Optimización simultánea del coste y de la constructibilidad de pilares de hormigón armado

Os paso a continuación la comunicación completa presentada en el XL Ibero-Latin-American Congress on Computational Methods in Engineering (CILAMCE 2019), que tuvo lugar en Natal/RN, Brasil, del 11 al 14 de noviembre de 2019.

ABSTRACT:

Structural design, in general, consists of an iterative process developed with base on the intuition and previous experience of the designer. This strategy makes the design exhaustive and makes difficult to obtain the best solution. In addition, usually only one design criterion is adopted, being usually cost or weight. If other issues are considered, such as the environmental impact or construction facility, a more complex problem need to be solved. In such context, the aim of this work is to present the development and implementation of a formulation for obtaining optimal sections of reinforced concrete columns subjected to uniaxial flexural compression, taking as objectives the minimization of the cost and the maximization of the constructability. The constraints of the problem are based on the verification of strength proposed by the Brazilian code ABNT NBR 6118/2014. To the optimization of the column section, Simulated Annealing optimization method was adopted, in which the amount and diameters of the reinforcement bars and the dimensions of the columns cross sections were considered as discrete variables. The total cost is composed of the cost of steel bars, concrete, and formworks, and the maximization of constructability is obtained by minimizing the total number of steel bars. The optimized sections were compared to those obtained considering only the cost as the objective function. To the example considered, it was observed that a significant reduction of the number of steel bars can be achieved with a small increase on the section cost.

Keywords: Optimization, Reinforced concrete, Columns, Cost, Constructability

Reference:

KRIPKA, M.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2019). Otimização simultânea do custo e da constructibilidade de pilares em concreto armado. XL CILAMCE Ibero-Latin American Congress on Computational Methods in Engineering, 11-14 nov 2019, Natal/RN, Brazil.

Descargar (PDF, 748KB)

Optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas

Nos acaban de publicar en la revista Automation in Construction (primer cuartil del JCR) un artículo relacionado con la optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas. Se trata de una colaboración con el profesor Moacir Kripka y está dentro del proyecto de investigación DIMALIFE.

Puedes descargar gratuitamente el artículo hasta el 22 de junio de 2019 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/a/1Y~vl3IhXMfb77

ABSTRACT

In structural design, it is common practice to adopt the same cross-sectiondimensions for a group of elements. This procedure is mainly for practical and aesthetic reasons, as well as to reduce labour costs, but it also has a positive effect of reducing the number of variables, which simplifies the usual trial and error design process. On the other hand, the total materials cost obtained is closely related to this grouping. Based on this, the present work aims to minimize the cost of reinforced concrete plane frames considering the automated grouping of columns. To achieve this objective, an optimization software was developed by the association of matrix structural analysis, dimensioning and optimization. The sections dimensions, the area of steel and the concrete strength of beams and columns were taken as design variables. For a given maximum number of groups, the optimum grouping and the corresponding values to design variables are obtained. The strategy proposed in this paper to obtain the grouping reduces significantly the number of infeasible candidate solutions during the search process and avoid the proposition of unrealistic designs. For the optimization, a variant of the Harmony Search method was adopted. Some structures were analyzed in order to validate the application of the proposed formulation, as well as to verify the influence of the grouping of elements on the final results. In these structures, it was possible to observe a significant additional reduction in the total cost when automated grouping is performed regarding a uniform grouping, even when a small number of groups is considered. For the 20-floor building frame analyzed, the cost reduction from uniform to automated grouping varied from 5.53 to 7.35%. The influence of the concrete strength on optimal results was also investigated, indicating a cost reduction of 9.74% from best (40 MPa) to worst case (20 MPa). In general, it can be concluded that, when applied in conjunction with the usual design variables, the proposed procedure can enable a significant additional economy, without affecting the structural safety.

KEYWORDS

Optimization; automated grouping; reinforced concrete; plane frames; harmony search

Reference:

BOSCARDIN, J. T.; YEPES, V.; KRIPKA, M. (2019). Optimization of reinforced concrete building frames with automated grouping of columns. Automation in Construction, 104: 331-340. DOI:10.1016/j.autcon.2019.04.024

 

 

 

Optimización heurística de ménsulas cortas mediante elementos finitos con fisuración distribuida

A continuación os dejo un artículo donde se aplica la optimización heurística mediante recocido simulado de ménsulas cortas de hormigón armado usando para ello elementos finitos con fisuración distribuida.

