Seguimos trabajando #homeoffice

#homeoffice

Principales retos en la ingeniería civil del siglo XXI

Estimados, en este oportunidad les republicamos un artículo del Blog Structuralia, encontrado en: https://blog.structuralia.com/principales-retos-en-la-ingenieria-civil-del-siglo-xxi, que como siempre, esperamos les sea de interés.

El mantenimiento de infraestructuras: una tarea pendiente

A lo largo de toda la historia, la ingeniería y los avances que han ido ligados a ella han hecho posible el desarrollo de la humanidad, permitiendo con el paso de los años una notable mejora de la calidad de vida de las personas.

En este sentido, la ingeniería civil en particular ha tenido un papel fundamental en la capacidad del ser humano para adaptarse a su entorno gracias a la construcción de infraestructuras que han facilitado el transporte de materiales y personas, la comunicación, la captación de recursos naturales o la propia residencia y convivencia.

Y es que la ingeniería civil es una de las ramas de conocimiento que más campos de actuación tiene dentro de todas las competencias que engloban a la ingeniería. En el artículo sobre las subdisciplinas y funciones de un ingeniero civil de nuestro blog, puedes ver las principales especializaciones que la componen, profundizando en las principales infraestructuras que llevan a cabo cada una.

Sin embargo, la ingeniería civil ha sufrido grandes transformaciones hasta convertirse en lo que conocemos actualmente. En un principio no existía el término como tal, y no es hasta el siglo XVIII cuando se empieza a utilizar para diferenciar su uso civil de la ingeniería militar.

Durante este periodo son muchas las grandes infraestructuras que se han construido, como las pirámides egipcias, consideradas las primeras obras de gran envergadura que llevó a cabo el ser humano, o los avances de la civilización romana, que fue capaz de desarrollar calzadas, puentes, puertos, presas, alcantarillados u obras de ingeniería civil que llegan tan bien conservadas al Siglo XXI como el Acueducto de Segovia. 

Más cercano en el tiempo y más lejos de nuestras fronteras encontramos una de las joyas de la ingeniería civil lo encontramos en Alaska la vía ferrea white pass Yukon.

No obstante el recorrido no ha sido fácil hasta llegar al nivel de conocimientos que tenemos en la actualidad puesto que desgraciadamente en varias ocasiones a lo largo de la historia esta sabiduría ha venido precedida de fallos en infraestructuras con pérdidas de vidas humanas.

Uno de los ejemplos más conocidos es el caso del puente Tacoma Narrows, construido en 1940 con una longitud de 1.810 metros y una longitud del vano de 853 metros. Unos meses más tarde de su inauguración, el puente colapsó debido a los efectos dinámicos del viento que no se tuvieron en cuenta. 

Esta catástrofe permitió mejorar los conocimientos en el comportamiento de este tipo de puentes, y actualmente los diseños consideran la variable del viento en relación con la longitud entre apoyos, de manera que se tiene en cuenta el efecto destructivo de la resonancia.

Por último es necesario hablar de la importancia que tiene el sector de la construcción en la economía de un país. Normalmente es usado como indicador del bienestar económico de una región, debido a que un incremento en la inversión en infraestructuras está ligado a una mayor capacidad económica del Estado.

Asimismo, tiene una gran capacidad de generación de empleo puesto que por cada trabajador del sector de la construcción se generan alrededor de seis puestos de trabajo en otros sectores de la economía.

A continuación, tras este breve repaso general, vamos a centrarnos en los principales retos a los que se enfrenta la ingeniería civil en los próximos años:

El mantenimiento de infraestructuras: una tarea pendiente

El término vida útil hace referencia al periodo de tiempo en el cual una infraestructura es capaz de soportar, con garantías, las solicitaciones externas (físicas o químicas) con las que ha sido diseñado. Pasado ese tiempo, debido principalmente al deterioro de los materiales que la componen, es posible que no se comporte de forma óptima y se produzcan fallos estructurales graves.

Sin embargo, es frecuente que aparezcan deterioros mucho antes de alcanzar la vida útil de la obra, por lo que es necesario la realización de inspecciones y labores de mantenimiento para prever posibles fallos que pongan en peligro el buen funcionamiento de la infraestructura.

Actualmente, en los países más desarrollados, no existe tanta necesidad de construir nuevas infraestructuras como de mantener en buen estado las que ya están construidas para que cumplan correctamente la función para la que fueron diseñadas.

Al respecto, en el año 2018 vimos dos ejemplos de fallos en estructuras que provocaron numerosos heridos y la pérdida de vidas humanas: la pasarela del paseo marítimo de Vigo y el derrumbe del puente Morandi en Génova.

Si bien es cierto que para que ocurran este tipo de accidentes es necesario que se den varios factores atípicos, los expertos coinciden en que un mejor mantenimiento podría haber ayudado a que no ocurriese.

