Diseño heurístico de puentes de hormigón pretensado como ejemplo de docencia de posgrado

Este artículo describe la impartición de un curso de posgrado en el diseño automatizado y optimización económica de estructuras de hormigón. El contenido forma parte de un Máster en Ingeniería de Hormigón que comenzó en octubre de 2007. El curso aplica los algoritmos heurísticos al diseño práctico de estructuras reales de hormigón, tales como muros, pórticos y marcos de pasos inferiores de carreteras, pórticos de edificación, bóvedas, pilas, estribos y tableros de puentes. Se presentan como casos prácticos dos tableros de puente de hormigón pretensado usados en la obra pública de construcción de carreteras. En primer lugar, se aplica SA a un tablero de un puente peatonal de viga artesa de hormigón prefabricado. El  segundo ejemplo aplica TA a un tablero de losa continua de hormigón postesado. Los casos estudiados indican que la optimización heurística es una buena opción para diseñar   estructuras de hormigón pretensado reduciendo los costes.

¿Por qué las máquinas pierden tanto tiempo en las obras?

Cargadora de descarga lateral¿Qué hace una máquina desde que llega a una obra? ¿Por qué se pierde dinero en una obra cuando las máquinas se encuentran paradas? Resulta evidente que es totalmente engañoso intentar hacer un presupuesto de una obra con datos erróneos en relación con la producción de los equipos, el uso del tiempo de la máquina, la organización de la obra, etc. Existen técnicos sin mucha experiencia que piensan que los datos de producción o incluso los costes horarios de las máquinas son datos que alguien nos tiene que dar y que se pueden buscar en folletos e incluso por internet. En este post vamos a intentar divulgar alguno de los conceptos básicos que tienen que ver con la producción de los equipos y que iremos ampliando en otros posts posteriores. Espero que os guste.

De los días que una máquina permanece en una obra, sólo una parte es reconocida por la legislación laboral y la organización de la obra para trabajar: es el tiempo de calendario laborable. El resto del tiempo la máquina permanece estacionada o puede ser utilizado para su mantenimiento o reparación. Las máquinas sólo pueden aprovechar un número de horas del calendario laborable denominado tiempo laborable real Hl debido a circunstancias fortuitas como los fenómenos atmosféricos, las huelgas, las catástrofes y otros motivos no previstos. La máquina se encuentra operativa, apta y dispuesta para el trabajo durante el tiempo de máquina en disposición Hd. Cuando la máquina se encuentra fuera de disposición, unas horas Hm se emplean en tareas previsibles como el mantenimiento, y otras horas Ha son imprevisibles como las reparaciones de averías. Un equipo en estado operativo puede estar parado Hp horas por causas ajenas a la propia máquina debido a una deficiente organización de la obra, a la falta de tajo, a la imprevisión de los suministros, al mal dimensionamiento de los equipos, a las averías de otras máquinas, etc. Por tanto una máquina sólo dispone de un tiempo de trabajo útil Hu, donde puede producir durante Ht horas, o bien realizando trabajos no productivos o complementarios como cambios o preparación de tajos durante Hc horas.

Os paso a continuación un Polimedia donde se repasan estos conceptos y se profundiza sobre el fondo horario de una máquina en una obra. También os dejo como referencia algunos títulos de los libros de apuntes que seguimos en las clases de Procedimientos de Construcción en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia.

 Referencias

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; MARTÍ, J.V.; BELLIDO, R. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Coste y producción de los equipos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.831. Valencia, 78 pp. Depósito Legal: V-4183-2004.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de planificación y control de obras. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 189. Valencia, 94 pp. Depósito Legal: V-423-2012.

¿Cuándo hay que comprar o renovar la maquinaria empleada en la construcción?

La adquisición de maquinaria puede motivarse, bien por la implantación de un proceso novedoso, por la mejora de otro ya existente, por el incremento de la capacidad de producción, o simplemente por una sustitución periódica de otra máquina similar que llegó al término de su vida económica. El conocimiento de las causas que provocan la pérdida de valor de las máquinas proporciona las pautas para su renovación, que dependerán, en gran medida, de las disponibilidades y circunstancias de la empresa. El envejecimiento de los equipos, una producción baja o con unos costes elevados y el mercado de maquinaria nueva y usada son algunos de los criterios que deberían guiar a la empresa en la adquisición de una máquina. Además, deben considerarse otros factores como el estado general de la economía, el futuro de la empresa y sus necesidades inmediatas, los objetivos a largo plazo y la selección de los medios adecuados para sus logros. Sin embargo, la realidad es que la necesidad concreta que surge en una obra determinada es la que plantea la adquisición de una nueva máquina.

