By retocada por Yeza de la versión original de Alonsoquijano [Public domain], from Wikimedia Commons
El propósito de este artículo es presentar la optimización multiobjetivo como herramienta para el estudio de la sostenibilidad de los hormigones autocompactantes. Se toma como ejemplo una viga en doble T de hormigón de 15 m de luz definida por 20 variables. Una variable recoge ocho posibles dosificaciones del hormigón. Cuatro hormigones convencionales CC y cuatro hormigones autocompactantes SCC representan cuatro clases resistentes. Se utiliza el algoritmo recocido simulado multiobjetivo «Multiobjective Simulated Annealing» (MOSA) para optimizar el coste, las emisiones de CO₂ y la durabilidad. Los resultados muestran la viabilidad económica de las reducciones de las emisiones de CO₂ y de las mejoras en durabilidad. Además, las soluciones con menor coste y emisión anual emplean hormigón autocompactante. Los resultados proporcionan al proyectista estructural criterios para elegir soluciones más sostenibles.
REFERENCIA
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2014). Optimización multiobjetivo para el estudio de la sostenibilidad del hormigón autocompactante. VI Congreso de ACHE, 3-5 de junio, Madrid. ISBN: 978-84-89670-80-8.
PALABRAS CLAVE
Sostenibilidad, autocompactante, optimización, multiobjetivo, viga en doble T.
Las turbo mezcladoras de eje vertical son máquinas que permiten fabricar hormigón y son típicas de las centrales de hormigonado. Estas máquinas constan de una cuba fija y en el interior de la misma gira un rotor con unos brazos suspendidos elásticamente y terminados en unas paletas, de forma que hay una gran velocidad periférica constante, del orden de 3 a 4 m/s. La velocidad del agitador puede graduarse sin escalonamientos y es posible cambiar el sentido de giro. Durante el proceso de carga, el agitador no actúa. Las capacidades de estas mezcladoras oscilan entre los 250 y los 4500 litros.
Los principales elementos son:
Una cuba cilíndrica de acero blindada, cuyas paredes y fondo vienen recubiertos con lámina de acero antidesgaste, atornilladas para su fácil remplazo.
Un rotor central que arrastra una serie de brazos articulados elásticamente para absorber los esfuerzos de los arranques con carga o cuando se trabaja con áridos de gran tamaño. Estos brazos llevan en sus extremos paletas o rasquetas que describen círculos de diámetros escalonados, de tal forma que sus trazos recubren toda la superficie del anillo. La altura de las paletas se ajusta desde el interior del rotor, para graduar la altura a medida que estas se vayan desgastando, asegurando así una completa evacuación de la mezcla.
Un motor eléctrico de eje horizontal colocado bajo la cuba y atacando por un cardan a un reductor de tornillo sin fin cuyo eje de salida vertical lleva un piñón dentado. Una corona dentada fijada sobre el eje principal del rotor.
Una compuerta de sector en el fondo accionada por un motorreductor por donde se produce el vaciado, que puede ser total o parcial.
Un circuito de alimentación del agua.
Os paso varios vídeos de un tubo mezclador. Espero que os gusten.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València.
In recent decades, with the objective of reaching a more sustainable development, worldwide society has increased its concern about environmental protection. Nevertheless, there are still economic sectors, such as the construction industry, which produce significant environmental impacts. Life Cycle Assessment (LCA) is a tool that enables identifying environmental issues related to both finished products and services, and allows focusing efforts to resolve them. The main objective of this paper is to asses LCA applicability on concrete structures so that construction’s environmental performance can be improved. For this purpose, an attempt is made to provide a decision-making tool for construction-sector stakeholders with reliable and accurate environmental data. The research methodologies used in this paper are based on a literature review and are applied to a case study. This review was performed to collect information on LCA methodologies currently in use and their practical application. The case study subsequently described in this paper involved identification of the most sustainable type of slab for a reinforced concrete structure in a residential building, using two different databases. It was observed that, depending on the database selected and inherent assumptions, results varied. Therefore it was concluded that in order to avoid producing incorrect results when applying LCA, it is highly recommended to develop a more constrained methodology and grant access to reliable construction-sector data. (link)
La Naturaleza es más sabia de lo que sospechamos. Quién diría a un ingeniero estructural que una simple luciérnaga sería capaz de sonrojarle e incluso enseñarle trucos para diseñar puentes, no solo más baratos, sino también más respetuosos con el medio ambiente. Pues bien, no solo es cierto, sino que es podemos aprender del comportamiento social de las luciérnagas para optimizar estructuras. Efectivamente, las luciérnagas se comportan como colectivo de forma inteligente. Las luciérnagas basan su comportamiento social en la luminosidad que emiten (luciferina). La característica más distintiva de las luciérnagas es su cortejo nocturno. Los machos patrullan en busca de pareja con un vuelo característico mientras emiten secuencias de destellos de luz característicos de cada especie. Las hembras de la misma especie pueden responder con destellos específicos y así el apareamiento puede ocurrir. En resolución de problemas, la luminosidad de una luciérnaga depende de la calidad de la solución encontrada y la distancia desde donde las otras compañeras están buscando soluciones. Cada luciérnaga selecciona, utilizando un mecanismo probabilístico, un vecino que tiene un valor más alto de luciferina que su propio y se mueve hacia él. De esta forma, se pueden optimizar puentes.
