Figura 1. Cuneta trapecial revestida de hormigón. https://blog.structuralia.com/mantenimiento-de-los-elementos-de-desague-y-de-drenaje-en-carreteras
Uno de los aspectos que más influye en la calidad y durabilidad de una carretera es un drenaje adecuado. Las cunetas son uno de los elementos a los que hay que prestar atención para garantizar un drenaje adecuado. Se trata de zanjas longitudinales situadas junto a la carretera cuya función es captar, conducir y evacuar los flujos de agua superficial. Normalmente tienen sección triangular, trapezoidal o rectangular, aunque lo más habitual son las cunetas triangulares.
El cálculo hidráulico de las cunetas se realiza normalmente utilizando la fórmula empírica de Manning-Strickler. Sin embargo, una de las condiciones que debe cumplirse es que la velocidad media del agua para el caudal de proyecto, debe ser menor que la que produce daños en el elemento de drenaje superficial, en función de su material constitutivo. La Instrucción de Carreteras (5.2.-IC), en su texto actualizado en junio de 2018, recoge los requerimientos para el drenaje superficial en las carreteras.
Figura 2. Esquema de cuneta triangular. http://ponce.sdsu.edu/drenaje_de_carreteras_c.html
A continuación os dejo un problema resuelto que espero os sea de interés. Este documento es un ejemplo de lo que se imparte en el Curso online sobre “Procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación”, que podéis encontrar aquí: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-contencion-y-control-del-agua-subterranea-en-obras/ Más problemas resueltos de este tipo podéis encontrarlos en el siguiente libro:
El coste de propiedad, también denominado coste financiero, se refiere a los años de vida de la máquina e incluye la amortización, los intereses, los seguros, etc. Se trata de un coste independiente de las horas de trabajo de la máquina.
La amortización de la maquinaria es la cuantificación monetaria de la depreciación sufrida por las máquinas. Para calcular la amortización se precisa conocer la cantidad a amortizar, la clase de tiempo a utilizar y el periodo o plazo de amortización.
Existen numerosos métodos de amortización. En este artículo se explica el método de las cuotas fijas de amortización, también llamado método francés. Consiste en determinar la cuota de amortización (suma de la amortización más los intereses) a interés compuesto.
En este documento podéis descargar dos nomogramas originales elaborados junto con los profesores Trevor Blight y Pedro Martínez Pagán que permiten calcular el interés medio aplicado a un capital.
YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.
Figura 1. Neumáticos de dúmperes rígidos. Imagen: V. Yepes
En las grandes máquinas (tractores pesados, mototraíllas, etc.) los costes de los neumáticos pueden representar un tercio de su coste total. En algunos casos, los neumáticos se venden por separado según el tipo de trabajo que vaya a realizar la máquina.
En condiciones ideales, la vida útil de los neumáticos radiales es de unas 6000 horas. Sin embargo, lo más habitual es que se produzcan desgastes fuertes, por lo que, en términos medios, se reponen entre las 2500 y las 4000 horas de trabajo (entre 30 000 y 50 000 km). En el caso de mototraíllas o palas cargadoras en condiciones de gran dureza, la vida útil se reduce a unas 1000 horas.
Para comparar la vida de los neumáticos se puede utilizar el concepto de T.V.H. que representa el producto de las toneladas medias transportadas por la velocidad media y por las horas recorridas. A mayor T.V.H., mejor el comportamiento del neumático.
Los factores que más inciden en la duración de los neumáticos son los impactos, que provocan dobleces y descascarillados, la abrasión y otros factores relacionados con las condiciones naturales y del terreno, el tipo de uso y los hábitos del operador, así como el mantenimiento realizado. La Tabla 1 muestra la duración estimada de los neumáticos de distintas máquinas según las condiciones de trabajo.
Tabla 1. Duración típica de los neumáticos, en horas (Nunnally, 2001)
Tipo de equipo
Condiciones de trabajo
Favorables
Medias
Desfavorables
Buldócer o cargadora
3.200
2.100
1.300
Motoniveladora
5.000
3.200
1.900
Mototraílla convencional
4.600
3.300
2.500
Mototraílla de doble tracción
4.000
3.000
2.300
Mototraílla push-pull y autocargable
3.600
2.700
2.100
Dúmper extravial y motovagón
3.500
2.100
1.100
En la Tabla 2 se indican los factores que habría que considerar para calcular la longevidad de los neumáticos en el caso de equipos de acarreo para el movimiento de tierras.