También puedes encontrar el artículo en acceso abierto en: https://www.witpress.com/elibrary/wit-transactions-on-the-built-environment/125/23501

 

 

 

Referencia:

ROJAS, G.; ROJAS, P.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V. (2012). Heuristic optimization of short corbels by smeared cracking finite element analysis. International Conference on Computer Aided Optimum Design in Engineering, 20-22 june. Computer Aided Optimum Design in Engineering XII. Vol. 125, pp. 71-82. Edited By: S. HERNANDEZ, University of A Coruña, Spain, C.A. BREBBIA, Wessex Institute of Technology, UK and W.P. DE WILDE, Vrije Universiteit Brussel, Belgium. DOI: 10.2495/OP120071  ISSN: 1743-3509 (on line).

 

 

Descargar (PDF, 486KB)

 

 

Los orígenes del hormigón armado

http://www.cehopu.cedex.es/hormigon/

Las civilizaciones antiguas ya tuvieron la idea de juntar piedras usando un amalgamador. Así, hacia el 2500 a.C., los egipcios ya emplearon un mortero de cal y yeso en la construcción de las pirámides de Giza. Sin embargo, fueron los romanos los que emplearon el hormigón a gran escala en obras como el Coliseo (en su cimiento y paredes internas) y el Panteón, construidos en los años 80 y 120 d.C. en Roma, o bien en el puente de Alcántara, en Hispania, del 104 al 106 d.C.

Tras la caída del imperio romano, el uso del hormigón decae hasta que, en la segunda mitad del siglo XVIII se vuelve a emplear en Francia y en Inglaterra. Así, en 1758, el ingeniero John Smeaton, ideó un nuevo mortero al reconstruir el faro de Eddyston en la costa de Cornish. En esta obra se empleó un mortero adicionando una puzolana a una caliza con una alta proporción de arcilla. Este mortero se comportaba bien frente a la acción del agua del mar debido a la presencia de arcilla en las cales, permitiendo incluso fraguar bajo el agua permanecer insoluble una vez endurecido.

Aunque Joseph Aspdin patentó en 1824 el cemento Portland, se considera al francés Vicat como padre del cemento al proponer en 1817 un sistema de fabricación que se sigue utilizando actualmente. Con todo, el cemento Portland actual se produce, desde el año 1845, con el sistema de Isaac C. Jhonson. Este procedimento se basa en altas temperaturas capaces de clinkerizar la mezcla de arcilla y caliza.

Las nuevas dársenas en el puerto de Toulon (Francia), en 1748, constituyen la primera obra moderna en la que se emplea el hormigón y que se encuentre documentada. Esta obra se ejecutó mediante tongadas alternas de hormigón fabricado con puzolana y mampostería irregular. En 1845 Lambot empieza a fabricar en Francia objetos en los que combina el hormigón y el acero surgiendo de esta forma el primer hormigón armado.

Patentes de sistemas de hormigón armado (Christophe 1902)

Destaca la publicación, en 1861, del libro “Bétons Aglomérés appliqués à l’art de construire“, donde François Coignet analiza la función del hormigón y del acero como partes integrantes del nuevo material. Joseph Monier construye en 1875 el primer puente de hormigón armado del mundo en Chazalet (Francia) con un vano de 16,5 m de luz patentando el hormigón armado. En 1885, asociados Coignet y Monier, presentan en la Exposición Universal de París ejemplos de elementos que podrían realizarse con hormigón como vigas, bóvedas, tubos, etc.

A finales del siglo XIX se comienza a utilizar el hormigón en países como Alemania y Estados Unidos. Aunque las primeras aplicaciones del hormigón en Estados Unidos datan de 1875, fue a partir de 1890 cuando su empleo alcanzó un impulso extraordinario. Eran unos años donde las bases científicas del comportamiento del hormigón armado no estaban asentadas y, por tanto, las aplicaciones estaban sujetas a patentes y sistemas de firmas comerciales. Así, a pesar de las patentes de Monier sobre el hormigón armado, el desarrollo del nuevo material no despegó hasta que empresarios alemanes como Freytag no compraron los derechos de explotación. Fue en 1885 cuando el ingeniero Gustaf Wayss, que acababa de asociarse a las empresas alemanas que poseían los derechos de Monier, estableció los principios básicos del comportamiento del hormigón armado.

Edmond Coignet y De Tedesco publicaron en 1884 el primer método de dimensionamiento elástico de secciones de hormigón armado sometidas a flexión, mientras que el ingeniero Mathias Koenen, director técnico de la empresa de Wayss y Freytag, publicó en 1886 el primer método empírico de este tipo de secciones. La empresa de Wayss y Freytag construyó entre 1887 y 1899 trescientos veinte puentes distribuidos por toda Alemania y el Imperio austro-húngaro.

