REVISTA DE ARQUITECTURA E INGENIERÍA No.1 Abril 2017.pdf · Resumen: Este artículo ... Se realizaron pruebas de trabajabilidad con cono de Abrams, ... Se realizó el ensayo de asentamiento

REVISTA DE ARQUITECTURA E INGENIERÍA

Incidencias del contenido de agua en la trabajabilidad, resistencia a la compresión y durabilidad del concreto. Incidences of the water content in the workability, compressive strength and durability of the concrete. Arq. Carlos Mauricio Bedoya Montoya

Aplicación de métodos de extremos para determinar las velocidades básicas del viento. Extreme winds methods applications for calculate basic velocities. Ing. Katia Luis García MSc. Ingrid Fernández Lorenzo Dra. Vivian Elena Parnás

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EVENTOS

Vol. 11 No. 1 Abril 2017

1 Revista de Arquitectura e Ingeniería. 2017, Vol.11 No.1 ISSN 1990-8830 / RNPS 2125

Incidencias del contenido de agua en la trabajabilidad, resistencia a la compresión y durabilidad del concreto. Incidences of the water content in the workability, compressive strength and durability of the concrete.

Carlos Mauricio Bedoya Montoya

Arquitecto Constructor; Magíster en Hábitat; Doctor en Proyectos Profesor Asociado

Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín Escuela de Construcción. Colombia Tel. 57+4+4309421 E-mail: [email protected]

Recibido: 29-11-16 Aceptado: 03-01-17

Resumen:

Este artículo expone la incidencia que tiene el contenido o presencia del agua en determinadas características del concreto tales como trabajabilidad; resistencia a la compresión; absorción, porosidad y densidad Bulk. Para tal efecto se tomó como referencia una mezcla confeccionada con relación A/C de 0,50 empleando cemento Portland tipo I o de Uso General, y se elaboró otra mezcla donde se usaron los mismos materiales, alterando únicamente el contenido de agua. Se realizaron pruebas de trabajabilidad con cono de Abrams, fallado de probetas cilíndricas a edades de 3, 7, 14, 28 y 56 días, ensayos de porosidad y densidad Bulk. Los resultados obtenidos permiten concluir que un mayor contenido de agua afecta el desempeño físico-mecánico y la durabilidad de las mezclas de concreto simple. Este artículo puede utilizarse como una herramienta didáctica en las facultades con programas de arquitectura, ingeniería y construcción. Palabras clave: Relación agua-cemento; Trabajabilidad; Durabilidad; Didáctica del concreto.

Abstract:

This paper discusses the impact of water content or presence on certain concrete characteristics such as workability; Resistance to compression; Absorption, porosity and bulk density. For this purpose, a mixture prepared with A / C ratio of 0.50 using Portland cement type I or General Purpose was used as reference, and another mixture was elaborated where the same materials were used, altering only the water content. Abrams cone workability tests, failure of cylindrical specimens at ages of 3, 7, 14, 28 and 56 days, Bulk density and porosity tests were performed. The results obtained allow us to conclude that a higher water content affects the physical-mechanical performance and the durability of the simple concrete mixtures. This article can be used as a didactic tool in faculties with architectural, engineering and construction programs. Keywords: Water-cement ratio; Workability; Durability; Didactics of concrete.

Carlos Mauricio Bedoya Montoya. Incidencias del contenido de agua en la trabajabilidad, resistencia a la compresión y durabilidad del concreto.


Introducción:

Es bastante difundido en las academias que ofrecen programas de arquitectura, construcción o ingeniería civil el tema de la importancia de la relación A/C en el comportamiento de las mezclas de concreto [1]. Dicha información suele referirse a las características físico-mecánicas, principalmente a la resistencia al esfuerzo de la compresión, en cuyo caso es una constante que a relaciones A/C entre 0,45 y 0,55 esta variable se mantiene en el rango óptimo para la confección de mezclas de uso general sin necesidad de aditivos o componentes con características especiales, dicho rango suele estar entre 21,00 MPa y 25,00 MPa. Sin embargo, es frecuente que en el medio profesional y aún en las academias se deje de lado el estudio del comportamiento del concreto ante agentes externos como humedad relativa y presencia de CO2, entre otros, lo que a la postre es tan importante como lograr la resistencia de diseño, ya que características como la porosidad, la densidad Bulk y la absorción de un concreto en estado endurecido se relacionan directamente con la durabilidad del material y, a medida que éstas se vuelven críticas, decrece también el desempeño físico-mecánico [2]. En ambiente urbanos con contenidos de CO2 crecientes [3] se hace necesario estudiar las mezclas no solo en cuanto a su resistencia, sino también en cuanto a su estabilidad en el tiempo, y por ello es importante realizar ensayos que permitan proyectar el comportamiento de un concreto que puede verse afectado por fenómenos como la carbonatación, que penetra en la microestructura y altera el pH de la pasta cementante, acelerando la degradación del material hasta el punto de eliminar el efecto de pasividad sobre el acero de refuerzo de las estructuras. En tal sentido la investigación científica puede tener un efecto importante a través de la didáctica, por lo que este artículo se ocupa de exponer cómo el aspecto teórico, contrastado con el hecho fáctico en el laboratorio, permite difundir con mayor certidumbre aspectos de la ciencia y la ingeniería de los materiales mediante el abordaje de un material tan confeccionado a nivel mundial como el concreto u hormigón [4]. Inicialmente se hace un análisis de la trabajabilidad del concreto en estado fresco, para luego dar paso a ensayos del material en estado endurecido como la resistencia al esfuerzo de la compresión, la absorción, porosidad y densidad Bulk, con el fin de determinar los valores de desempeño y la posible correlación entre ellos. Materiales y métodos: Se trabajó con una mezcla de referencia confeccionada con agregados naturales provenientes de cantera, con amplia trayectoria en cuanto a su uso en la industria de la construcción en Medellín y su área metropolitana. Se empleó cemento portland tipo I y agua proveniente del acueducto municipal. La mezcla de referencia tuvo una relación A/C de 0,50 y, la mezcla para efectos de comparación tuvo un aumento del contenido de agua; en adelante la mezcla de referencia se denominará M-R y la mezcla de comparación M-C. 1. Los agregados Los agregados empleados en la investigación son provenientes de cantera [5]. Tanto el agregado grueso como el agregado fino son producto del machaqueo o trituración de impacto, por lo cual sus formas son en su mayoría angulosas. También es importante anotar que estas materias primas se encuentran en la conurbación misma de Medellín y su área metropolitana, por lo que su costo es bajo, aunque su desempeño históricamente es óptimo a nivel de concretos estructurales, lo que ha permitido un modelo de gestión de materiales para la construcción de bajos costos y por ende un costo del metro cúbico de concreto más bajo en comparación con otras ciudades como Bogotá y Cali.

