vías con tránsito pesado.
Además de esta función principal, la incorporación de la base en la estructura del pavimento aporta varios beneficios. Mejora la distribución de cargas y reduce las tensiones en las capas inferiores de la estructura. También facilita el drenaje del agua de infiltración y protege los suelos de las heladas. Además, garantiza un soporte uniforme para la calzada de hormigón y crea una plataforma de trabajo resistente al clima, apta para vehículos de obra.
La falta de uniformidad en la base puede deberse al bombeo de finos (pumping, en inglés). Si hay agua bajo la losa y la base contiene muchos finos, y el tráfico pesado es intenso, el paso de vehículos entre losas puede provocar el bombeo de agua y finos hacia las juntas o los bordes. Esto genera erosión de la base y descalce de las losas.
En el caso de tráficos medios y ligeros, se suelen utilizar las bases granulares tradicionales, como el macadam o la zahorra artificial (ambas compuestas por gravas y arenas trituradas). No obstante, cuando se trata de tráficos pesados, es necesario emplear materiales granulares tratados con un ligante o conglomerante, como las bases de gravacemento.
Subbase
La subbase es una capa de firme ubicada debajo de la base de la explanada, también conocida como subrasante. En algunos casos, puede no ser necesaria si la explanada ya cuenta con una gran capacidad de soporte granular. Su función principal es proporcionar una base uniforme para la colocación y compactación de la capa de base, así como constituir una plataforma adecuada para su construcción. Es importante que esta capa tenga una función drenante, por lo que es necesario que los materiales empleados no sean finos. En cualquier caso, esta capa suele ser necesaria como capa de transición. Las subbases granulares se componen de gravas y arenas naturales o trituradas, suelos estabilizados con cemento, gravaescoria, entre otros materiales.
Explanada
La subrasante o explanada es la superficie sobre la que se asienta la superestructura del pavimento. Es crucial que esta superficie tenga la resistencia y la regularidad geométrica adecuadas, ya que soporta directamente el pavimento. Además, la explanada puede estar compuesta por la capa superior del terraplén o por el fondo de las excavaciones en terreno natural y es responsable de soportar la estructura del pavimento. Para garantizar su estabilidad y buen estado, se seleccionan suelos con características aceptables y se compactan en capas para crear un cuerpo estable capaz de resistir la carga de diseño del tránsito.
Subdrenaje
En ciertas situaciones, es posible mejorar el sistema de drenaje de una estructura, incluidas las estructuras de subdrenaje. Esto permite eliminar rápidamente el agua que inevitablemente se filtra por las juntas y fisuras, y así evitar los efectos perjudiciales que podría causar su acumulación en la estructura del pavimento. Los subdrenes constan de una red colectora de tuberías perforadas o ranuradas que se instalan en zanjas para recolectar el agua subterránea. El objetivo es controlar y retirar el agua, minimizando su efecto negativo en las capas estructurales del pavimento.
Juntas
Las juntas determinan las dimensiones de las losas del pavimento y controlan la formación de fisuras tanto en la fase inicial como en servicio. Existen dos tipos de juntas: las de contracción, que implican debilitar la sección de hormigón, y las de construcción, que se moldean. La opción más común es utilizar el aserrado para crear las juntas, aunque también es posible formarlas en fresco mediante surcos en el hormigón. En este último caso, pueden producirse manipulaciones posteriores que afecten la regularidad superficial, lo que limita su uso en juntas transversales de carreteras de alto tráfico. El serrado de las juntas debe realizarse antes de que se formen las fisuras, pero no demasiado pronto, pues los bordes podrían dañarse. El momento adecuado depende del tipo de cemento y de las condiciones de humedad y temperatura. Según el PG-3, el serrado de las juntas transversales debe realizarse dentro de las primeras 24 horas posteriores a la puesta en obra del hormigón, mientras que para las longitudinales debe hacerse entre las 24 y las 72 horas posteriores. La profundidad mínima del corte debe ser de un tercio o de un cuarto del espesor de la losa, según corresponda, para las juntas longitudinales y transversales, respectivamente. Es recomendable sellar las juntas, especialmente en áreas con mucha lluvia, y para ello se utilizan productos de sellado, como perfiles preformados de materiales elastoméricos que se introducen a presión.