Tabla 2. Factores que reducen la longevidad de los neumáticos en vehículos de transporte de movimiento de tierras
Eje motriz
Tracción continua a 4 ruedas
0,9
Tracción intermitente a 4 ruedas
0,8
Eje de apoyo
1,0
Presión de inflado
Presión correcta
1,0
Presión de inflado un 10% inferior
0,9
Carga
Ninguna sobrecarga
1,0
10% sobrecarga
0,9
20% sobrecarga
0,8
Condiciones de la rodadura o ruta de transporte
Tierra blanda con un poco de piedras
1,0
Camino de grava bien mantenido
1,0
Camino de grava mal mantenido
0,9
Rocas dinamitadas
0,7
Mantenimiento del sitio de carga y descarga
Excelente
1,0
Deficiente
0,9
Curvas
Ninguna o muy suaves
1,0
Cerradas
0,9
Pendientes (solo para las ruedas motrices)
No pasan del 6%
1,0
Superior al 6%
0,9
Velocidad media
16 km/h
1,0
32 km/h
0,9
Experiencia del operador
Más de 6 meses
1,0
Menos de 6 meses
0,9
Por ejemplo, la vida útil de los neumáticos radiales de un dúmper pasa de 6000 a 3540 horas al aplicar el producto de todos los coeficientes (0,59) en las siguientes condiciones: presión de inflado recomendada, sobrecarga del 10 %, camino de transporte de grava deficientemente mantenido, mantenimiento y conducción defectuosos, carga y descarga defectuosas, curvas suaves, pendientes que no superan el 6 % y velocidad media aproximada de 32 km/h, con un operador con experiencia.
En la Tabla 3 se presenta una tabla similar en la que se recogen los factores de reducción de la vida útil de los neumáticos (Solminihan y Thenoux, 2008).
Tabla 3. Factores de reducción de la vida de los neumáticos (Solminihan y Thenoux, 2008)
Condiciones de uso
Factor a aplicar
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Presión del neumático (kg/cm²), en comparación con la especificada
100%
90%
80%
75%
70%
Carga del neumático, en comparación con la especificada
100%
129%
139%
150%
—
Velocidad media (km/h)
16
24
32
40
48
Posición de la rueda
Traseras de arrastre
Frontales
De tracción en vagonetas de acarreo de materiales
Motora
Clase de superficie del recorrido
Tierra blanda, suave o suelta
Camino de grava, grava angulosa
Roca angulosa
Como la vida útil de los neumáticos es inferior a la de la máquina, los costes de propiedad y de operación de ambos se estudian por separado. Así, la amortización de este tipo de maquinaria se hará deduciendo el coste de las cámaras y los neumáticos del coste de adquisición de la maquinaria. Su coste horario se calcula como la relación entre el coste de las cámaras y de los neumáticos y las horas de vida útil, considerando un 10% sobre el costo por reparaciones: recauchutados, pinchazos, etc.
Referencias:
NUNNALLY, S.W. (2001). Construction Methods and Management. 5th edition, Prentice Hall, New Yersey, 549 pp.
SOLMINIHAC, H.; THENOUX, G. (2008). Procesos y técnicas de construcción. Quinta edición, Ediciones de la Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile, 545 pp.
Figura 1. Pala cargando camión. https://www.hitachicm.eu/iground-control/issue9/es/the-perfect-fit
Las características básicas de una pala cargadora (Figura 1) pueden definirse a partir de las recomendaciones empíricas recogidas en el «Manual de arranque, carga y transporte en minería de cielo abierto» (Gómez de las Heras et al., 1995). Para ello, es necesario conocer la producción horaria requerida y el tipo de material a cargar (blando, medio o duro).
Con estos datos, ya es posible determinar el tamaño del cazo, el tipo de volquete más adecuado para la máquina de carga, la altura del banco, el peso aproximado y la potencia de la pala cargadora. En la Figura 2 se muestra un gráfico que permite calcular el tamaño del cazo de la pala cargadora en función de la producción requerida.