Otro ejemplo del déficit en la conservación de infraestructuras que existe en la actualidad es el estado actual de las carreteras españolas. Tal y como explicamos en el post: Mantenimiento de carreteras: tipos de firmes y sus deterioros (1ª Parte), la Asociación Española de Carreteras (AEC) expone en su informe que 1 de cada 13 kilómetros de la red del país presenta problemas en más del 50% de su superficie.

Este mal estado influye considerablemente en la calidad del transporte pudiendo generar averías a los vehículos que circulan por ellas y, sobre todo, provocar accidentes de tráfico que conlleven fallecimientos. 

En relación con todo lo explicado anteriormente, desde el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos aconsejan a las administraciones destinar al mantenimiento de las grandes infraestructuras el 5% del total de la inversión en obra pública como es el caso de la inversión en el AVE en España.

Por lo tanto, uno de los grandes desafíos a los que se enfrentan las administraciones es el encontrar un equilibrio entre la inversión para nuevas infraestructuras y el gasto destinado para mantener en condiciones óptimas las ya construidas.

Hacia una construcción industrializada

El sector de la construcción no ha sufrido cambios profundos a lo largo de la historia. Se ha ido añadiendo nueva maquinaria o se han incorporado nuevas técnicas de ejecución en función de los conocimientos y tecnologías que iban apareciendo, pero la hoja de ruta de un proyecto constructivo se ha mantenido. Sin duda el sector de la construcción no ha  sido capaz de avanzar al mismo ritmo que otros sectores en cuanto a la productividad y modernización se refiere. 

Por ejemplo, la eficiencia y velocidad que se alcanza hoy en día en una cadena de montaje es muy superior a cuándo se tenía que montar a mano, una a una, todas las piezas que componen el elemento final. 

Debido a ello el sector de la construcción se encuentra a la cola de la productividad, por la poca inversión que se destina a la innovación en comparación con otros sectores, y también por las peculiaridades que presenta, como el hecho de que en cada proyecto las características y condiciones constructivas son distintas.

En busca de resolver este problema, en los últimos años se han dado importantes pasos en dirección a conseguir una mejora en este aspecto, que repercute positivamente en aspectos económicos, reducción de tiempos de ejecución, seguridad laboral o disminución de la contaminación.

Entre las medidas que se han tomado se encuentran la aplicación de nuevas tecnologías, de las que hablaremos más adelante en el artículo, o la industrialización de la construcción, en la que nos centraremos a continuación.

Pero, ¿qué entendemos por construcción industrializada? La podemos definir como aquella en la que un tanto por ciento alto de las tareas que se ejecutan en un proyecto se anticipan a la obra, lo que difiere enormemente de la ejecución in situ en la que es en el propio emplazamiento de la obra donde se realizan la mayor parte de las labores.

Asimismo, la industrialización de la construcción se realiza en entornos automatizados y controlados por lo que es posible realizar elementos con mejores características que repercutirá en mejorar su respuesta frente a las acciones a las que estará sometido, o reducir la cantidad de gases contaminantes que se generan en su producción.

En definitiva, el futuro debe estar ligado a la innovación y a su aumento de la productividad en busca de ser más competitivo, y esto vendrá de la mano de la industrialización y la aplicación de las nuevas tecnologías.

Las nuevas tecnologías en la ingeniería civil

La revolución que estamos viviendo con la entrada de nuevas tecnologías está suponiendo un cambio radical en muchas de las acciones que realizamos en nuestro día a día. Rara es la semana en la que no leemos en los medios una noticia sobre un material con unas características increíbles o la nueva aplicación de una tecnología.

Tal y como hemos comentado anteriormente, la aplicación de las nuevas tecnologías pretende dar un salto cualitativo y cuantitativo de la productividad en el sector de la construcción. A continuación haremos un repaso de las tecnologías más importantes que aspiran a cambiar la ingeniería civil:

  • Building Information Modeling

La metodología BIM está revolucionando el desarrollo de los proyectos constructivos como ya ocurrió con la entrada de los programas informáticos de diseño asistido por ordenador (CAD), siendo ya obligatorio en proyectos con administraciones públicas en muchos países.

Las múltiples ventajas de su uso está generando un efecto bola de nieve en cuanto a su implantación en las empresas del sector AECO, que están viendo la diferencia competitiva que se origina entre las compañias que la han implantado y las que no.

Por todo ello, y viendo que cada vez son más los países que obligan a usarlo en proyectos de obra pública, se puede afirmar que en los próximos años su uso estará tan generalizado como actualmente lo están los software CAD. Una buena opción para formarse es el Máster en cálculo de estructuras .

  • Impresión 3D

El uso de impresoras 3D en construcción aún no está muy extendido, pero son varios los proyectos de grandes dimensiones en las que se han utilizado como es el caso del puente de hormigón impreso más largo del mundo construido en china en tan solo unos días.