Dentro del proyecto de investigación HORSOST, nos acaban de aceptar un artículo científico en la revista Automation in Construction, que es una revista de primer nivel en el ámbito de la tecnología de la construcción (Factor de impacto en 2013: 1,822, posición 9 de 58 en el ámbito de Construction & Building Technology, y posición 19 de 124 en el ámbito de Civil Engineering, en función del impacto de las revistas indexadas en el JCR).
En este trabajo se describe una metodología para minimizar las emisiones de CO2 y los costes de puentes de carretera de vigas de hormigón pretensado prefabricadas con sección transversal en doble U. Para ello se ha utilizado un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas (glowworm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), que se ha denominado SAGSO. La estructura se define por 40 variables, que determina la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Se emplea hormigón de alta resistencia autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados suponen para los ingenieros proyectistas una guía útil para el predimensionamiento de puentes prefabricados de este tipo. Además, los resultados indican que, de media, la reducción de 1 euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 kg en emisiones de CO₂. Además, el estudio paramétrico realizado muestra que las soluciones de menor coste presentan un resultado medioambiental satisfactorio, que difiere en muy poco respecto a las soluciones que provocan menores emisiones.
Resultados interesantes:
El coste C, en euros, y las emisiones de CO₂, en kg varían de forma parabólica con la luz (L) del vano, en metros:
C=48.088L2+613.99L+31139
kgCO2=63.418L2+2392.3L+13328
Si se minimiza el coste, también se reducen las emisiones de CO₂, de forma que el ahorro en 1 euro equivale a ahorrar 1,75 kg de CO₂.
La esbeltez de los puentes de mínimo coste (L/18.08) y de mínimas emisiones (L/17,57) siempre son inferiores a L/17.
El espaciamiento entre las vigas se sitúa en torno a 5,85 m, oscilando entre 5,65 y 5,95 m.
Las estructuras de coste mínimo precisan 42,35 kg/m² de armadura pasiva, mientras que si se optimizan las emisiones, se necesitarían 37,04 kg/m².
Sorprende observar que, aunque parece que el hormigón de alta resistencia sería el adecuado para el prefabricado de las vigas, las estructuras óptimas se alejan de este supuesto. De hecho, el hormigón para el coste mínimo en las vigas prefabricadas oscila entre 40 y 50 MPa, alejado de los 100 MPa que permitía la optimización.
Por último, un análisis de sensibilidad de costes en los resultados optimizados indica que un aumento del 20% en los costes del acero haría que el coste total de la estructura aumentara un 10,27%, disminuyendo el volumen de acero empleado. Sin embargo, si sube un 20% el precio del hormigón, el coste total únicamente subiría un 3,41% y no variaría apenas el volumen consumido de hormigón.
Referencia:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO₂ emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm.Automation in Construction, 49:123-134. DOI: 10.1016/j.autcon.2014.10.013 (link)
Las bombas peristálticas o de rotor para hormigón están compuestas por dos rodillos de presión giratorios, instalados en una carcasa, cuyo interior se encuentra a una presión inferior a la del exterior. Al girar, los rodillos comprimen el vacío en una manguera flexible fabricada con malla de acero de larga duración, a través de la cual se impulsa el hormigón. La operación se realiza en un vacío de 0,8-0,9 bar y, de esta forma, el tubo recupera su forma produciendo el efecto de succión.