El problema de la renovación es independiente de la dimensión de las organizaciones. Las pequeñas empresas deben afrontar el reemplazamiento de los equipos con la misma amplitud que las grandes, so pena de soportar serios problemas de descapitalización y de incrementos en los costes de producción. Las opciones a la compra de un equipo nuevo son la gran reparación, el alquiler, el arrendamiento financiero y la compra de máquinas usadas. Siempre que la empresa pueda abordar la adquisición de un nuevo equipo, son los criterios de rentabilidad económica durante la vida útil los que decidirán la opción más adecuada en cada caso. Como variantes a la adquisición de equipos para grandes obras, en ocasiones se compran los equipos para una obra y se venden a terceros cuando se termina, o bien se adquieren con el compromiso de recompra por parte del vendedor. Con ello se evita que estos equipos graven al parque de maquinaria por su falta de empleo. La maquinaria propia representa para la empresa un mayor potencial y prestigio, sin embargo supone un mayor inmovilizado, el riesgo de paralización si no existe suficiente obra, la necesidad de contar con un parque o servicio de maquinaria y el riesgo de personal excedente cuando se paran las máquinas. Una alternativa puede ser el alquiler.

Para profundizar un poco más en este tema, os paso un vídeo Polimedia sobre el tema. Espero que os guste.

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. (1996). Mantenimiento y renovación de equipos. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-057. Depósito Legal: V-2937-1996.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-

YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; MARTÍ, J.V.; BELLIDO, R. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Coste y producción de los equipos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.831. Valencia, 78 pp. Depósito Legal: V-4183-2004.

 

Teoría del valor extremo y optimización estructural

A continuación dejo una presentación que hicimos para el VII Congreso Español sobre Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados MAEB 2010, que se celebró en Valencia del 8 al 10 de septiembre de 2010.

El artículo, denominado “Teoría del valor extremo como criterio de parada en la optimización heurística de bóvedas de hormigón estructural” establece un criterio de parada para un algoritmo multiarranque de búsqueda exhaustiva de máximo gradiente basado en una codificación Gray aplicado a la optimización de bóvedas de hormigón. Para ello se ha comprobado que los óptimos locales encontrados constituyen valores extremos que ajustan a una función Weibull de tres parámetros, siendo el de  posición, γ, una estimación del óptimo global que puede alcanzar el algoritmo. Se puede estimar un intervalo de confianza para γ ajustando una distribución Weibull a muestras de  óptimos locales extraídas mediante una técnica bootstrap de los óptimos disponibles. El algoritmo multiarranque se detendrá cuando se acote el intervalo de confianza y la diferencia entre el menor coste encontrado y el teórico ajustado a dicha función Weibull.

Referencia:

YEPES, V.; CARBONELL, A.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2010). Teoría del valor extremo como criterio de parada en la optimización heurística de bóvedas de hormigón estructural. Actas del VII Congreso Español sobre Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados MAEB 2010, Valencia, 8-10 septiembre, pp. 553-560. Garceta Grupo Editorial. ISBN: 978-84-92812-58-5.

¿Cómo decidir cuando tenemos un dilema? El óptimo de Pareto

Los problemas de decisión están presentes en todos los ámbitos del ser humano: finanzas, empresa, ingeniería, salud, etc. Una de las grandes dificultades al tomar una decisión ocurre cuando queremos conseguir varios objetivos distintos, muchos de ellos incompatibles o contradictorios. Por ejemplo, si queremos un vehículo que sea muy veloz, debería tener un perfil aerodinámico que a veces es incompatible con la comodidad de los usuarios;  si queremos hacer un negocio con grandes beneficios, a veces tenemos que asumir ciertos riesgos, etc. Una herramienta que permite afrontar este tipo de problemas de decisión es el denominado “óptimo de Pareto“. A continuación os paso un vídeo explicativo de este tema. Espero que os guste.

 

 

¿Por qué es tan importante la productividad?

Cuando se habla de productividad en el sector de la construcción, siempre se dice que ésta es baja en relación con otro tipo de industrias. Incluso también es común opinar sobre la baja productividad que tienen los trabajadores en un país o en otro, lo cual influye fuertemente en la competitividad. Parece evidente que, cuanto más seamos de producir con unos recursos dados, más competitivos podremos ser. En este post vamos a divulgar, de forma sencilla, un par de ideas en relación con este concepto tan importante y de tanta transcendencia en nuestro sector.