Sin embargo, el puente chino se queda en nada frente al plan de una firma de diseño que este verano pretende construir un barrio al completo por medio de impresoras 3D, asegurando que serán capaces de construir una vivienda en tan solo 24 horas.

Por lo tanto, aunque aún queda mucho para que esta tecnología alcance su máximo potencial, ya se están viendo su enormes aplicaciones en el sector.

  • Big Data

La exorbitante cantidad de datos que generamos cada día en la era actual obliga a que aparezcan herramientas que sean capaces de recopilar y analizar toda esta información, que posteriormente será utilizada para diferentes propósitos.

En cuanto a su uso en la ingeniería civil, existen múltiples aplicaciones que ya se están utilizando como en el caso de la gestión de puertos y aeropuertos o en el análisis y gestión del tráfico y la seguridad vial.

Un ejemplo de la aplicación del Big Data lo encontramos en el proyecto de la profesora del MIT Carolina Osorio, que por medio de un algoritmo recoge la información recogida por cámaras y sensores para modificar la frecuencia de los semáforos en función del tráfico, reduciendo un 20% los atascos.

Smart city big data
  • Carreteras inteligentes

El avance que han sufrido las carreteras en el último siglo ha sido muy reducido, limitándose al uso de nuevos materiales con mejores prestaciones. Sin embargo, esto está a punto de cambiar por completo.

Tecnologías como el Big Data, la red 5G, el internet de las cosas o la conducción autónoma están a la orden del día y pretenden revolucionar el transporte por carretera tal y como las conocemos, ayudando a reducir los accidentes y a mejorar el transporte.

En este sentido, Suecia quiere tomar la delantera construyendo la primera carretera eléctrica del mundo que será capaz de cargar los vehículos eléctricos que circulen por ella de forma inalámbrica.

  • Smart cities

La tendencia actual es la concentración de la población en las grandes urbes de los países, en las que según los estudios se prevé que habite el 70% la población mundial. Por ello, es necesario la transformación de las ciudades tal y como las conocemos ahora para su sostenibilidad.

Y en busca de dar respuesta a estos problemas han aparecido las Smart Cities, ciudades que incorporan nuevas tecnologías como el Big Data o el Internet de las Cosas para mejorar su eficiencia energética, una mejora en el transporte público, la comunicación con los ciudadanos o el mantenimiento de las infraestructuras.

En definitiva, el presente y el futuro de la ingeniería civil está ligado a los avances tecnológicos, y desde el sector se deberá hacer una fuerte apuesta para su pronta aplicación para mantener la competitividad.

Impactos medioambientales de las infraestructuras: ¿cómo podemos reducirlos?

El consumo energético es un tema candente que cada vez preocupa a más personas. Por ello, desde todos los ámbitos de la sociedad están creciendo las voces que ven necesario un cambio en el actual modelo en busca de reducir el consumo de recursos fósiles.

Según las últimas cifras ofrecidas por el Banco Mundial la industria de la construcción, en el que la ingeniería civil realiza la mayor parte de sus actividades, es la responsable del 20% de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera teniendo en cuenta únicamente la quema de combustible.

Sin embargo, si incluimos todos los trabajos realizados desde el inicio de la obra hasta su demolición, incluyendo el consumo energético durante su vida útil, esta cifra puede ascender hasta el 40%.

En vista de estos números, ya se están tomando medidas para reducir el impacto que supone en el medio ambiente, como el uso de materiales sostenibles, la construcción de edificios energéticamente sostenibles, la industrialización de la construcción que vimos anteriormente o la aplicación de nuevas tecnologías.

Respecto al uso de materiales para una construcción sostenible, siempre que las características de nuestro proyecto nos lo permita, podemos elegir materiales más respetuosos con el medioambiente, como la madera, las pinturas naturales o aislantes como las fibras de celulosa de papel reciclado.

No obstante, si hay un material que caracteriza a la obra civil es el hormigón, debido a sus características y su bajo coste en comparación con el acero. En su fabricación es inevitable generar un impacto ambiental debido a los procesos que se llevan a cabo en su elaboración, pero en los últimos años se ha reducido la contaminación generada.

En el post sobre hormigones sostenibles utilizados en construcción hablamos de algunos tipos de hormigones que ayudaban a reducir su impacto ambiental, como el caso del hormigón reciclado, en el que parte de los áridos utilizados provienen de residuos de construcción o el hormigón fotocatalítico, que gracias a la adición de nanopartículas de óxido de titanio es capaz de descontaminar la zona cercana al edificio.

Además de la tendencia de utilizar materiales más respetuosos con el medio ambiente, en edificación cada vez son más los edificios que se construyen bajo estándares como Passivhaus o los edificios nZEB (nearly Zero Energy Building) cuyo consumo energético es casi nulo.