Fotografía 1. Agregado grueso de cantera.



Fotografía 2. Agregado fino de cantera.

Fotografía 3. Agregados grueso y fino para las mezclas M-R y M-C.

A continuación se dan a conocer las características de estos agregados.

Característica Agreg. Grueso Agreg. fino Tamaño máximo (mm) 19,05 – Densidad aparente seca (g/cm3) 2,87 2,74 Módulo de finura 7,20 3,30 Porcentaje de absorción (%) 1,28 3,00

Tabla 1. Características de los agregados. 2. El cemento El cemento empleado fue Portland Tipo I o de Uso General, confeccionado por industrias cementeras ubicadas en la región metropolitana de la ciudad de Medellín. Las siguientes son las características del cemento.

Peso específico

(g/cm3)

Blaine (cm2/g)

Resistencia a la compresión 3 días (MPa)

Resistencia a la compresión 7 días (MPa)

Resistencia a la compresión 28

días (MPa) 3,10 2 800 9,00 16,00 26,00

Tabla 2. Características del cemento. 3. Confección de las mezclas Se elaboraron dos mezclas, una de referencia con relación A/C de 0,50 y otra con alteración del contenido de agua. Se realizó el ensayo de asentamiento del concreto en estado fresco, obteniendo los siguientes datos para ambas mezclas [6].

Tipo de mezcla Asentamiento (cm) M-R 6,84 M-C 12,30

Tabla 3. Asentamiento (Slump) de las mezclas.



Fotografía 4. Mezcla M-R; ensayo de asentamiento.

Fotografía 5. Mezcla M-C; ensayo de asentamiento.

El consumo de cemento fue igual para ambas mezclas, cambiando solamente el consumo de agua. Se empleó agua potabilizada proveniente del acueducto municipal, que cumple con las características de pH y turbiedad exigidas para la confección de mezclas de concreto a base de cementos hidráulicos [7].

Mezcla Consumo de cemento (kg/m3)

Consumo de agua (kg/m3)

M-R 394,40 181,89 M-C 394,40 217,20

Tabla 4. Consumos de cemento y agua por mezcla. Resultados y discusión: 1. Resistencia al esfuerzo de la compresión Los especímenes cilíndricos fueron desencofrados y llevados a un tanque de curado con agua saturada con cal, a una temperatura de 23 + 3 ºC [8]. Se confeccionaron 30 probetas por cada mezcla, para un total de 60. Las probetas fueron ensayadas en una prensa hidráulica a edades de 3, 7, 14, 28 y 56 días para determinar su resistencia a compresión.



Fotografía 6. Vaciado de probetas cilíndricas M-R y M-C.

Fotografía 7. Probetas cilíndricas de mezclas M-R y M-C

Fotografías 8 y 9. Aspecto físico de las probetas desencofradas para llevar a tanque de curado.

Fotografía 10. Probetas cilíndricas en tanques de curado.



11.35 15

.6

19.26 23

.51 26.84

8.23 10

.23

11.88 16

.18 19.28

3 D ÍA S 7 D ÍA S 1 4 D ÍA S 2 8 D ÍA S 5 6 D ÍA S

Resistencia a la compresión (MPa)

M‐R M‐C

La tabla 5 muestra los datos obtenidos de las probetas cilíndricas al someterlas al esfuerzo de compresión a distintas edades. Y luego se muestra la misma información en el gráfico 1 a manera de resumen.

Mezcla Resistencia al esfuerzo de la compresión en MPa 3 días 7 días 14 días 28 días 56 días

M-R 11,35 15,60 19,26 23,51 26,84 M-C 8,23 10,23 11,88 16,18 19,28

Tabla 5. Resistencia a compresión de las mezclas.

Gráfico 1. Resistencia a compresión mezclas M-R y M-C. Tal como se puede observar según los resultados del ensayo a compresión, las mezclas M-R presentan un mejor comportamiento ante esta variable, lo que coincide con numerosos autores y con la realidad constatada en campo, en cuanto a que a una mayor cantidad de agua de mezclado se presenta una disminución en la resistencia al esfuerzo de la compresión [9]. A continuación se muestran imágenes sobre la falla de algunas probetas cilíndricas en prensa universal.

Fotografía 11. Probeta cilíndrica M-R en prensa universal antes de recibir carga.



Fotografía 12. Probeta cilíndrica M-R luego de aplicación de carga. 2. Porosidad, absorción y densidad Bulk Además de la resistencia a compresión es importante, a veces más que la misma resistencia físico-mecánica, confeccionar mezclas de concreto que sean durables y mantengan sus condiciones de óptimo desempeño ante agentes externos como el CO2 y la humedad relativa del lugar. Para tal efecto las mezclas se sometieron a ensayos de durabilidad según ASTM C642-06 [10], obteniendo los siguientes resultados.

Mezcla

Absorción después de la inmersión y de

hervir (%)

Densidad Bulk seca

(g/cm3)

Volumen de poros permeables

(Vacíos) (%)

M-R (1) 7,8 2,24 17,4 M-R (2) 7,8 2,24 17,5

Promedio 7,8 2,24 17,5 M-C (1) 12,5 2,01 25,1 M-C (2) 12,7 2,00 25,3

Promedio 12,6 2,00 25,2 Tabla 6. Resultados ensayos de durabilidad ASTM C642-06.