La productividad es la relación entre los bienes y servicios producidos y los recursos empleados para ello. Existen otros ratios que se refieren sólo a uno o a varios de los recursos empleados: productividad de la mano de obra directa, de la indirecta, de la maquinaria, de los materiales, del dinero, etc. La productividad es vital para el desarrollo de cualquier actividad empresarial, pues aquellas que no la mejoran respecto a su competencia están condenadas a desaparecer. Continue reading “¿Por qué es tan importante la productividad?”

Acoplamiento de máquinas de transporte y movimiento de tierras

Un caso habitual en la construcción consiste en la utilización de varias máquinas cuyos ciclos individuales de trabajo tienen un intervalo común. Por ejemplo, una cargadora con varios camiones, o bien un equipo de mototraíllas convencionales ayudadas en su carga por un tractor. En estos casos, los ciclos individuales de las máquinas se pueden agrupar formando un ciclo del equipo que se repite periódicamente.

Al recurso que limita la producción de un equipo se le denomina cuello de botella. Su identificación es esencial porque cualquier cambio introducido en el funcionamiento repercutirá en la capacidad de producción del equipo, y por ende, en su productividad.  El recurso que causa el estrangulamiento es el que determina la producción del equipo. Se define como factor de acoplamiento o “match factor” a la relación entre la máxima producción posible de los equipos auxiliares respecto a la máxima producción posible de los equipos principales. El coste más bajo de producción se obtiene para factores de acoplamiento próximos a la unidad, pero por debajo de ella.

Para aclarar estos conceptos tan importantes en el cálculo de producciones y costes en las máquinas de movimiento de tierras, os paso este Polimedia para divulgar los conceptos básicos. Espero que os guste.

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. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5.

¿Qué errores se comenten con los buldóceres?

En la entrada de hoy vamos a dar recomendaciones para el trabajo con los tractores sobre cadenas, también llamados buldóceres (bulldozers, en inglés). En español también se conocen como explanadoras o topadoras. La operación de las máquinas es un tema de gran trascendencia tanto económica como de seguridad. Una mala operación acarrea no sólo pérdidas de producción y encarecimiento de las unidades de obra, sino que en muchas ocasiones representa un maltrato de las máquinas y un problema grave de seguridad para las personas.

Siguiendo el carácter divulgativo de estas entradas, os paso un Polimedia referido a las recomendaciones que deberían seguirse para operar con los buldóceres.  Espero que os guste.

 

También podéis calcular, a continuación, cuál sería la capacidad de  producción de un bulldozer excavando:  https://laboratoriosvirtuales.upv.es/eslabon/CapacidadBulldozer/ 

Bulldozer

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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Recomendaciones de trabajo en la compactación

Compactadora-Caterpillar¿Qué recomendaciones podemos dar para ejecutar correctamente la compactación de un suelo? En posts anteriores ya hemos descrito la curva de compactación, la elección de un equipo de compactación y el tramo de prueba. Ahora vamos a centrarnos en algunos consejos, espero que útiles, que permitan mejorar la productividad y la calidad de esta unidad de obra que suele presentar tantas patologías y quebraderos de cabeza. Para ello nos ayudaremos de un Polimedia que espero que os guste. Al final del artículo os he escrito algunas recomendaciones y algunas referencias por si os resultan útiles.

NORMAS Y RECOMENDACIONES DE TRABAJO

  • Una vez se ha extendido el material en tongadas con espesor adecuado y con el grado de humedad determinado[1], se procede de forma ordenada a compactar, controlando el número de pases y su distribución homogénea.
  • Se pueden comentar algunas recomendaciones de “buena práctica constructiva” en relación a la compactación.
  • Antes de iniciar la construcción de un terraplén o un pedraplén, se eliminará la tierra vegetal y se excavará, si procede, el terreno para asegurar la estabilidad del macizo.
  • Cuando se espera lluvia, es importante compactar lo más pronto posible los rellenos de granos finos todavía no compactados, puesto que un material esponjado tiene gran capacidad de retención de agua.
  • Para reanudar el trabajo lo antes posible, después de una lluvia, es buena práctica la eliminación con motoniveladora de la fina capa superficial de barrillo (2-3 cm) bajo la que el resto del material aparece poco afectado.
  • Con exceso de agua procedente de precipitaciones atmosféricas, puede realizarse la desecación natural mediante oreo. Ahora bien, con terrenos finos limo-arcillosos y humedades próximas al índice plástico, se estabilizan mediante la adición de cal, cenizas volantes, escorias o arenas.