Este tipo de edificaciones generan su propia energía a partir de tecnologías renovables y, adicionalmente, incorporan medidas tecnológicas que permiten alcanzar una alta eficiencia energética. Para conseguirlo se tendrá en cuenta la orientación del edificio o la creación de una ventilación natural que junto con un gran aislamiento térmico minimiza la necesidad de calefacción o aire acondicionado.

Por último es necesario hablar de la contaminación que se genera en la extracción, transporte, fabricación y puesta en obra de los materiales, que suponen un tanto por ciento importante de los impactos ambientales de un proyecto constructivo.

Aunque en la realización de estas operaciones en inevitable la contaminación, mediante un buen estudio del impacto ambiental se pueden estudiar medidas para impedir o reducir estos efectos.

En definitiva, la industria de la construcción debe seguir la tendencia actual que lucha para reducir la contaminación, y para ello será necesario tanto el uso de materiales más sostenibles, el uso de energía limpias y nuevos métodos constructivos que hagan que el sector disminuya su aportación en los impactos medioambientales.

La formación en los ingenieros civiles

Para acabar con este repaso sobre los retos a los que se enfrenta la ingeniería civil en los próximos años, nos vamos a centrar en la parte más importante: sus profesionales.

La formación en ingeniería civil ha ido evolucionando desde que se creara en 1747 la École Nationale des ponts et chaussées de París, considerada la primera escuela de ingenieros civiles más antigua del mundo.

En el tiempo transcurrido son múltiples los cambios que ha sufrido la profesión, desde la entrada de nuevos materiales como el hormigón armado, a la aparición de los programas informáticos que facilitan los cálculos o el diseño de las infraestructuras.

Por ello, los profesionales han tenido que ir evolucionando y añadiendo conocimientos para mantenerse actualizados en un oficio en el que no estar al día puede suponer graves consecuencias.

En los últimos años esta evolución ha sido más notable debido a la aparición de un sinfín de nuevas tecnologías que pueden ser aplicadas a la construcción, mejorando notablemente las infraestructuras, reduciendo los costes o facilitando su mantenimiento y a nuevas formas de gestionar los proyectos de ingeniería con el Máster BIM aplicado a la Ingeniería Civil  lo podrás comprobar de primera mano.

Por consiguiente, los ingenieros civiles no deben dejar de mejorar sus conocimientos durante su vida laboral, y para ello la mejor forma es optar por la formación en línea debido a las facilidades que proporciona.

La opción de poder formarte con cursos de una temática muy específica que te ayudará en tu desarrollo profesional, la ventaja que supone adaptar los horarios a tus necesidades o la ausencia de desplazamientos que supone la pérdida de un tiempo muy valioso ha hecho que el e-learning sea una de las opciones preferenciales de los ingenieros para su formación.

Artículo de Structuralia

https://blog.structuralia.com/principales-retos-en-la-ingenieria-civil-del-siglo-xxi

¿Qué es cuantía de área de acero?

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo del Blog CivilGeek encontrado en https://civilgeeks.com/2017/07/01/cuantia-area-acero/, que como siempre esperamos les sea de utilidad.

Las fallas a tensión están precedidas por grietas grandes en el concreto y tienen un carácter dúctil. Para asegurar que las vigas tengan características de adherencia visibles, si la falla es inminente al igual que la ductilidad razonable en la falla se recomienda que: El área de acero a tensión en vigas simplemente reforzada no exceda a 0.75 del área para una falla balanceada, dado que ρ ≤ 0.75 ρb (para asegurar falla dúctil) donde:ρb es la cuantía balanceada para elementos sometidos a flexión sin fuerza axial

Existen tres tipos de cuantía de acero

Cuantía balanceada de acero (provoca falla balanceada):

La cuantía balanceada del área de acero puede determinarse con base en las condiciones de que en la falla balanceada la deformación en el acero sea exactamente igual que la deformación del concreto (0.003) Cuando el acero alcanza la fluencia al mismo tiempo que el concreto alcanza la deformación de la fibra externa de 0.003 entonces, Es = fy/Es = Ey

Cuantía mínima de acero (provoca falla a tensión):

Si el contenido de acero de la sección es bajo, el acero alcanza la resistencia fy de cedencia antes que el concreto alcance su capacidad máxima. La fuerza del acero As fy permanece entonces constante a mayores cargas.

Cuantía máxima de acero (provoca falla a compresión):

Si el contenido de acero de la sección es grande, el concreto puede alcanzar su máxima capacidad antes que ceda el acero. En tal caso aumenta la profundidad del eje neutro, lo que provoca un aumento en la fuerza de compresión. Esto se comienza ligeramente por una reducción en el brazo de palanca. Nuevamente se alcanza la resistencia a flexión en la sección creando la deformación en la fibra a compresión externa del concreto es aproximadamente 0.003. Para una falla a compresión fs < fy ya que el acero permanece dentro del rango elástico, se puede determinar el esfuerzo del acero, es términos de la profundidad del eje neutro, considerando los triángulos semejantes de:

¿Qué es índice de refuerzo?