Figura 2. Tamaño del cazo de una cargadora según la producción requerida. Elaboración propia basada en 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. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.
Figura 1. Capacidad SAE del cucharón de una cargadora.
La capacidad colmada definida por la SAE (Society of Automotive Engineers) del cucharón de una cargadora es una medida normalizada que supone sumar a la capacidad a ras de la cuchara una cantidad adicional que se acumula con un ángulo de reposo de 2:1 respecto del nivel a ras paralelo al suelo (Figura 1). Se entiende como capacidad a ras el volumen contenido en el cucharón después de pasar un rasero que descanse sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharón.
En el caso del cazo de una retroexcavadora, el talud sería de 1:1 según la norma SAE. Evidentemente, cada tipo de material tendrá un ángulo de reposo diferente. Por tanto, para calcular la capacidad de la cuchara, es necesario multiplicarla por un factor de llenado. Este factor suele variar entre el 65 % (roca volada deficiente, con lajas o bloques) y el 110 % (marga o arcilla húmeda).
YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.
Figura 1. Nomograma de Menzel para el cálculo de la tasa de evaporación durante el fraguado del hormigón.
La contracción plástica (retracción) es un problema frecuente en el hormigón cuando aún no ha fraguado, es decir, cuando se encuentra aún en estado plástico. Por tanto, para evitar la fisuración del hormigón, se deben tomar medidas durante su puesta en obra, especialmente en climas desfavorables.
Las grietas por retracción aparecen principalmente en superficies horizontales, son paralelas entre sí y tienen una separación de entre 30 y 90 cm. La condición crítica se produce cuando la tasa de evaporación de la humedad superficial supera la velocidad a la que el agua de exudación la reemplaza.
La tasa de evaporación del hormigón depende fundamentalmente de cuatro factores: la temperatura del hormigón, la temperatura del aire, la humedad relativa y la velocidad del viento. En realidad, la fuerza necesaria para la evaporación del agua en la superficie está relacionada con la diferencia de presión entre el vapor de agua en la superficie y en el aire que hay encima de ella.
Para evitar que se formen fisuras por agrietamiento plástico, se evalúa la pérdida de humedad superficial. Si la tasa de evaporación se acerca a 1 kg/m2/h, es necesario tomar precauciones contra el agrietamiento por contracción plástica. El nivel crítico por debajo del cual no se producen grietas es de 0,5 kg/m2/h. A partir de 1,5 kg/m2/h, aparecen las fisuras con toda probabilidad. La velocidad del aire o del viento horizontal debe medirse a 0,5 m por encima de la superficie de evaporación. La temperatura del aire y la humedad relativa se deberían medir entre 1,2 y 1,8 m por encima de la superficie de evaporación en la zona protegida del viento y de los rayos del sol (Lerch, 1957). En la Figura 2 se muestra en una tabla el riesgo de fisuración en función de la evaporación del agua.
Figura 2. Riesgo de fisuración en función de la evaporación del agua (Calavera et al., 2004)
La norma ACI 305R proporciona la siguiente fórmula para calcular la tasa evaporación:
Donde
E Tasa de evaporación (kg/m2/h)
Tc Temperatura del hormigón (º C)
Ta Temperatura del aire (º C)
r Humedad relativa (%)
V Velocidad del viento (km/h)
La ecuación anterior presenta cinco variables, por lo que, si se quiere representar en tres dimensiones, deberemos fijar dos de ellas como constantes. En la Figura 3 se puede ver cómo evoluciona la evaporación en función de la temperatura del aire y de la velocidad del viento, cuando la temperatura del hormigón es de 20 °C y la humedad relativa del aire es del 50 %.
Figura 3. Tasa de evaporación en función de la temperatura del aire y la velocidad del viento. Temperatura del hormigón 20 °C y humedad relativa del aire del 50%. Elaboración propia.
Una forma de tener las cinco variables en un plano es usar un nomograma. El «nomograma de Menzel» es un método que se utiliza para calcular la pérdida de agua de un hormigón por unidad de área en función de la temperatura del aire, la humedad relativa y la velocidad del viento. Para ello, hay que tener en cuenta que es válido si la temperatura del hormigón es superior a 5 °C y la temperatura del aire es inferior a 35 °C. Además, la velocidad del viento debe encontrarse entre 2 y 40 km/h.