Según el ensayo de la ASTM C642-06 es evidente que la mezcla confeccionada con una mayor cantidad de agua presentó un menor desempeño ante los aspectos de absorción, densidad Bulk y poros permeables. En estos resultados a su vez se evidencia la correlación entre las variables descritas, ya que a una menor densidad del concreto endurecido, decrecen las cualidades intrínsecas del material, presentando una mayor absorción de agua y un mayor número de poros permeables, lo que puesto en una pieza o estructura de concreto ubicada a la intemperie en condiciones climáticas reales representa un decrecimiento de su durabilidad, dado que en un ambiente carbonatado o sulfatado, el fluido penetraría más la superficie hasta afectar el pH de la pasta de cemento, eliminando el efecto de pasividad sobre las piezas del acero de refuerzo [11]. Conclusiones: Es evidente que el manejo del agua ha sido y seguirá siendo un factor trascendental en la confección de mezclas de concreto, pues es una variable que incide tanto en sus características en estado fresco –lo que afecta positiva o negativamente su transporte y colocación– como en estado endurecido –lo que afecta su estabilidad en el tiempo–. Por lo tanto debe permanecer en la academia la rigurosidad en el tratamiento de este aspecto que, a



veces, suele asumirse como de menor importancia dada la sencillez de su naturaleza y la facilidad aparente de su manejo por parte de la mano de obra. Es muy común que en las obras, especialmente en las de pequeña magnitud o del sector informal, se intente lograr una aceptable trabajabilidad de las mezclas adicionando agua, pensando exclusivamente en el momento de su transporte y colocación en el sitio, pero afectando negativamente a futuro características tan importantes como la resistencia a la compresión y la durabilidad, máxime cuando el contenido de agentes atmosféricos como el CO2 aumentan anualmente en el mundo y, en especial, en centros urbanos congestionados. El cambio en cuanto al peso de las probetas es otra evidencia de la incidencia del agua de mezclado en las características intrínsecas del material, pues tal como se puede observar en la tabla 6, lo valores de densidad Bulk son mayores para las muestras M-R, y generalmente, este mayor peso y mayor densidad están directamente asociados a una mayor resistencia al esfuerzo de compresión. Si bien en esta investigación no se realizó el ensayo de velocidad de pulso ultrasónico (VPU), cabe resaltar que es una variable en aras de identificar la durabilidad de la mezcla en estado endurecido, dado que permite correlacionar los valores hallados con la posibilidad de espacios libres al interior de las probetas [12]. A mayor cantidad de agua de mezclado se encuentra asociada una menor VPU, dado que esta agua inicial se evapora y deja libres los espacios formando poros permeables [13]. Aunque existan suficientes publicaciones acerca de la incidencia del contenido del agua en las características del concreto, es importante realizar este tipo de actividades con los estudiantes, ya que permite contrastar la teoría con la realidad, propiciando procesos de enseñanza-aprendizaje más eficaces, mediante los cuales se puede generar la adquisición del criterio técnico y científico fundamentales para la toma de decisiones del futuro profesional. Recomendaciones: Dado que en construcciones de poca magnitud o en otras de carácter informal no suelen utilizarse aditivos plastificantes para mejorar la trabajabilidad de la mezcla en estado fresco, se recomienda capacitar a las comunidades en cuanto a emplear técnicas de vibrado y compactación manuales, en vez de adicionar agua al momento de la confección de la mezcla, pues tal como se evidenció en este trabajo, ese exceso de líquido si bien lubrica la pasta de cemento y propicia con ello una fluidez inicial mayor, afecta posterior al endurecimiento características físico-mecánicas y de durabilidad. Por más avanzados que estén los aspectos de ciencia e ingeniería de materiales en el mundo, es recomendable abordar el proceso formativo de los estudiantes de pregrado desde las concepciones básicas y principios fundamentales de los materiales compuestos para la construcción, ya que no debe asumirse que sólo por el mero hecho de leer artículos y bibliografías, el futuro profesional asimila la información, pues en el campo de la materialidad es pertinente asumir de manera didáctica la manipulación, la confección, el control y el seguimiento de los procesos. La reflexión sobre el error pedagógicamente trabajado entre docentes y estudiantes puede ser una herramienta didáctica de alto impacto en la formación profesional técnica y universitaria, ya que tener elementos de comparación entre las buenas e incorrectas prácticas, permite la reflexión en el aula de clase con un sentido crítico y reflexivo. Referencias: [1] Guevara, G., Hidalgo, C., Pizarro, M., Rodríguez, I., Rojas, L., Segura, J. Efecto de la variación agua/cemento en el concreto. Revista Tecnología en marcha, vol. 25, núm. 2, pp. 80-86, 2012.



[2] León, L., Hernández, M. Comparación de los valores de resistencia a compresión del hormigón a edades de 7 y 28 días. Revista de Arquitectura e Ingeniería, EMPAI, vol. 10, núm. 1, pp. 1-9, 2016. [3] Mosquera, J. D. Análisis de emisiones de CO2 para diferentes combustibles en la población de taxis en Pereira y Dosquebradas. Revista Scientia et Technica, no. 45, pp. 141-146, 2010. [4] K. Sakai, and T. Naguchi. The sustainable use of concrete. Ed. CRC Press, USA, 2012. [5] ICONTEC, Concretos, especificaciones de los agregados para concretos, Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, 2000. [6] Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, NTC 1377, Ingeniería civil y arquitectura. Elaboración y curado de especímenes de concreto para ensayos en el laboratorio, ICONTEC, Bogotá D.C., 2011. [7] ICONTEC. Norma Técnica Colombiana NTC 3459: Agua para la elaboración de concretos. Bogotá D.C., Icontec, 2001. [8] American Society for Testing Materials, ASTM C192 / C192M-07, Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2007. [9] Sánchez de Guzmán, Diego. Tecnología del concreto y del mortero. Ed. Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia. 349 p., 2001. [10] American Society for Testing Materials, ASTM C642-06, Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids in Hardened Concrete, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2006.

[11] Moreno, Eric I.; Domínguez, Lara, Gerardo G.; Cob, Sarabia, Enrique J.; Duarte, Gómez, Francisco, "Efecto de la relación agua/cemento en la velocidad de carbonatación del concreto utilizando una cámara de aceleración". Ingeniería, núm. mayo-agosto, pp. 117-130, 2004.