El índice de refuerzo esta designado por la expresión


Únicamente se toma el signo negativo ya que si tomamos el valor positivo del radical resultaría “W” muy alto y al calcular el porcentaje de acero “p” con

resultaría mayor que el máximo permisible

así que la ecuación final para el índice de refuerzo resulta de la siguiente manera:

Definición de diseño elástico y diseño plástico y diferencia entre ellos.

Existen dos teorías para el diseño de estructuras de concreto reforzado: “La teoría elástica” llamada también “Diseño por esfuerzos de trabajo” y “La teoría plástica” o “Diseño a la ruptura”.

Teoría elástica: es ideal para calcular los esfuerzos y deformaciones que se
presentan en una estructura de concreto bajo las cargas de servicio. Sin embargo esta teoría es incapaz de predecir la resistencia última de la estructura con el fin de determinar la intensidad de las cargas que provocan la ruptura y así poder asignar coeficientes de seguridad, ya que la hipótesis de proporcionalidad entre esfuerzos y deformaciones es completamente errónea en la vecindad de la falla de la estructura.

Teoría plástica: es un método para calcular y diseñar secciones de concreto reforzado fundado en las experiencias y teorías correspondientes al estado de ruptura de las teorías consideradas, entre sus hipótesis podemos mencionar:

  • Las deformaciones unitarias en el concreto se supondrán directamente proporcionales a su distancia del eje neutro. Excepto en los anclajes, la deformación unitaria de la varilla de refuerzo se supondrá igual a la deformación unitaria del concreto en el mismo punto.
  • La deformación unitaria máxima en la fibra de compresión extrema se supondrá igual a 0.003 en la ruptura.
  • El esfuerzo en las varillas, inferior al límite elástico aparente Fy, debe tomarse igual al producto de 2.083 x 106 kg/cm2 por la deformación unitaria de acero. Para deformaciones mayores que corresponden al límite elástico aparente, el esfuerzo en las barras debe considerarse independientemente de la deformación igual el límite elástico aparente Fy.
  • Se desprecia la tensión en el concreto en secciones sujetas a flexión.
  • En la ruptura, los esfuerzos en el concreto no son proporcionales a las deformaciones unitarias. El diagrama de los esfuerzos de compresión puede suponerse rectangular, trapezoidal, parabólico, o de cualquier otra forma cuyos resultados concuerden con las pruebas de los laboratorios.
  • La hipótesis anterior puede considerarse satisfecha para una distribución rectangular de esfuerzos definida como sigue:

En la ruptura se puede suponer un esfuerzo de 0.85 f’c, uniformemente distribuido sobre una zona equivalente de compresión, limitada por los bordes de la sección transversal y una línea recta, paralela al eje neutro y localizada a una distancia a = ß1*c a partir de la fibra de máxima deformación unitaria en compresión y el eje neutro, se medirá perpendicularmente a dicho eje. El coeficiente “ß1” se tomará como 0.85 para esfuerzos f’c hasta de 280 kg/cm2 y se reducirá continuamente en una proporción de 0.05 por cada 70 kg/cm2 de esfuerzo en exceso de los 280 kg/cm2.

Diferencias:

  1. En la teoría plástica se considera que en la proximidad del fenómeno de ruptura, los esfuerzos no son proporcionales a las deformaciones unitarias, si se aplica la teoría elástica, esto llevaría errores hasta de un 50% al calcular los momentos resistentes últimos de una sección. En cambio, si se aplica la teoría plástica, obtenemos valores muy aproximados a los reales obtenidos en el laboratorio.
  2. La carga muerta en una estructura, generalmente es una cantidad invariable y bien definida, en cambio la carga viva puede variar más allá del control previsible. En la teoría plástica, se asignan diferentes factores de seguridad a ambas cargas tomando en cuenta sus características principales.
  3. En el cálculo del concreto pre-esforzado se hace necesario la aplicación del diseño plástico, porque bajo cargas de gran intensidad, los esfuerzos no son proporcionales a las deformaciones.

¿Por qué el concreto no es tan resistente a la tensión?