A continuación, os paso un problema resuelto para que veáis cómo se usa este nomograma y cómo se aplica directamente la formulación propuesta por el ACI 305R. Espero que os resulte útil.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MENZEL, C.A. (1954). Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete. Proceedings of the Portland Cement Association, Vol. 130:136.
LERCH, W. (1957). Plastic shrinkage. ACI Journal, 53(8):797-802.
Cada 31 de diciembre decidimos que termina un año y empieza otro. Podría haberse elegido otra fecha más razonable, como un solsticio o un equinoccio, pero hoy parece que todo termina para volver a empezar. Siguiendo mi costumbre, hoy es un buen día para repasar lo que ha sido el año 2022.
Parecía que habíamos superado los problemas de la pandemia de 2020 y 2021, cuando, de repente, nos encontramos con la guerra de Ucrania. Un auténtico terremoto que ha puesto la economía patas arriba y cuyas consecuencias afectan a muchísimas personas. La inflación galopante, los tipos de interés al alza y el precio de la energía y los alimentos son algunos de los factores a los que se suma la imparable crisis climática, lo que presagia un futuro con más nubes que claros. Hoy mismo, mientras escribo estas líneas, la pandemia se ha desbordado en China. Las consecuencias son difíciles de evaluar a día de hoy. En fin, parece que las crisis sucesivas serán una constante a corto y medio plazo. Encima, el ambiente de crispación política en nuestro país parece que no va a amainar, con las elecciones a la vista el año que viene. No obstante, también tenemos buenas noticias, sobre todo en los ámbitos científico y tecnológico.
Pero voy a centrarme ya en el balance personal que suelo hacer todos los años cuando llega este día. Parece que el año ha pasado muy rápido, pero son muchas las cosas que han ocurrido y me gusta repasarlas para reflexionar sobre ellas. Este año he seguido con mi labor como Consejero en el Sector 4: docencia e investigación en las elecciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Además, cumplí con la misión de pertenecer al Comité Asesor de la Comisión Nacional Evaluadora de la Actividad Investigadora CNEAI, en el área de «Ingeniería y Arquitectura», donde se evalúan los sexenios de investigación.
Este post es el número 175 de los que he escrito este año, lo cual no está nada mal. Ya he publicado 1662 artículos en mi blog desde que inicié esta andadura el 5 de marzo de 2012, por lo que este año se ha cumplido una década de esta aventura. Sin darme cuenta, he tocado muchos temas que tienen que ver con la profesión de la ingeniería civil y la construcción en todos sus aspectos. Además, en redes sociales cada vez tengo más presencia. Más de 28.200 seguidores en Twitter.
Demos un pequeño repaso de lo que ha sido este 2022. En febrero participé en la clausura de la 3.ª edición del Concurso de Distinciones a la Excelencia en las Prácticas de Alumnado en Ingeniería. Fue una invitación recibida por INECO. En mayo impartí una conferencia invitada en el Primer Congreso CONTRUC LATAM 2022, que tuvo lugar en Colombia, cuyo tema fue “Gestión del mantenimiento de las carreteras con presupuestos restringidos“. Ese mismo mes impartí una conferencia invitada en las II Jornadas de Ingeniería y Arquitectura organizadas por el Colegio de España. También participé en junio en el VIII Congreso Trienal de la Asociación Española de Ingeniería Estructural (ACHE), celebrado en Santander. Asimismo, en el 26th International Congress on Project Management and Engineering AEIPRO 2022, que se desarrolló en Terrassa en julio.Presentamos en julio una comunicación en la 11th International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management (IABMAS 2022), que se llevó a cabo en Barcelona. Durante julio participé en la International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials HPSM/OPTI/SUSI 2022. También en julio, impartí un taller en la Universidad de Alicante con motivo de una invitación recibida por su Instituto de Ciencias de la Educación. En septiembre impartí una conferencia invitada en el XXXIX Congreso Sudamericano de Ingeniería Estructural, JSAEE 2022. Participé en septiembre en el Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería CMN 2022, que tuvo lugar en Las Palmas de Gran Canaria. En octubre, participé en el Encuentro Profesional Geololotecnia 2022, en el que se celebró el Día de Terzaghi. Bajo el auspicio del CYTED, Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, participé en una mesa redonda en octubre sobre “Nuevos desafíos en la investigación sobre playas en Iberoamérica: conectando ciencia y gestión“.