[12] Pardo, F. y Pérez, E. Evaluación del efecto de las barras de refuerzo del concreto sobre las medidas de velocidad de pulso ultrasónico. (Trabajo de grado). Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia, 2010. [13] Quintero, L., Herrera, J., Corzo, L., García, J. Relación entre la resistencia a la compresión y la porosidad del concreto evaluada a partir de parámetros ultrasónicos. Revista ION, vol. 24, núm. 1, pp. 69-76, 2011.


Aplicación de métodos de extremos para determinar las velocidades básicas del viento. Extreme winds methods applications for calculate basic velocities.

Ing. Katia Luis García Ingeniera Civil. Profesora con categoría docente de Instructor. Grupo de Investigación de Aerodinámica de las Construcciones. Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría. Cuba. Teléfono: 72663814 E-mail: [email protected] MSc. Ingrid Fernández Lorenzo Ingeniera Civil. Máster en Ciencias. Profesora con categoría docente de Asistente. Grupo de Investigación de Aerodinámica de las Construcciones. Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría. Cuba. Teléfono: 72663814 E-mail: [email protected]

Dra. Vivian Elena Parnás Ingeniera Civil. Doctora en Ciencias Técnicas. Profesora Titular. Grupo de Investigación de Aerodinámica de las Construcciones. Universidad Tecnológica de La Habana José Antonio Echeverría. Cuba. Teléfono: 72663814 E-mail: [email protected]


Resumen: A nivel internacional en las últimas décadas, se han desarrollado varias investigaciones enfocadas en el perfeccionamiento de los métodos de estimación de velocidades extremas de viento. Debido a la posición geográfica de Cuba, la acción del viento generalmente rige el diseño estructural por lo que se hace necesario estudiar los métodos extremales aplicados a los datos de vientos de registros cubanos. El objetivo del presente trabajo es obtener las velocidades básicas para el cálculo de estructuras a partir de la comparación entre los métodos GEV, POT y MIS, este último con diferenciación y sin diferenciación de los orígenes de los vientos. La principal conclusión es que en climas donde los valores máximos provienen de más de un tipo de fenómeno se pudo comprobar que la diferenciación de orígenes de los vientos extremos en la aplicación del MIS brinda un modelo que aparentemente se ajusta mejor a los datos del clima de Cuba. Palabras clave: Velocidades básicas, Vientos extremos Abstract: At the international level in recent decades, they have developed several investigations focused on improving methods for calculating extreme velocities. Due to the geographic position of Cuba, is the wind action governing the structural design so it is necessary to study the extreme methods applied to Cubans

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de viento para el cálculo de la altura de las olas en los embalses. Dicho investigador utiliza los datos de 10 estaciones, una de ellas con registros de velocidades en horarios regulares y las restantes nueve con registros diarios para un total de 8 a 14 años, partiendo que el coeficiente de variación entre estos valores son aproximadamente iguales. La metodología propuesta por Pérez ajusta las velocidades a la distribución de probabilidades de Gumbel (FT1) y calcula la probabilidad de no excedencia mediante la ecuación propuesta por Beard en 1943 [10]. Pascual en 1977 [11] trabaja con un registro de 23 años de valores de velocidades de viento en la obtención de la presión básica, partiendo de obtener los parámetros de escala y forma de una distribución de Gumbel y luego sustituye dichos valores en la distribución de probabilidades Frechet o Tipo II obteniendo de esta forma las velocidades básicas. A nivel internacional en 1930 es propuesta la distribución Gaussiana para la predicción de las velocidades del viento de diseño a largo plazo, no obstante esta dejó de ser empleada [12], tomándose en cuenta el trabajo de Fisher y Tippett de 1928 [13] que mostró que si se elige de la distribución de la población de referencia, un número de n muestras, que responden a los máximos o mínimos valores de la población de referencia, la distribución de esos máximos o mínimos se aproxima a una de las tres formas (FT- I, II, III) que definen en su trabajo. Jenkinson en 1955 introduce la actualmente conocida Distribución Generalizada de Valores Extremos (GEV, siglas en inglés), la cual vincula las tres formas (FT- I, II, III) mostrada en la expresión 1, [14, 15] identificada por Von Mises en 1936.

F U exp 1⁄

(1)

Donde F U es la función de distribución acumulada de la velocidad máxima del viento, “ ”, es un factor de forma, “ ” es un factor de escala y “ ” es un factor de localización. Cuando 0, la ecuación indica la distribución de Tipo I, conocida como Gumbel, cuando k 0, la GEV se trata de la Tipo II o de Frechet, y cuando k 0, es la de Tipo III, o de Weibull. Han sido varios los investigadores que han utilizado la distribución de tipo I en sus trabajos [13, 16-18]. Este método es el más utilizado dada su simplicidad, ya que se toman pocas decisiones subjetivas en el proceso de obtención de los principales parámetros de la distribución [19]. El principal problema de este método es la pérdida de eventos secundarios en un año que pueden ser mayores que los máximos de otros años. También Mayne en la década del 80 plantea que este tipo de distribución se ajusta de forma satisfactoria en climas bien comportados (poca variabilidad de eventos que produzcan los extremos) no así en zonas propensas al paso de ciclones tropicales donde deben hacerse otros procesos de acondicionamiento de los datos, principalmente, la separación de los extremos de acuerdo al origen meteorológico de los mismos [20]. Con el objetivo de aumentar la cantidad de máximos en los análisis de extremos han surgido métodos que utilizan más datos que un máximo anual, entre ellos los denominados “Métodos de Excedencias”. Dichos métodos parten de filtrar la serie original extrayendo los valores superiores a un umbral fijado lo que permite el empleo de más de un valor anual. Dentro de estos métodos se encuentra el ¨Método de excesos sobre el umbral”, introducido por Pickands en 1975 [21], conocido por su nombre en inglés como: “The peaks over threshold approach (POT)”. El POT plantea que los valores seleccionados superiores al umbral deben ajustarse a una Distribución Generalizada de Pareto (GPD, siglas en inglés) y ha sido aplicado en varias investigaciones como principal método o para comparación con otros [22-24]. La principal limitación de este método es que tiene como aspecto subjetivo la variabilidad de valores que se le pueden otorgar al umbral utilizado y la sensibilidad del ajuste a estos valores de umbral, y la necesidad de garantizar la independencia estadística entre los valores involucrados. El MIS (siglas en inglés para Method of Independet Storms) es otro de los métodos para obtención de valores extremos clasificado dentro de los métodos de excedencias, desarrollado por Cook en 1983 [25].