Debido a que la resistencia a tensión del concreto es tan solo una pequeña fracción de su resistencia a la compresión, el concreto en aquella parte sometido a del elemento sometido a tensión estará usualmente fisurado. Aunque para elementos bien diseñados estas fisuras son en general tan delgadas que resultan apenas visibles (a veces se les llaman gritas capilares), estas evidentemente obligan a que el concreto fisurado sea incapaz de resistir esfuerzos de tensión, de acuerdo a esto se supone que el concreto no es capaz de resistir ningún esfuerzo de tensión.
Se supone que el concreto no resiste esfuerzos de tensión, ya que la resistencia a la tensión fR = 7.5 fc o entre el 10 a 15% de su resistencia a compresión para concretos de peso normal, es muy baja comparada con la del acero, por lo tanto la capacidad del concreto para resistir esfuerzos de tensión puede ser despreciada.

Calculo y diseño de entibaciones para excavaciones en profundidad

Calculo y diseño de entibaciones para excavaciones en profundidad

Estimados, en esta oportunidad, republicamos un artículo de CivilGeek, encontrado en: https://civilgeeks.com/2012/07/15/calculo-y-diseno-de-entibaciones-para-excavaciones-en-profundidad/, que como siempre esperamos sea de su interés.

En esta investigación se dan a conocer las características de las entibaciones, manera de calcularlas y el tipo de sistema que se debe elegir dentro de los parámetros estipulados, tomando en cuenta casos especiales como lo son las excavaciones bajo nivel freático en el cual se presenta un análisis completo del sistema de achique por bombas.

Entre los problemas que pueden ocurrir dentro de la realización de trabajos en profundidad ya sean colocación de tuberías, obras maestras o la colocación de estructuras como plantas elevadoras, se encuentran los derrumbes o desprendimientos de suelos colindantes a la zona de excavación. Para evitar este problema es necesario realizar un estudio previo a la obra del suelo implicado en las labores para verificar es capaz de soportar la deformación de su estado natural sin colapsar.

Existen varios casos de suelos donde las paredes de las excavaciones pueden mantenerse por si misma, ello ocurre, en suelos cohesivos sin presencia de napas. Pero no siempre ocurre por lo que es imprescindible la colocación de entibaciones las cuales tienen como finalidad principal la realización de un trabajo expedito asegurando la vida de los trabajadores involucrados dentro de la obra.

Dentro de la problemática está presente el hecho del incremento final del costo total de la obra por la utilización de estas estructuras de contención, pero haciendo un contrapeso de los eventuales problemas que pudieran suscitarse con los beneficios que otorga queda claro que es de suma importancia la utilización de este tipo de solución para obras de excavación donde implica un suelo poco cohesivo, suelos con grietas o con presencia de la napa freática.

El motivo de esta memoria de título es realizar un análisis detenido de este sistema debido a la poca documentación existente para este tipo de medida preventiva destacando los tópicos más importantes a considerar en las distintas etapas de este proceso.

Pueden descargar el manual en el siguiente enlace de CivilGeek : https://civilgeeks.com/2012/07/15/calculo-y-diseno-de-entibaciones-para-excavaciones-en-profundidad/

Diferencia entre Proctor Estándar y Modificado

Estimados, en esta oportunidad, republicamos un artículo de Olga Zarepta Cuchillo Caytuiro, publicado en: https://civilgeeks.com/2015/07/23/apuntes-sobre-la-diferencia-entre-proctor-estandar-y-modificado/, que como siempre esperamos sea de su interés.

Proctor

 

Apuntes sobre la diferencia entre Proctor Estándar y Modificado

La compactación consiste en un proceso repetitivo, cuyo objetivo es conseguir una densidad específica para una relación óptima de agua, al fin de garantizar las características mecánicas necesarias del suelo. En primer lugar se lanza sobre el suelo natural existente, generalmente en camadas sucesivas, un terreno con granulometría adecuada; a seguir se modifica su humedad por medio de aeración o de adición de agua y, finalmente, se le transmite energía de compactación por el medio de golpes o de presión. Para esto se utilizan diversos tipos de máquinas, generalmente rodillos lisos, neumáticos, pie de cabra, vibratorios, etc., en función del tipo de suelo y, muchas veces, de su accesibilidad.

Con los ensayos se pretende determinar los parámetros óptimos de compactación, lo cual asegurará las propiedades necesarias para el proyecto de fundación. Esto se traduce en determinar cuál es la humedad que se requiere, con una energía de compactación dada, para obtener la densidad seca máxima que se puede conseguir para un determinado suelo. La humedad que se busca es definida como humedad óptima y es con ella que se alcanza la máxima densidad seca, para la energía de compactación dada. Se define igualmente como densidad seca máxima aquella que se consigue para la humedad óptima.

1

Es comprobado que el suelo se compacta a la medida en que aumenta su humedad, la densidad seca va aumentando hasta llegar a un punto de máximo, cuya humedad es la óptima.

A partir de este punto, cualquier aumento de humedad no supone mayor densidad seca a no ser, por lo contrario, uno reducción de esta.