En cuanto a reconocimientos, fue muy grata la carta remitida por el rector de la Batumi Shota Rustaveli State University, de Georgia, a nuestro rector José Esteban Capilla. En un correo recibido de nuestro Vicerrector de Internacionalización y Comunicación, nos remiten la carta junto con el agradecimiento de nuestra universidad.
Pero uno de los reconocimientos más valorados ha sido ser seleccionado como uno de los cinco aspirantes al Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación de la Universitat Politècnica de València en la rama de Ingeniería. Fui el único candidato en el ámbito de la ingeniería civil, lo que resultó muy difícil de competir contra los otros seleccionados, grandes investigadores en otras ramas del conocimiento dentro de la ingeniería. Fue un honor representar a la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos en este reto. Este reconocimiento se suma a estar entre los tres primeros investigadores españoles con mayor factor de impacto en el área de ingeniería civil.
En estos días también he tenido la oportunidad de repasar las pruebas de imprenta de una novedad editorial que verá la luz en enero de 2023. Se trata de un Manual de Referencia titulado «Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción». Es un texto académico, revisado por pares, que ha tenido una edición muy cuidada. Ya os daré detalles.
Además de los 22 artículos científicos que he publicado en revistas indexadas en el JCR —cifra que ha marcado un récord—, ya tenemos dos artículos de 2023 y otros tres aceptados. No está nada mal empezar el año con cinco artículos. Nunca me cansaré de elogiar al equipo de investigación. Cada día son mejores.
A continuación, os dejo algunas referencias sobre los artículos, congresos, libros y vídeos educativos que he realizado durante este 2022. Espero que 2023 sea mejor que este año, aunque no lo tengo claro.
INVESTIGADOR PRINCIPAL EN PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN COMPETITIVOS:
Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. (HYDELIFE). [Hybrid life cycle optimization of bridges and mixed and modular structures with high social and environmental efficiency under restrictive budgets]. PID2020-117056RB-I00.
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). Research on the optimized environment of large bridges based on multi-constraint coupling.Environmental Impact Assessment Review, 97:106914. DOI:10.1016/j.eiar.2022.106914
SALAS, J.; YEPES, V. (2022). Improved delivery of social benefits through the maintenance planning of public assets.Structure and Infrastructure Engineering, DOI:10.1080/15732479.2022.2121844
MARTÍNEZ FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA SANCHIS, I.; INSA FRANCO, R.; YEPES, V. (2022). Slab track optimisation using metamodels to improve rail construction sustainability. Journal of Construction Engineering and Management, 148(7):04022053. DOI:10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0002288
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision-making applied to the sustainability of building structures based on Modern Methods of Construction.Journal of Cleaner Production, 330:129724. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129724
YEPES, V. (2022). Gestão de praias na Espanha, in BOMBANA, B.; TURRA, A.; POLETTE, M. (Eds.): Gestão de praias: do conceito à prática. Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo, pp. 360-381, São Paulo (Brazil). ISBN 978-65-87773-36-0. DOI 10.11606/9786587773360
CONGRESOS:
FERNÁNDEZ-MORA, V.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Durability damage indicator in BIM environments.Valencia International Biennial of Research in Architecture, VIBRArch, 9-11 November 2022, Valencia, Spain.
YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). Sustainable optimization of post-tensioned cast-in-place concrete slab road bridges using metamodels. Congress on Numerical Methods in Engineering CMN2022, 12-14 September 2022, Las Palmas de Gran Canaria, Spain, pp. 166-185. ISBN: 978-84-123222-9-3
NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). Group Analytic Network Process for the sustainability assessment of bridges nearshore. International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials HPSM/OPTI/SUSI 2022, 11-13 July 2022, Lisbon, Portugal, pp. 143-154. DOI:10.2495/HPSU220131. ISSN 1743-3509 (online)
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). Steel-concrete composite bridge optimization through threshold accepting. 11th International Conference on Bridge Maintenance, Safety and Management IABMAS 2022, 11-15 July 2022, Barcelona, Spain, pp. 2019-2026. DOI:10.1201/9781003322641-250 ISBN: 978-1-032-35623-5
NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). ANP-based sustainability-oriented indicator for bridges in aggressive environments. 26th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 5-8 de julio, Terrassa (Spain).