Mediante este método se aumenta el número de extremos para el análisis y se garantiza la independencia entre ellos mediante la extracción de todos los valores de la velocidad del viento que responden a tormentas independientes en las series de tiempo. A partir del umbral fijado se buscan los valores sobre o bajo el mismo, de la misma forma que se procede en el POT, definiendo así el inicio o fin de un periodo de calmas. Entre cada cruce existe una tormenta que será independiente de los eventos anteriores y posteriores por la intervención de las calmas. Posteriormente se eligen los mayores valores de cada tormenta y se transforman en presiones dinámicas para lograr una convergencia más rápida a una distribución asintótica de Gumbel o Tipo I.

Los métodos POT y MIS se desarrollan de forma similar, las diferencias entre ellos se pueden observar en la figura 1. El método POT considera todos los valores por encima de un umbral y el MIS trabaja solo con el valor máximo de cada tormenta, siempre garantizándose la independencia estadística entre dichos valores.

Figura 1 Diferencias entre los métodos MIS y POT en la selección de los valores de análisis. [27]. La división por sectores direccionales, estaciones climáticas o tipos de extremos ha sido otro tema desarrollado por los investigadores con el objetivo de acondicionar los datos, aparejado a la evolución de los métodos de extremos. Entre los principales trabajos en este tema se hallan los trabajos de Moriarty y Templeton en 1983 [26]; estos trabajaron la separación de los datos por sectores direccionales, lo que se traduce en dividir las series de velocidad de viento de acuerdo a las direcciones de la rosa de vientos. En 1982 Cook [27] aplicó el análisis direccional con el MIS como método de obtención de las velocidades extremas. En cuanto a la separación por estaciones también ha sido tratada en la literatura, Cook [25] plantea que el MIS [13] es apropiado para realizar la división por estaciones. Partiendo de esta base han sido varios las investigaciones que han aplicado esta técnica de acondicionamiento [16, 28-31]. El objetivo del presente trabajo es obtener las velocidades básicas para el cálculo de estructuras, en una determinada estación, a partir de la comparación entre los métodos GEV, POT y MIS, este último con diferenciación y sin diferenciación de los orígenes de los vientos. Materiales y métodos: En este trabajo se aplicaron los métodos Distribución Generalizada de Valores Extremos (GEV, siglas en inglés), Picos Sobre el Umbral (POT, siglas en inglés) y el Método de Tormentas Independientes (MIS, siglas en inglés). Como objeto de estudio se seleccionaron los datos de la estación meteorológica Casa Blanca, la cual se encuentra equipada con sensores de medición de viento, específicamente con anemómetros. Los datos registrados comprenden un período de 20 años, desde el 1 de enero 1996 hasta el 31 de diciembre de 2015. Las velocidades registradas corresponden a los promedios en 10 minutos,



almacenados cada tres horas, para un total de 8 registros diarios; señalando que hay ausencia de datos. La ausencia de datos puede interpretarse como desestimar eventos importantes que puedan generar extremos significativos para el análisis. En la estación Casa Blanca solo faltan 25 valores que se corresponden con horarios de la madrugada en fechas donde no es posible la ocurrencia de eventos que registren máximos de velocidad de viento. Los valores ausentes se completaron siguiendo los patrones de comportamiento de velocidad de viento en esas fechas y horarios. El cálculo de la carga de viento en Cuba, según la norma cubana NC 285:2003 [7], se efectúa a partir de la presión básica de viento corregida mediante una serie de factores. Para la obtención de la presión básica del viento se parte de los registros de las mediciones realizadas en una estación. En función del método a utilizar para obtener las velocidades extremas se filtran y se procesan los datos, posteriormente se realiza el análisis estadístico que permite ajustar los valores a las distribuciones de probabilidad facilitando la obtención de los parámetros característicos de las mismas con los cuales se calcula la velocidad básica de referencia transformándose luego en presión básica. El análisis estadístico de los datos se realizó mediante el software MatLab (nombre abreviado de “MATrix LABoratory”) en su versión 8.0 del año 2013 y el Derive 5.02 para la obtención de los parámetros característicos de las distribuciones analizadas y las velocidades de viento de referencia. Generalizada de Valores Extremos (GEV) El método GEV tiene como base la selección de los máximos anuales, es decir, se trabaja con 20 máximos correspondientes a los 20 años de estudio. Dichos valores se ajustan a la GEV con ayuda del MatLab cuya función de distribución de probabilidad acumulada se muestra en la expresión 1. Los parámetros que define la distribución (el parámetro de localización, el parámetro de escala y el parámetro de forma) son devueltos por el software con un intervalo de un 95% de confianza. En la obtención de dichos parámetros el Matlab trabaja con el Método de Máxima Probabilidad o Verosimilitud (ML según sus siglas en inglés). A partir de estos parámetros se estiman los cuantiles del modelo que permiten definir las velocidades básicas del viento para los distintos períodos de retorno: 10, 20, 50 y 100 años, a través de la resolución del inverso de la ecuación (2).