Las construcciones de Monier en Alemania supusieron un impulso potente en Francia, donde a partir de 1890, empezó una auténtica revolución en la industria de este país. Jean Bordenave patentó en 1886 un sistema de tuberías de hormigón armado (Sidéro-ciment) que se utilizaría por primera vez en el abastecimiento de agua potable de Venecia. La primera patente realmente significativa en el ámbito del hormigón la realizó F. Hennebique en 1892 en Francia y Bélgica. En 1902 Rabut define las leyes de deformación del hormigón armado y sus reglas de cálculo y empleo. En 1904 De Tedesco publica el primer volumen completo sobre hormigón. La primer tesis sobre hormigón estructural la presentó F. Dischinger en 1928, versando dicho trabajo sobre láminas de hormigón para cubrir grandes espacios.

Anuncio cemento, 1903

En España la técnica del hormigón armado también llegó a finales del siglo XIX, desarrollándose simultáneamente con la industria del cemento portland. Nuestro país se situó desde ese momento en las primeras posiciones en el desarrollo internacional de la construcción con hormigón armado. La fabricación de traviesas de ferrocarril por parte de Nicolau en 1891 y el proyecto y construcción en 1893 del depósito de agua de Puigverd (LLeida) por parte del ingeniero Francesc Maciá, se consideran las primeras aplicaciones de este material. En los primeros años del siblo XX, otros ingenieros y arquitectos (Ribera, Zafra, Rebollo, Durán, Jalvo, Fernandez Casado, Torroja, entre otros) contribuyeron enormemente al desarrollo del hormigón armado en España. Por último, a partir de 1910, se introduce la enseñanza del hormigón armado en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Madrid. No obstante, accidentes como el de la construcción del tercer depósito del Canal de Isabel II hizo que estos inicios fueran complicados.

Puente de Ribera (1910) en Valencia de Don Juan (León). http://www.mirame.chduero.es/PHD/Hidro.php?id=196

Referencias:

http://www.cehopu.cedex.es/hormigon/

http://informesdelaconstruccion.revistas.csic.es/index.php/informesdelaconstruccion/article/viewArticle/3261/3674

 

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

La barca de Lambot, el “Antecessor” del hormigón armado

Lambot
Barca de Lambot

Seguimos con este post otro anterior en el que nos preguntábamos por el origen del cemento artificial. Aquí vamos a dedicar unos minutos a recordar el origen del hormigón armado. Como suele suceder, siempre existe un pionero que se adelanta a su tiempo y un empresario que pone en marcha el negocio. Aquí los dos personajes serán Lambot y Monier, ambos franceses.

La Exposición Universal de Paris de 1855 trajo consigo la presentación de una barca de carcasa metálica recubierto por un hormigón de cal hidráulica. Tenía 4 m de largo, 1.30 m de ancho y un espesor de sólo 4 cm. Este invento se construyó unos años antes, en 1848, por un francés llamado Jean-Louis Lambot (1814-1887) con la idea de utilizarlo en un lago existente de su propiedad en Miraval, al sur de Francia. Lambot se dedicó a la agricultura en la casa de su familia y en 1845 ya hizo un depósito y unas cajas de naranjas con malla recubierta de cemento y otros elementos para mobiliaria de jardín. No pasó de ser una anécdota, pero fue la primera vez que se aplicaron armaduras o flejes de hierro embebidos en el hormigón para intentar subsanar la escasa resistencia a la tracción del hormigón. Con todo, lo que realmente quería nuestro inventor era una malla de almabres trenzados que sirviera de estructura a sus creaciones, aunque se le ocurrió utilizar el cemento -material de moda- como recubrimiento para darle forma, impermeabilidad y rigidez. A este material le llamó “ferciment“, y desde luego, fue el “homo antecessor” del hormigón armado que hoy día conocemos. Continue reading “La barca de Lambot, el “Antecessor” del hormigón armado”

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.

Montaje de tubos prefabricados de hormigón

Colocación de tubería. Gadea Hermanos.