  • El riego de las tongadas extendidas, siempre que sea necesario, se efectuará de forma que el humedecimiento de los materiales sea uniforme, y el contenido óptimo de humedad se obtendrá a la vista de los resultados verificados por el laboratorio de cada caso con el equipo de compactación previsto.
  • Si se comienza la compactación por los bordes del terraplén, conseguiremos cierto efecto de “confinamiento” que ayuda a la densificación.
  • Deben solaparse los pases de compactación, para uniformizarlos, debido a que en el centro de la máquina se consigue mayor eficacia.
  • Se deben ejecutar de forma suave los cambios de dirección en la marcha y los virajes, para no arrastrar el material.
  • Es bueno dar cierto sobreancho a los terraplenes, ya que los bordes quedan siempre compactados por debajo de lo debido.
  • Los bordes de los terraplenes a veces se precisa compactarlos, con lo cual necesitamos de un tractor o grúa que remolque por dicho terraplén al compactador.
  • La superficie de las distintas tongadas deberá tener la pendiente transversal necesaria para evacuar las aguas sin peligro de erosión. Esta pendiente normalmente varía entre el 2 y el 4%.
  • Si se usa un sólo equipo, se simplifican los controles, pero a veces se utilizan dos tipos, uno de mayor rendimiento, y otro que sella la terminación de cada tongada.
  • Si se utilizan equipos vibrantes, las últimas pasadas se realizarán sin aplicar la vibración, con objeto de cerrar las posibles irregularidades de la superficie.
  • Es importante la buena nivelación de la superficie a compactar, de otro modo, las zonas deprimidas que no son pisadas por el rodillo quedarán deficientes de compactación.
  • Se suspenderán los trabajos de compactación cuando la temperatura ambiente sea inferior a 2ºC. Los terrenos congelados no pueden compactarse.
  • Sobre las capas en ejecución se prohíbe el tráfico hasta que se complete su compactación. Si ello es imposible, se distribuirá sin concentrar las huellas en la superficie.
  • Si el terraplén tuviera que construirse sobre un firme existente, se escarificará y compactará éste para procurar su unión con la tongada inmediata superior. Los productos removidos no aprovechables se llevarán a vertedero.
  • Si el periodo de tiempo transcurrido entre el extendido y la compactación es largo, puede producirse la evaporación suficiente para dar como resultado un contenido inadecuado de humedad. El material debe ser compactado inmediatamente para evitar el mayor costo de humectación.
  • Al finalizar la jornada no deben dejarse montones de material sin extender ni capas sin compactar, pues si las condiciones atmosféricas son buenas ocurre lo indicado en el párrafo anterior, pero si llueve sobre el material esponjado, a pocos finos que posea, su capacidad de retención de agua será grande y quedará la obra impracticable, con el agravante de tener que sacar y tirar dicho material, pues el periodo de tiempo que sería necesario para su oreo nunca lo permitiría la marcha de la obra.
  • Los efectos nocivos de la lluvia sobre una tongada compactada con pata de cabra pueden reducirse si, antes de caer el agua sobre ella, se ha planchado con un rodillo liso estático o vibratorio.
  • El inconveniente de los rodillos lisos respecto a la unión entre capas[2] se remedia si se pasa una grada o un arado de discos para escarificar la superficie. Antes de este proceso la superficie lisa, y con algo de pendiente, protege contra la lluvia y permite la circulación de vehículos.

Referencias:

YEPES, V. (1995). Equipos y métodos de compactación. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-797. 102 pp. Depósito Legal: V-1639-1995.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (1999). Prácticas de equipos de excavación, transporte y compactación de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-4036. 129 pp. Depósito Legal: V-5208-1999.


[1]La corrección de humedad es costosa y delicada, sobre todo en terrenos cohesivos. Es más fácil adicionar agua. El reducir humedad puede conseguirse mediante escarificado y volteo de las capas, dejándolas secar. A veces se recurre a métodos especiales como el sistema “sandwich”, que consiste en intercapar entre capas húmedas una capa granular para ir drenando el agua, o bien tratamientos con cal, que absorbe el resto de agua al hidratarse.

[2]Podría crearse una discontinuidad, con peligro de filtraciones. El arado de discos no debe faltar en la construcción de una presa de materiales sueltos de tipo cohesivo, ya que consigue cierto mezclado y amasado entre capas.

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