11

(2)

Picos sobre el umbral (POT) La aplicación de este método tuvo como base el filtrado de todos los valores de viento de la estación cuyos valores de velocidades fueran mayores de 35km/h, ya que según la escala de Beaufort, que es una escala que da una medida empírica para la intensidad del viento, para velocidades de viento superiores a 32km/h comienzan a considerarse los vientos fuertes. Este filtrado redujo el número de valores de velocidades de viento por año con respecto a las mediciones originales de la estación; sin embargo aumenta el número de extremos anuales a considerar con relación a la GEV. Posteriormente se realizó un segundo filtro en el que se consideró dejar solamente los valores de velocidades máximas que tuvieran un período de separación de cuatro días [22, 23] buscando garantizar la independencia estadística. Con el proceso de filtraje terminado, se recurre al empleo del MatLab a partir de la función de densidad de la Generalizada de Pareto. El trabajo con el Matlab para este método es muy similar, ya que se carga la base de datos de la estación para obtener el parámetro de forma y de escala que son los que toma en cuenta el POT. La obtención de cada uno de los parámetros que define la distribución es devuelta por el software con un intervalo de un 95% de confianza, que calcula los parámetros, con un enfoque equivalente al explicado en el caso de la GEV. Posteriormente se calculó la velocidad básica de referencia con los distintos períodos de recurrencia a partir de la ecuación (3):



1 (3)

Siendo R el período de recurrencia en años, � se define como total de excesos por encima del umbral entre el total de años a analizar (20 años), k y los parámetros de forma y escala obtenidos mediante el comando de MatLab y el umbral (en este caso 35km/h). Método de las Tormentas Independientes (MIS) con diferenciación y sin diferenciación en los orígenes de los mecanismos generadores de extremos El procedimiento general inicial es muy similar al explicado en el POT. Se parte de establecer un valor de velocidad umbral y posteriormente se realiza un proceso de filtraje de aquellos valores que superaron dicho umbral y que constituyen los máximos de cada tormenta. Los valores que quedan orden en un ranking de menor a mayor que define un posicionamiento de los mismos para el ajuste hacia una distribución de Gumbel o FT1. Posteriormente se calcula la probabilidad de ocurrencia de cada valor. En el método MIS original, desarrollado por Cook en 1982 [27], la probabilidad se halla por la expresión de Gumbel; para el caso del presente estudio, se aplica este procedimiento con la incorporación de la obtención del valor de la probabilidad a partir de la expresión de Gringorten, ver ecuación (4), tal como se recomienda en el artículo de Harris de 1999 [16] y en el libro de Holmes del 2007 [12].

0440.12

(4)

Donde define el valor que ocupa cada velocidad en el ranking, es el número último del ranking que define al total de valores y r es el total de excesos por encima del umbral entre el total de años a analizar (20 años). Si varios mecanismos meteorológicos: sistemas extra-tropicales de bajas presiones, tormentas descendentes (thunderstorms, en inglés), huracanes, tornados, etc., pueden presentarse en un mismo territorio y son los responsables de los valores extremos, o sea, un clima mixto es necesario realizar una diferenciación de dichos mecanismos. Esta diferenciación permitirá que el análisis se centre en un único mecanismo a la vez, para posteriormente combinar las probabilidades de ocurrencia. Si el análisis se realizara con el conjunto de datos mezclados, en dependencia de las características climáticas de cada sitio, se podrían introducir errores de estimación en el ajuste de los valores mediante alguno de los métodos de extremos establecidos. Cuba presenta un clima mixto con presencia de diferentes eventos meteorológicos por lo que en el presente trabajo se aplicó como técnica de acondicionamiento de los datos la diferenciación por eventos meteorológicos, y se compararon dichos resultados con los obtenidos de un análisis sin diferenciar los orígenes; y también con los resultados de los métodos GEV y POT. De acuerdo al análisis de las trayectorias de los ciclones que afectaron al territorio nacional [32], se pudo identificar para la estación Casa Blanca la cantidad de eventos que clasificaron como “vientos de ciclón” y de “no ciclón”; también se separaron los eventos que se pudieron clasificar como velocidades debidas a ¨frente frío¨ según los reportes anuales de meteorología [32]. Posteriormente se calcula la variable reducida y, ecuación (5), los cuales se grafican contra los valores de velocidades de viento elevados al cuadrado (presión) para acelerar la convergencia hacia una distribución FT1. De esta gráfica se estiman los valores de los parámetros de la distribución FT1 (siendo este método de ajuste, el de mínimos cuadrados). Este procedimiento se hace de forma independiente para cada tipo de evento extremo (ciclón, no ciclón, frente frío) y luego se multiplican las funciones de distribución de probabilidad acumulada de cada tipo de evento ( ), ver ecuación (6), y se obtienen las velocidades de viento correspondientes a la combinación, para cada período de retorno requerido.

ln ln (5)

exp exp / (6)



Donde es la velocidad de viento, es el intercepto en la representación gráfica y la pendiente de la recta. Resultados y discusión: La aplicación de la GEV arrojó que los datos de la estación Casa Blanca se ajustan a una distribución de probabilidades de Weibull ya que el parámetro de forma obtenido fue k > 0. Los valores de los parámetros obtenidos según la GEV y el POT se muestran en la tabla 1.

Tabla 1 Parámetros de la distribución para la GEV y el POT

Parámetros de distribución

GEVParámetros de

distribución POT k

forma a

escala u

localización k

forma σ

escala 0,45 9,3 57,43 -0,50 56,7

En la tabla 1 también se observa que el parámetro de forma del POT es menor que cero, lo que significa que se ajusta mejor a una distribución de Pareto. En el caso del método MIS la diferenciación de los orígenes de los vientos para su aplicación, arrojó la cantidad de eventos ¨ciclón¨, ¨no ciclón¨ y ¨frente frío que se muestran en la tabla 2.

Tabla 2 Partición de los datos por orígenes de los vientos

Estación Número

mediciones >35km/h

Vientos de ciclón

Vientos de no ciclón

Vientos de frente frío

325 Casa Blanca 216 11 179 26

La separación por orígenes de los vientos permite obtener las funciones de cada tipo de evento y multiplicar las mismas obteniendo luego las velocidades de viento y presiones estimadas para cada período de retorno según el MIS. En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos en la estación Casa Blanca en términos de velocidades y presiones.

Tabla 3 Resultados del MIS, velocidades y presiones.