NAVARRO, I.J.; VILLALBA, I.; YEPES, V. (2022). Development of social criteria for the social life cycle assessment of railway infrastructures. 26th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 5-8 de julio, Terrassa (Spain).
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2022). Aplicación del análisis del valor MIVES a la estructura de una vivienda unifamiliar de autopromoción con criterios de sostenibilidad. VIII Congreso de la Asociación Española de Ingeniería Estructural ACHE. Santander, 2022.
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). Training and use of ICT assessment in postgraduate civil engineering studies. 16th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2022), 7th-8th March 2022, pp. 2177-2183, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-37758-9
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). Assessment of structures life cycle assessment importance by civil engineering postgraduate students with a case study. 16th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2022), 7th-8th March 2022, pp. 2184-2190, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-37758-9
YEPES, V.; BRUN-IZQUIERDO, A.; YEPES-BELLVER, L. (2022). Analysis of civil engineering postgraduate students’ perception about contemporary issues. 16th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2022), 7th-8th March 2022, pp. 579-586, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-37758-9
YEPES, V.; YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A. (2022). Civil engineering postgraduate students’ perception on synchronous virtual versus face-to-face teaching during COVID-19. 16th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2022), 7th-8th March 2022, pp. 587-595, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-37758-9
Ecuación de Hazen-Williams. Pérdida de carga en m, caudal en m3/s, longitud y diámetro interno de la tubería en m.
La ecuación de Hazen-Williams apareció en la primera década del siglo XX (1905), respaldada por los experimentos de sus autores. Se trata de un método muy empleado, pues es una fórmula empírica sencilla, dimensional, siendo su cálculo simple, debido a que su coeficiente de rugosidad C no depende de la velocidad ni del diámetro de la tubería. Sin embargo, solo es válida cuando el fluido circulante es agua a temperaturas entre 5 °C y 25 °C. Se utiliza en conductos con un diámetro comprendido entre las dos pulgadas (50,8 mm) y los seis pies (1.828,8 mm). Además, se recomienda utilizarla para velocidades de circulación inferiores a 10 pies por segundo (3,05 m/s). La fórmula es adecuada solo para tuberías en regímenes laminar o de transición.
Os dejo a continuación un nomograma que he elaborado conjuntamente con el profesor Pedro Martínez Pagán. En este caso, en la fórmula, la perdida de carga se expresa en m, el caudal en m3/h, el diámetro de la tubería en mm y la longitud de la tubería en m, que son medidas habituales. Es posible en el nomograma usar medidas anglosajonas, pues hemos colocado una escala también para esas unidades. Espero que os sea útil.
También os dejo un problema resuelto que, espero, os resulte interesante.
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.
Se consideran voladuras en banco de pequeño calibre aquellas cuyo diámetro de barreno se encuentra entre 65 y 165 mm. Las cargas son cilíndricas y alargadas, con una relación de longitud de carga mayor que 100 veces el diámetro. Suelen tener un explosivo en el fondo y otro en la columna, y sus consumos específicos son relativamente bajos, con inclinaciones de barrenos de 1:2 a 1:3. Para este tipo de voladuras, suele aplicarse la técnica sueca de diseño y cálculo de voladuras o la teoría de Langefors y Kihlström (1963).
Según estos autores, la disposición de los barrenos, la cantidad de carga y la secuencia de rotura constituyen los principales problemas que deben determinarse en una voladura. Cuando la altura del banco supera dos veces el valor de la piedra (línea de mínima resistencia, también llamada burden), se emplean cargas selectivas. En el fondo del barreno se requiere una cantidad de energía por unidad de longitud superior a unas 2,5 veces la necesaria para la rotura de la columna.