Los análisis son realizados en laboratorio por medio de probetas de compactación a las cuales se agrega agua. Los ensayos más importantes son el Proctor Normal o estándar y el Proctor modificado. En ambos análisis son usadas porciones de la muestra de suelo mezclándolas con cantidades distintas de agua, colocándolas en un molde y compactándolas con una masa, anotando las humedades y densidades secas correspondientes. En poder de estos parámetros, humedad/ densidad seca (humedad en %), se colocan los valores conseguidos en un gráfico cartesiano donde la abscisa corresponde a la humedad y la ordenada a la densidad seca. Es así posible diseñar una curva suave y conseguir el punto donde se produce un máximo al cual corresponda la densidad seca máxima y la humedad óptima.

 

Beneficios de la compactación

  • Aumenta la capacidad para soportar cargas: Los vacíos producen debilidad del suelo e incapacidad para soportar cargas pesadas. Estando apretadas todas las partículas, el suelo puede soportar cargas mayores debido a que las partículas mismas que soportan mejor.
  • Impide el hundimiento del suelo: Si la estructura se construye en el suelo sin afirmar o afirmado con desigualdad, el suelo se hunde dando lugar a que la estructura se deforme (asentamientos diferenciales). Donde el hundimiento es mas profundo en un lado o en una esquina, por lo que se producen grietas o un derrumbe total.
  • Reduce el escurrimiento del agua: Un suelo compactado reduce la penetración de agua. El agua fluye y el drenaje puede entonces regularse.
  • Reduce el esponjamiento y la contracción del suelo: Si hay vacíos, el agua puede penetrar en el suelo y llenar estos vacíos. El resultado seria el esponjamiento del suelo durante la estación de lluvias y la contracción del mismo durante la estación seca.
  • Impide los daños de las heladas: El agua se expande y aumenta el volumen al congelarse. Esta acción a menudo causa que el pavimento se hinche, y a la vez, las paredes y losas del piso se agrieten. La compactación reduce estas cavidades de agua en el suelo.

2

Objetivos

Este método de ensayo se emplea para la determinación rápida del peso unitario máximo y de la humedad óptima de una muestra de suelo empleando una familia de curvas y un punto.

El índice que se obtiene, se utiliza para evaluar la capacidad de soporte de los suelos de sub rasante y de las capas de base, sub base y de afirmado.

Diferencia entre Proctor Estándar y Modificado

La diferencia básica entre el ensayo Proctor Normal y el Modificado es la energía de compactación usada.

En el Normal se hace caer un peso de 2.5 kilogramos de una altura de 30 centímetros, compactando la tierra en 3 camadas con 25 golpes y, en el Modificado, un peso de 5 kilogramo de una altura de 45 centímetros, compactando la tierra en 5 camadas con 50 golpes.

3

4

Materiales a utilizar.

Molde de compactación: Los moldes deberán ser cilíndricos de paredes sólidas fabricados con metal y con las dimensiones y capacidades mostradas más adelante. Deberán tener un conjunto de collar ajustable aproximadamente de 60 mm (2 3/8″) de altura, que permita la preparación de muestras compactadas de mezclas de suelo con agua de la altura y volumen deseado. El conjunto de molde y collar deberán estar construidos de tal manera que puedan ajustarse libremente a una placa hecha del mismo material.

Martillo de compactación: Un martillo metálico que tenga una cara plana circular de 50.8 ± 0.127 mm (2 ± 0.005″) de diámetro, una tolerancia por el uso de 0.13 mm (0.005″) que pese 2.495 ± 0.009 kg (5.50 ± 0.02 lb.). El martillo deberá estar provisto de una guía apropiada que controle la altura de la caída del golpe desde una altura libre de 304.8 ± 1.524 mm (12.0 ± 0.06″ ó 1/16″) por encima de la altura del suelo. La guía deberá tener al menos 4 agujeros de ventilación, no menores de 9.5 mm (3/8″) de diámetro espaciados aproximadamen­te a 90° y 19 mm (3/4″) de cada extremo, y deberá tener suficiente luz libre, de tal manera que la caída del martillo y la cabeza no tengan restricciones.

Horno de rotación: 110 grados centígrados +/- 5 grados centígrados .Sirve para secar el material.

Balanza con error de 1 gr.: Sirve para pesar el material y diferentes tipos de recipientes.

Recipientes: Es allí donde se deposita el material a analizar

Tamices: Serie de tamices de malla cuadrada para realizar la clasificación No 4 y ¾.

 

Procedimiento.

En primera instancia se tomaron cerca de 50 kilogramos de base granular B-200, el material se introdujo en el horno por 24 horas para quitarle la humedad y trabajar con el material totalmente seco. En este proceso se obtuvo la humedad inicial del material.

Con el material seco se procedió a tamizar 20 y 10 kilogramos. El material retenido en el tamiz de tamaño ¾ de pulgada fue remplazado por el mismo peso del material retenido en el tamiz número 4, como sé estable en la norma.