Velocidades en km/h para períodos de retorno

Presiones en kN/m2

para períodos de retorno

10

20

50

100

10

20

50

100

98,98 109,55 121,88 130,36 0,47 0,58 0,72 0,82 La distribución compuesta de la estación Casa Blanca se observa en la figura 2, obtenida a partir de la aplicación del MIS con diferenciación de los orígenes y sin diferenciarlos, mostrada en un gráfico convencional de Gumbel (FT1). En la diferenciación de todos los mecanismos se obtuvo el mismo factor de forma k, por lo que no hay variación en la curvatura del modelo compuesto. Del total de valores registrados que superan el umbral seleccionado, se escogió el máximo anual para un total de 20 valores,



identificando el origen del cual provenía cada uno. Este procedimiento se realiza para verificar el ajuste de esos valores al modelo compuesto o simple, lo que indica cuál de los dos es capaz de reproducir mejor el comportamiento de los extremos anuales. La representación de estos valores en la figura 2 se hace mediante las ecuaciones (7) y (8), siendo y la variable reducida graficada en el eje de las x. El desarrollo matemático de la ecuación del modelo de la función de distribución de Gumbel (FT1) permitió igualar la expresión 7 a la variable reducida -ln(-ln(p)) mostrada en la figura 2 en el eje de las x.

1 ln (7)

1 ln(8)

Donde V es la velocidad de viento, k es el factor de forma, es el factor de escala, r es la cantidad de eventos y T es el período de recurrencia (para este estudio es 1, porque se trabaja con solo valor máximo anual para demostrar el ajuste del posible mayor valor anual esperado al modelo obtenido).

Figura 2 Distribución compuesta para máximos anuales en Casa Blanca.

La figura muestra que los máximos anuales provenientes de ¨ciclón¨ dominan el extremo superior en el modelo compuesto mientras que los máximos anuales de ¨no ciclón¨ y ¨frente frío¨ se ajustan en el extremo inferior del mismo. En cuanto al modelo simple (sin diferenciar el origen del extremo) se observa que existen algunos valores de ¨no ciclón¨ que se encuentran por debajo del mismo, mientras que los máximos anuales provenientes de ¨ciclón¨ y ¨frente frío¨ son superiores, lo cual indica que si se aplicara el MIS sin diferenciación de los orígenes se estarían subvalorando velocidades de viento representativas en el cálculo de presiones básicas a partir de los métodos extremales. En la figura 3 se muestran las presiones obtenidas por los tres métodos aplicados para períodos de retorno entre 10 y 100 años. Se puede verificar que hasta un período de retorno de 40 años, el método POT brinda los mayores valores de presiones básicas; a partir de este período es la GEV quien arroja mayores resultados. También se puede observar que las presiones básicas del POT no muestran variaciones considerables con el aumento del periodo de retorno, manteniéndose relativamente constantes alrededor de 0,8-1kN/m2, mientras que la GEV tiene un crecimiento abrupto, lo cual se corresponde con las referencias bibliográficas que indican que esta distribución es imprecisa para las estimaciones de largos periodos de retorno. Las presiones estimadas por el método MIS, en este caso



con diferenciación de origen, son las menores entre los tres métodos, sin embargo muestran un comportamiento creciente con el aumento del periodo de retorno, de acuerdo a la pendiente que sigue la curva. En el caso del POT y la GEV al no diferenciarse los orígenes, los valores altos de presión pudieran estar condicionados fuertemente por la presencia de un valor alto único, por ejemplo uno proveniente de un ciclón, que pueda disparar los parámetros de ajuste de las distribuciones.

Figura 3 Comportamiento de las presiones básicas obtenidas en función del período de retorno para los tres métodos. Conclusiones:

1. En regiones con climas mixtos, donde en años consecutivos los extremos pueden deberse a

mecanismos meteorológicos diferentes, no es recomendable emplear la Generalizada de Valores Extremos. Como los registros de velocidades de viento no son lo suficientemente largos se cometen errores con este método. Para altos períodos de retorno no estima correctamente los valores de presiones básicas.

2. Los métodos POT y MIS permiten seleccionar más valores de un conjunto de datos, los errores obtenidos son menores que los que resultan de un análisis de máximos anuales realizado en el mismo conjunto de datos.

3. En climas donde los valores máximos provienen de más de un tipo de fenómeno atmosférico se pudo comprobar que la diferenciación de orígenes de los vientos en la aplicación del MIS brinda un modelo que aparentemente se ajusta mejor a los datos registrados. Utilizar el enfoque del MIS sin diferenciar los orígenes subvalora las velocidades de viento representativas en el cálculo de presiones básicas a partir de métodos extremales. No obstante, dadas las discrepancias observadas en los valores de presiones básicas calculadas por los distintos métodos, deben estudiarse más estaciones para corroborar el comportamiento registrado en este trabajo.

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0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 20 40 60 80 100 120Pres

ión

bási

ca k

N/m

²

Período de retorno

POT

MIS

GEV



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Revista de Arquitectura e Ingeniería. 2017, Vol.11 No.1 ISSN 1990-8830 / RNPS 2125 1

Canteros experimentales de cubiertas naturadas extensivas, su diseño y ejecución. Stonemasons of extensive experimental naturadas covered, its design and execution.

Ing. Marifeli Batlle Avilés. Maestrante en Ingeniería Civil Empresa de Proyectos de Obras de Arquitectura. EMPROY-2, La Habana, Cuba. E-mail: [email protected] Dr. Ing. María Luisa Rivada Vázquez

Profesora Titular. Doctora en Ciencias Técnicas “Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría”, ISPJAE, La Habana, Cuba. Presidenta del Comité Técnico de Normalización del MICONS No.7 Impermeabilización. Teléfono 72663842 E-mail: [email protected]