Transferencia de carga
La transferencia de carga se refiere a la capacidad de una junta para transmitir parte de la carga aplicada a una losa a la losa adyacente. Esta transferencia puede lograrse mediante la trabazón de áridos, que se produce entre las caras de la fisura que se desarrolla por debajo de la junta, o mediante el uso de pasadores. En algunos casos, se pueden emplear ambas técnicas conjuntamente para lograr una transferencia de carga óptima.
Pasadores
Se trata de barras de acero lisas dispuestas en las juntas transversales para transmitir cargas sin restringir el movimiento horizontal de las losas. Su función es reducir las tensiones y deflexiones del hormigón, así como disminuir el riesgo de escalonamiento, de bombeo y de rotura en las esquinas de las losas.
Figura 2. Canastilla de pasadores (Calo et al., 2015)
Barras de unión
Se instalan en las juntas longitudinales para mantenerlas ancladas, garantizando así una transferencia de carga eficiente durante su periodo de servicio. La cantidad de acero necesaria se determina en función del espesor de la losa, la distancia al borde libre más cercano y la fricción en el plano de contacto con la base.
Figura 3. Barras de unión (Calo et al., 2015)
Arcenes
Aunque no forma parte de la estructura, la función de soporte en los bordes de la calzada es fundamental en los pavimentos de hormigón. Si el arcén está pavimentado con una estructura de hormigón, la calzada puede transmitir una parte de las cargas aplicadas a dicha estructura, lo que reduce las tensiones y deflexiones que se generan en ella. Además, minimiza la infiltración de agua desde la superficie del pavimento. Además de los arcenes, existen otras alternativas estructurales, como la incorporación de bordillos (en pavimentos urbanos) o la ejecución de sobreanchos de calzada, que también contribuyen significativamente a mejorar la condición de soporte en los bordes.
Referencias:
CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.
RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.
Figura 1. https://blog.laminasyaceros.com/blog/hormigon-armado
El hormigón reforzado con fibras es aquel en el que se han incorporado fibras en una proporción adecuada para mejorar alguna de sus propiedades respecto al hormigón convencional. Aunque el costo de este tipo de hormigón es alto, se compensa por sus características, como el aumento de la resistencia a la tracción y a la fatiga, un mejor comportamiento a flexotracción, la ductilidad, la resistencia al impacto y la durabilidad, así como la disminución y el control de la fisuración. La transmisión de esfuerzos fibra-matriz se produce por adherencia, lo que superpone acciones que involucran fenómenos de adhesión, fricción y entrecruzamiento mecánico. Para asegurar el uso adecuado de fibras en el hormigón, es necesario seleccionar materiales con módulos de elasticidad comparables o superiores a los del hormigón.
El uso de hormigón con fibras en pavimentos no es nuevo. Durante la década de 1980, se popularizó su uso al reducir el espesor del pavimento, aumentar la distancia entre las juntas y aumentar su vida útil de cinco a ocho veces en comparación con los pavimentos tradicionales. Por desgracia, esta tendencia no se mantuvo y el hormigón con fibras desapareció silenciosamente del ámbito de la construcción de pavimentos. A pesar de ello, la investigación en la construcción de soleras industriales continuó, especialmente mediante el empleo de fibras de acero. En España, se han construido miles de metros cuadrados de pavimentos en naves industriales, talleres de mantenimiento de helicópteros, parques de contenedores, suelos de talleres de fábricas de automóviles, entre otros.