Figura 2. Voladura en banco. https://eadic.com/blog/entrada/voladuras-parametros-de-diseno/
La teoría de la escuela sueca se ha desarrollado para tipos de roca relativamente homogéneos, es decir, rocas duras y compactas. Además, trabaja con alturas de banco relativamente elevadas, típicas de la explotación de canteras, de grandes excavaciones en obras públicas y de minería a cielo abierto de pequeña escala. La teoría se desarrolló principalmente para rocas duras y de pequeño diámetro.
La formulación que calcula la cantidad de piedra se basa, en una primera aproximación, en que la cantidad máxima de piedra es igual a 30 veces el diámetro del barreno, multiplicado por un coeficiente de corrección. Dicho coeficiente depende de la densidad y la potencia relativa en peso del explosivo, de la relación entre el espaciado y la piedra, de la inclinación de los barrenos y de un factor de roca. El factor de roca es la cantidad de explosivo, en kilogramos, necesaria para arrancar un metro cúbico de roca. El factor de roca c = 0,4, se corresponde a un granito; en el caso de una caliza estará algo sobredimensionado, pero del lado de la seguridad. En cualquier caso, la piedra calculada tendrá un error del 10%, por arriba o por abajo, que podrá subsanarse en las siguientes voladuras.
Para aclarar cómo se realiza el diseño mediante la técnica sueca, os dejo un problema resuelto que espero que os interese. También os adjunto un nomograma original para calcular la piedra teórica de una voladura según la formulación de Langefors y Kihlström (1963), elaborado en colaboración con el profesor Pedro Martínez Pagán.
LANGEFORS, U.; KIHLSTRÖM, B. (1963). Técnica moderna de voladuras de rocas. Editorial URMO, Bilbao, 425 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.
Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. Se trata del empleo de métodos de optimización de inteligencia de enjambre híbrida para puentes mixtos de acero-hormigón de bajo consumo energético. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
La optimización de puentes es un reto matemático importante, ya que hay un gran número de configuraciones posibles. En este trabajo, se han considerado la energía incorporada y el coste como funciones objetivo para optimizar vigas cajón mixtas de hormigón y acero. La energía incorporada se eligió como criterio de sostenibilidad para comparar los resultados con el coste. Para ello, se emplearon el algoritmo TAMO de búsqueda global estocástica, la búsqueda de cuco (CS) de inteligencia de enjambre y los algoritmos seno-coseno (SCA). Para que los algoritmos SCA y SC pudieran resolver el problema de optimización de puentes con variables discretas, se aplicó la discretización mediante la técnica k-means. Como resultado, se observó que SC producía valores objetivos de la función de energía comparables a los de TAMO, y reducía el tiempo de cálculo en un 25,79 %. Además, la optimización de costes y de energía reveló que cada euro ahorrado mediante metodologías metaheurísticas disminuía el consumo de energía en este problema de optimización en 0,584 kWh. Asimismo, al incluir celdas en las partes superior e inferior de las almas, se mejoró el comportamiento de la sección, así como los resultados de optimización para los dos objetivos de optimización. Este estudio concluye que el diseño de doble acción compuesta sobre apoyos hace innecesarios los rigidizadores longitudinales continuos en el ala inferior.
Abstract:
Bridge optimization is a significant challenge, given the huge number of possible configurations of the problem. Embodied energy and cost were taken as objective functions for a box-girder steel–concrete optimization problem, considering both as single-objective. Embodied energy was chosen as a sustainable criterion to compare the results with cost. The stochastic global search TAMO algorithm, the swarm intelligence cuckoo search (CS), and sine cosine algorithms (SCA) were used to achieve this goal. To allow the SCA and SC techniques to solve the discrete bridge optimization problem, the discretization technique applying the k-means clustering technique was used. As a result, SC was found to produce objective energy function values comparable to those of TAMO while reducing computation time by 25.79%. In addition, the cost optimization and embodied energy analysis revealed that each euro saved using metaheuristic methodologies decreased the energy consumption for this optimization problem by 0.584 kW·h. Additionally, by including cells in the upper and lower parts of the webs, the behavior of the section was improved, as were the optimization outcomes for the two optimization objectives. This study concludes that a double-composite action design on supports renders continuous longitudinal stiffeners in the bottom flange unnecessary.