Así, debido a la diferencia de presiones entre la carcasa y el agitador, el hormigón sufre un efecto de succión que hace que fluya de forma constante hacia la manguera. El caudal depende del diámetro de la tubería y de la velocidad de rotación del rotor. A diferencia de las bombas de pistón, la unión entre la manguera y la conducción es directa, sin desvíos ni cambios de sección.
Llenado del rotor de la bomba
La presión de bombeo es media o baja, con una muy buena estanqueidad, un mantenimiento sencillo y donde la pieza que más se desgasta es el propio rotor y la manguera flexible. Sin embargo, solo se pueden bombear hormigones muy trabajables.
El equipo puede montarse en un camión y la bomba hidráulica que mueve el rotor puede estar acoplada al motor diésel del camión. En caso de ir la bomba remolcada, dispone de un motor propio de accionamiento.
Principales ventajas:
Economía
Simplicidad de funcionamiento
Sencillez en el acoplamiento y regulación
Sin problemas de desgaste de válvulas y prácticamente la única pieza que requiere una reposición relativamente frecuente por desgaste de la misma, es la manguera y al cabo de unos 2000-2500 m3. Además, estos primeros fallos pueden apreciarse por las manchas que las salpicaduras de hormigón producen sobre las ventanas de la carcasa.
Aplicaciones:
Para obras pequeñas o medianas con alcances no excesivos (20-25 m)
Posibilidad de instalación en equipos móviles o estacionarios.
Posibilidad de uso para gunitado por vía húmeda
Veamos algunos vídeos para ver cómo funciona la bomba.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014).Fabricación, transporte y colocación del hormigón.Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.
El presente artículo presenta una caracterización estadística de una muestra de 87 tableros reales de pasos superiores pretensados de canto constante para carreteras. El objetivo principal es encontrar fórmulas de predimensionamiento con el mínimo número de datos posible que permita mejorar el diseño previo de estas estructuras. Para ello se ha realizado un análisis exploratorio y otro multivariante de las variables geométricas determinantes, de las cuantías de materiales y del coste, tanto para tableros macizos como aligerados. Los modelos de regresión han permitido deducir que el canto y la armadura activa quedan bien explicados por la luz, mientras que la cuantía de hormigón lo es por el canto. La variable que mejor explica (71,3%) el coste por unidad de superficie de tablero en losa maciza es el canto, mientras que en las aligeradas es la luz (51,9%). Las losas macizas son económicas en vanos inferiores a los 19,24 m. La luz principal y los voladizos, junto con la anchura del tablero para el caso de losas macizas, o el aligeramiento interior en el caso de las aligeradas, bastan para predimensionar la losa, con errores razonables en la estimación económica.
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
Creo interesante comentar en este post los resultados que estamos obteniendo de un Proyecto de Investigación financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación que nuestro grupo de investigación llama HORSOST. Su nombre completo describe el contenido del trabajo que estamos desarrollando: «Diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo mediante el empleo de técnicas de minería de datos«.
Se trata de un proyecto que empezamos en el año 2012 y que tiene prevista su finalización a finales del 2014. Nuestro grupo de investigación está formado por seis profesores y varios becarios de investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universidad Politécnica de Valencia. En dicho grupo me corresponde el papel de investigador principal. Espero que esta breve descripción os oriente sobre lo que estamos haciendo.
Este proyecto de investigación se encuentra relacionado con otros ya finalizados y otros en marcha, tanto de convocatorias competitivas como de convenios de transferencia tecnológica con empresas (constructoras, empresas de prefabricados, consultoras, etc.).
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.
El diseño en bloques completos al azar trata de comparar tres fuentes de variabilidad: el factor de tratamientos, el factor de bloques y el error aleatorio. El adjetivo completo se refiere a que en cada bloque se prueban todos los tratamientos. La aleatorización se hace dentro de cada bloque.
Para ilustrar el diseño, supongamos que queremos determinar si cuatro laboratorios miden la misma resistencia característica del hormigón a compresión. Para ello se han considerado 5 amasadas diferentes que han sido analizadas por cada uno de los laboratorios. A los 28 días, se han roto las probetas a compresión simple y los resultados son los que hemos recogido en la tabla que sigue.