Una de las unidades de obra más habituales en obras de ingeniería civil es la instalación de tubos prefabricados de hormigón. Para ello se realizan zanjas de una profundidad mínima que permita la protección de las tuberías de los efectos del tránsito y de las cargas exteriores, así como de las variaciones térmicas. La anchura de la zanja será la necesaria para que los operarios trabajen en buenas condiciones. Como norma general, se dejará un espacio mínimo de 0.30 m. a cada lado del tubo, medido entre la intersección del talud con la solera y la proyección sobre ésta del riñón del tubo. El talud de las paredes de la zanja depende del tipo de terreno. El valor mínimo, propio de terreno rocoso, será el talud 1/10, y se recomienda para terrenos normales, el talud 1/5. Los tubos no se apoyarán directamente sobre la rasante de la zanja, sino sobre camas. Para la ejecución de la cama de hormigón de extenderá una solera de hormigón pobre, de 0.10 a 0.15 m de espesor, según los diámetros de los tubos, sobre el fondo de la zanja, y sobre esta solera se situarán los tubos,  convenientemente calzados. Posteriormente los tubos se bajan al fondo de la zanja.

Podéis leer con detalle cómo se pueden montar dichas tuberías en el siguiente enlace de Prefabricados Alberdi  o bien en este otro de Prefabricados Delta. Algunos manuales técnicos de cómo montar este tipo de tubos los podéis descargar de las siguientes empresas: Borondo,Prefabricados Alberdi o ANDECE.

En este vídeo se pueden observar los pasos fundamentales a la hora de montar los elementos de los que consta un pozo de hormigón amado prefabricado.

Construcción mediante encofrados túnel

Un encofrado tipo túnel, también llamado sistema de muros portante, sirve para la construcción rápida e industrializada de estructuras de hormigón armado mediante placas verticales (muros) y placas horizontales (losas) que permite estructuras de gran resistencia y rigidez lateral. Los espesores de las pantallas y losas son relativamente pequeños, variando entre 12 y 25 cm, dependiendo de la cantidad de pisos, las solicitaciones y la luz en la losa. Entre las ventajas de este sistema se pueden señalar la normalización del diseño estructural, la rapidez en la construcción y su relativa economía, con encofrados de acero en forma de “U invertida”; aunque en viviendas, la distribución de espacios, instalaciones, etc., deben planificarse con cierto detalle.

Se pueden distinguir dos tipologías de encofrado túnel. La primera se forma con paneles independientes, donde los diedros se montan y desmontan para formar el túnel. La segunda la forman diedros unidos mediante una pieza móvil o clave. En este segundo sistema, el encofrado túnel se compone de dos medios cuerpos que, juntos, forman una célula. Juntando varias células, se puede construir el edificio. Una vez se coloca la ferralla y las instalaciones, se hormigonan las paredes y las losas en una sola operación.

http://spanish.formworkscaffoldingsystems.com

A continuación os dejo un enlace de un catálogo donde se describen estos encofrados y su procedimiento constructivo:  http://www.eit-es.com/catalogos/Encofrado%20Tunel.pdf

Descargar (PDF, 787KB)

Dejo a continuación unos cuantos vídeos explicativos del sistema. Espero que sean de vuestro interés.

El oficio de ferrallista

El ferrallista, también llamado ferralla, es el profesional que, dentro de una obra de construcción, se encarga de la elaboración y colocación del hierro con el que se hacen las estructuras de hormigón armado. Las principales tareas de estos trabajadores son las siguientes:

  1. Interpretar la documentación técnica, para preparar los trabajos de elaboración de armaduras, de manera que éstos se puedan realizar coherentemente.
  2. Medir, cortar y doblar las barras de acero que formarán parte de la armadura de elementos constructivos de hormigón armado, de acuerdo con las especificaciones técnicas suministradas.
  3. Montar armaduras para elementos constructivos de hormigón armado, con barras preformadas y siguiendo las especificaciones técnicas que se indiquen
  4. Instalar y montar en obra armaduras realizadas en el taller, así como complementarlas o confeccionar otras in situ, de acuerdo con los requerimientos del proyecto
Ferrallista. Fuente: Fundación Laboral de la Construcción
Un aspecto a tener en cuenta, pero que será objeto de otro artículo, es la progresiva industrialización en la fabricación de la ferralla. La normalización de los esquemas de armaduras y los procesos de industrialización en su montaje, proporcionan ventajas evidentes a tener en cuenta.
En el siguiente enlace de la Junta de Andalucía podéis ver un documento sobre este oficio que os puede ser de interés: http://www.juntadeandalucia.es/servicioandaluzdeempleo/web/websae/export/sites/sae/es/empleo/buscarTrabajo/eligeProfesion/galeriaPDFs/Detalle/015006Ferra.pdf

Os adjunto dos vídeos, uno de Structuralia y otro de la Junta de Andalucía que describen este oficio. En uno de ellos podréis descubrir algunas malas prácticas en relación con la seguridad. Espero que os gusten.