En los pavimentos de autopistas y carreteras, el consumo de hormigones reforzados con fibras se ha incrementado debido a su mayor resistencia a la flexotracción, al control de la fisuración, a su resistencia a la fatiga dinámica y a la posibilidad de realizar juntas cada 15 m o incluso de no realizarlas. Además, pueden utilizarse en la totalidad del espesor del pavimento o en forma de recrecidos sobre pavimentos rígidos o flexibles deteriorados. Como ventaja adicional, estos pavimentos solo requieren un espesor de 7 a 10 cm y pueden colocarse con cualquier extendedora tradicional o, simplemente, con reglas vibrantes. Sin embargo, su coste es más elevado y solo resulta justificado en aplicaciones como refuerzos adheridos a pavimentos ya existentes, pavimentos de puentes y pavimentos que soportan cargas muy pesadas, como las que se dan en puertos, aeropuertos y zonas industriales.
Para que las fibras cumplan su función correctamente, deben distribuirse uniformemente a lo largo de la masa del hormigón. Por lo tanto, se recomienda aumentar la proporción de finos hasta alcanzar una proporción de pasta del orden del 40 %, lo que supone un aumento del 10 % respecto de las dosificaciones normales. También es importante limitar el tamaño máximo del árido a 20 mm. En el caso de los hormigones de pavimentos con áridos de 20 mm, el tamaño máximo debe ser inferior a 100 y la proporción en volumen de fibras debe ser de aproximadamente el 2% de la pasta o el 1% del volumen total. Es posible alcanzar resistencias a la compresión de hasta 15 MPa con densidades de 2 t/m³. Sin embargo, es relevante saber que las fibras reducen la docilidad y la trabajabilidad al aumentar la proporción de fibras. Por lo tanto, es necesario incrementar la relación de cemento hasta 0,5-0,6, con dosificaciones de 350-450 kg/m³, o bien emplear un plastificante.
Las fibras pueden ser de distintos materiales, desde microfibras plásticas de muy pequeño diámetro hasta fibras de acero, que es lo más habitual en pavimentos. Según su naturaleza, se puede controlar el proceso de formación de fisuras o mejorar su comportamiento estructural o su resistencia a la fatiga. La dosificación de microfibras oscila entre 0,6 kg/m³ y 1,0 kg/m³, y la de fibras de acero suele superar los 30 kg/m³. Entre las características más importantes de las fibras metálicas se encuentran la forma de la fibra, que permite un buen anclaje en el hormigón, y la relación entre la longitud y el diámetro equivalente de la fibra. Esta relación es un factor clave que distingue a las fibras metálicas, ya que un valor mayor generalmente proporciona un mejor comportamiento, pero también dificulta la mezcla, el vaciado y el acabado del hormigón. Las fibras de acero mejoran las propiedades de ductilidad, dureza, resistencia al impacto y al desgaste, en función del tipo de fibra y de su dosificación. Estas propiedades dependen de la longitud de las fibras, su diámetro, densidad, resistencia a la flexión y módulo de elasticidad. Por lo general, se utiliza acero de bajo contenido en carbono en forma de agujas o de pequeños flejes arqueados en los extremos. Las dimensiones comunes son diámetros de 0,15 a 0,75 mm para agujas y anchuras de 0,25 a 0,90 mm con espesores de 0,15 a 0,40 mm para flejes. Las longitudes oscilan entre 6 y 70 mm, con dosificaciones de 20 a 80 kg/m³.
A continuación, os dejo un vídeo explicativo sobre este tipo de material.
Os dejo un artículo explicativo que, espero, os sea de interés.
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.
En un artículo previo, explicamos cómo calcular el radio hidráulico para diferentes secciones. A continuación presentamos un ejercicio resuelto para el caso de una sección trapecial.
Además, presentamos un nomograma original elaborado en colaboración con los profesores Daniel Boulet, Matías Raja y Pedro Martínez-Pagán. En este nomograma se puede utilizar cualquier unidad de longitud. Espero que esta información sea de vuestro interés.
Acaban de publicarnos un artículo en Structures, revista indexada en el JCR. Se trata de la evaluación del coste del ciclo de vida mediante la función de densidad espectral de potencia en un puente de hormigón en un ambiente costero. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