AMASADA
1
2
3
4
5
Laboratorio 1
63,5
63,2
62,3
65,6
65,0
Laboratorio 2
64,1
64,2
63,0
64,2
64,9
Laboratorio 3
65,9
65,0
63,9
66,0
65,8
Laboratorio 4
64,9
65,2
64,1
65,9
67,9
En este caso, la variable de respuesta es la resistencia característica del hormigón a compresión (MPa), el factor es el laboratorio (4 niveles), el bloque es la amasada (no son objeto directo de motivo del estudio). Por otra parte, se considera que no existe interacción entre el laboratorio y la amasada (factor y bloque).
En este tipo de experimento, la medición será el resultado del efecto del tratamiento (laboratorio) donde se encuentre, del efecto del bloque al que pertenece (amasada) y de cierto error que se espera que sea aleatorio. La hipótesis de que las medias son iguales se va a analizar con el análisis de la varianza (ANOVA), con dos criterios de clasificación.
A parte de los supuesto de normalidad, igualdad de varianzas y de independencia, aquí se añade otro que es que no existe interacción entre el factor y el bloque.
Para los curiosos, después de haber analizado los datos, diremos que en este caso, con una seguridad del 95%, se aprecian diferencias significativas entre las resistencias medidas por los laboratorios 1 y 3, entre los laboratorios 1 y 4, y entre los laboratorios 2 y 4.
A continuación os dejo un vídeo donde os enseño cómo podemos analizar este problema con el programa estadístico SPSS. Espero que os sea útil.
¿Resulta razonable el uso masivo de las vigas planas en las estructuras de edificación? Si lo que se pretende es no condicionar el compartimentado interior en una vivienda, esta solución puede ser acertada. Pero en un artículo que publicamos en la revista Hormigón y Acero en el año 2008, quisimos comprobar cómo afectaba al coste este tipo de estructuras. El artículo completo se puede descargar en abierto en la siguiente dirección: http://e-ache.com/modules/hormigonyacero/hormigonyacero.php?revista=1541.
Creo que algunas de las conclusiones a las que llegamos son realmente interesantes, como el incremento más que significativo de coste de este tipo de estructuras respecto a las vigas descolgadas.
PAYÁ, I.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V. (2008). Influencia del empleo de vigas planas y del tipo de hormigón en el diseño óptimo de pórticos de edificación.Hormigón y Acero, 248(59):43-52.
RESUMEN
Este artículo utiliza la cristalización simulada para el diseño de pórticos de edificación de hormigón armado optimizados económicamente. Se analiza la influencia del uso de hormigones de distinta resistencia característica a compresión, del empleo de vigas planas o descolgadas y de la agrupación de variables para simplificar la ejecución de la estructura. Para ello, se optimizan pórticos de 2 vanos de 5 m de luz y de 8 plantas con una altura por planta de 3 m. El número de variables de diseño de estos problemas varía entre 101 y 153. El trabajo concluye que el empleo de un solo tipo de hormigón HA-25 para toda la estructura incrementa su coste únicamente un 3.02%. Si además se agrupan variables, para facilitar la constructibilidad, existe un incremento adicional del 0.52%, lo cual es poco significativo. Sin embargo, el empleo de vigas planas encarece el coste en un 41.69% respecto al caso de vigas descolgadas, cuando el hormigón empleado es HA-25.
SUMMARY
This paper uses the Simulated Annealing algorithm for the design of economically optimized reinforced concrete frames commonly used in building construction. The influence of the following factors is analyzed: a) the concrete compressive strength, b) the beams depth (same as the one of the floor slabs or higher) and c) the grouping of some of the design variables. The structures studied are two bays and eight floors frames, being the span length of 5 m. and the columns height of 3 m. The number of design variables of these problems varies between 101 and 153. Results show that the use of a single concrete grade (25 MPa) in the structure increases its cost only by 3.02%. If, besides some variables are grouped in order to increase the frame constructability, the optimized structure is only 0.52% more expensive. However, if, additionally, beams of the same depth as the floor slabs are used, the cost of the optimized structure increases by 41.69%.