Del material tamizado se pesaron 4800 y 1800 gramos y se le hallo el 3% de la humedad el cual fue mezclado e introducido dentro del recipiente del Proctor en tres capas, cada una de las capas fue compactada por medio del martillo compactador, el cual al levantarse se le provee de una energía potencial, la cual es transmitida al suelo cuando se suelta el martillo. De acuerdo con la norma se debe aplicar 25 golpes a cada capa de material y para que las capas no sean independientes una de la otra, con la espátula se raya el material. Al terminar las tres capas el recipiente debe ser enrazado y pesado, una pequeña porción de material se utiliza para la determinación de la humedad del material. El mismo procedimiento se repite para las humedades del material de 5%, 7%, 9% y 11%

El Proctor se pesó sin material y se le midieron tanto el diámetro interno como su altura lo cual permite determinar el volumen del mismo.

8

Autor: Olga Zarepta Cuchillo Caytuiro

 

 

Huecos en el cálculo de cargaderos (dinteles)

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo del Blog e-Struct, encontrado en: https://e-struc.com/2018/12/11/huecos-en-el-calculo-de-cargaderos/, que como siempre esperamos sea de interés para Uds.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo.

En este artículo se explica la importancia de la consideración de huecos en el cálculo de cargaderos, ya que la disposición de huecos en el muro sobre el cargadero a calcular afecta en la distribución de la carga y por tanto a las necesidades mecánicas del cargadero. Los huecos no siempre supone una descarga a efectos de cálculo.

Sobre los cargaderos, estructuras necesarias para abrir huecos en muros de fábrica, se suele considerar que deben soportar toda la carga sobre ellos en vertical. Es decir, todos los pesos que estén por encima de ellos en su ancho. Esto supone que deben flectar con toda esa carga entre los dos extremos del hueco.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo

Sin embargo, la distribución de la carga no es exactamente así. Hay que tener en cuenta el concepto de ángulo de rozamiento interno que viene a ser el ángulo máximo que puede haber entre las tensiones normales y las tangenciales.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo

Así sucede que si sobre un hueco hay una gran cantidad de muro, sólo una fracción de su peso gravitará sobre el cargadero, quedando el resto de la carga desviada hacia los apoyos por el efecto de arco, que procede precisamente del la existencia del citado ángulo de rozamiento interno. A mayor ángulo de rozamiento interno, menor es la parte de muro sobre el cargadero, como indica el esquema.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo

La fracción de muro que queda entre la fisura que se produce por el ángulo de rozamiento interno y el cargadero es lo que se denomina tímpano. Lo que queda por encima del tímpano es la parte de muro que trabajará desviando la carga hacia los apoyos, mientras que sólo lo que queda en el tímpano, y las cargas que a él acometan, serán cargas resistidas por el cargadero.

Huecos en el cálculo de cargaderos

La distribución de cargas se complica más si consideramos ahora los huecos en el cálculo de cargaderos. La diferencia es notable si esos huecos están por encima del tímpano o llegan a insertarse en el.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo

Si los machones entre huecos quedan dentro del espacio del tímpano, la carga de dichos machones irá al tímpano y por tanto al cargadero.

Si dichos machones quedan fuera del tímpano, la carga que deben transmitir será transferida directamente por el efecto de arcos de descarga del muro superior al propio muro.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo

Por tanto, si existe una gran distancia entre el cargadero y los machones debidos a huecos, en relación a la luz del cargadero, estos machones no cargarán en el cargadero sino que disiparán su carga dentro de la masa del muro. Si, por el contrario, los machones entran dentro del área del tímpano, su carga irá directamente al cargadero.

Considerar toda la carga del muro más las que acometen a él en un cargadero que flecta entre los dos apoyos, puede no ser una solución segura. Es necesario tener en cuenta la existencia del tímpano, pues las cargas concentradas debidas a machones, si bien pueden ser menores en magnitud que la carga total, pueden llegar a producir momentos flectores y cortantes superiores a los que produciría la carga total. Esto sucede especialmente si los huecos están más próximos al cargadero.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo

Apoyos extremos y huecos en el cálculo de cargaderos

Además, en el caso de apoyos extremos nos podríamos encontrar con que el efecto de arco produce una fuerza horizontal que no está compensada mediante una compresión horizontal en el muro. Ha de ser el cargadero el que por tracción asuma el trabajo. Tal cosa no sucedería nunca si consideramos solo la carga vertical sin el efecto de arco debido al ángulo de rozamiento interno.

En estos casos, los cargaderos y, sobre todo, sus apoyos han de ser capaces de absorber estas tracciones. La colocación de una chapa y un anclaje al dado de mortero asumen esta condición.

Huecos en el cálculo de cargaderos: distribución de cargas y solicitaciones sobre la estructura del mismo