Resumen: En la investigación se ejecutaron canteros para la experimentación sobre cubiertas naturadas extensivas en áreas del CECAT, CUJAE, Habana, Cuba. Para lograr el diseño, se valoraron cada uno de los elementos que conformaron diseños anteriores realizados en la cubierta prototipo experimental en la misma área y que resultaron en general fallidos. Entre las dificultades encontradas con mayor incidencia se pueden mencionar la no adecuación de los sustratos al tipo de plantas así como la gran variedad de estas utilizadas. Como base para la ejecución se seleccionaron dos tipos de sustratos y seis tipos de vegetación, ubicados ambos aleatoriamente en 30 canteros experimentales. La función principal de los canteros fue la de servir como plataforma de un diseño experimental unifactorial, para analizar como incide el factor interacción sustrato-vegetación en el comportamiento de las propiedades de retención hídrica y de reducción de temperatura de las cubiertas naturadas extensivas, en el medio ambiente del prototipo en La Habana, constituyendo este el objetivo de la investigación. Palabras clave: Canteros,Cubiertas naturadas, Retención Hídrica, Reducción de Temperatura. Abstract: In the investigation stonemasons were executed for the experimentation on green roof extensive in areas of the CECAT, CUJAE, Havana, Cuba. To achieve the design, they were valued each one of the above elements that you/they conformed previous designs carried out in the roof experimental prototype in the same area and that they were in failed general. Among the opposing difficulties with the highest incidence can be mentioned the non adaptation from the substrates to the type of plants as well as the great variety of these used. As base for the construction two substrates types and six types of vegetation were selected, located both

Ing. Marifeli Batlle Avilés. Dr. Ing. María Luisa Rivada Vázquez. Canteros experimentales de cubiertas naturadas extensivas, su diseño y ejecución.


aleatorily in 30 experimental stonemasons. The main function of the stonemasons was the one of serving as platform of a design experimental unifactorial, to analyze like it impacts the factor interaction substrate-vegetation in the behavior of the properties of retention hydric and of reduction of temperature of the green roof extensive, in the environment of the prototype in Havana, constituting this the objective of the investigation. Keywords: Stonemasons, Green roofs, Retention Hydric, Reduction of Temperature.

Introducción:

Este artículo forma parte de la investigación que se lleva a cabo en el CECAT, CUJAE, siendo el diseño de los canteros así como su ejecución un paso certero hacia la experimentación en el país de cubiertas naturadas extensivas. Estos son los primeros ensayos que se realizan con el sustrato y la vegetación seccionados de manera independiente que contribuyen a obtener resultados aplicables. A partir de la evaluación de la situación actual de la cubierta prototipo se validó la necesidad de usar otros medios para la presente experimentación. Por lo que se realizó el diseño de canteros prototipos experimentales ubicados en la propia cubierta utilizada para estos fines con anterioridad. En pos de dar respuesta al problema científico planteado, se concibió un diseño experimental unifactorial, donde el factorinteracción sustrato-vegetación influye en las variaciones de las propiedades de las cubiertas naturadas. Durante el estudio se abordan los criterios de selección de especies y sustrato, sus especificidades y formas de obtención. Además se describe todo el proceso de ejecución realizado para las unidades experimentales hasta su montaje en la cubierta. Desarrollo:

Diseño de los canteros experimentales. La cubierta prototipo del CECAT, inicialmente fue necesario someterla a un proceso de saneamiento y desmonte de los experimentos anteriores. Las condiciones encontradas en sentido general se clasificaron de deplorables, debido a que varios de sus elementos componentes presentaban un estado crítico y no podían ser reutilizados con posterioridad. Existiendo presencia de naturación espontánea y contaminación del sustrato por sustancias orgánicas no deseadas. (1)

Fig.1. Enyerbamiento, contaminación y pérdida sustrato.

El desmonte se realizó capa por capa del sistema, determinando así las zonas de fallo y la posibilidad de reutilización o no de las mismas. Se detectó, en el caso de la manta que cumplía la función de capa separadora y filtrante entre el sustrato y la capa drenante (zeolita) que se encontraba podrida, lo cual provocó la pérdida de suelo y la obstrucción de los desagües. Por último se intervino la capa de zeolita, la cual fue almacenada en sacos para su reutilización debido a su buen estado.

Fig. 2. Zeolita cubana extraída del prototipo del CECAT.



Al concluir este proceso preliminar se validó la necesidad de usar otros medios para la experimentación, aunque se mantuvo dicha cubierta como soporte base de la investigación. En este caso se implementaron cajas de poliestireno expandido por su capacidad para el almacenamiento y retención de las capas componentes de una cubierta naturada extensiva. Además aporta poca carga a la cubierta, y permite la división para cada una de las especies de sustrato y vegetación. Estas unidades fueron suministradas por la empresa Perdurit, las cuales son comercializadas por su fábrica ubicada en Artemisa, y adquiridas por la CUJAE para la presente investigación.

Fig.3. Cajas de poliestireno expandido comercializadas por Perdurit.

En las mismas se incluyeron como capas componentes, la capa sustrato y vegetación (variables independientes) debido a que ambas son las únicas influyentes en las propiedades de retención hídrica y de reducción de temperatura (variables dependientes), y por tanto de interés en la investigación. El diseño de los canteros experimentales quedó distribuido en dos tipos, atendiendo a dos los dos sustratos utilizados. El resultado final se representa en las figuras 4 y 5.

Figura No. 4. Capas componentes de las unidades experimentales Tipo 1.

Figura No. 5. Capas componentes de las unidades experimentales Tipo 2.

Variables de Investigación. Rendimiento o variable dependiente.

Se definieron como variables dependientes de la investigación, dos propiedades de las cubiertas naturadas, la reducción de temperatura y la retención hídrica. Ambas están valoradas por la capacidad de la interacción entre dos de sus partes integrantes: la vegetación y el sustrato.

1. Reducción de la temperatura. (Se mide en Grados Celsius). Las plantas extraen calor del ambiente por medio de procesos fisiológicos como la fotosíntesis y la capacidad de almacenar calor de su propia agua. Este efecto de enfriamiento, se hace perceptible fundamentalmente en los días cálidos de verano, a través de la evaporación y la condensación del agua, que reducen las oscilaciones de temperatura. Este proceso se

Capa Sustrato A 10 cm

Capa Zeolita 5 cm

Capa Vegetación

Capa Sustrato B 10 cm

Capa Zeolita 5 cm

Capa Vegetación



fortalece aún más por la gran capacidad de almacenamiento de calor del agua existente en el sustrato.(2)

2. Capacidad de retención hídrica. (Se mide en porciento (%) de retención). En una cubierta verde el agua pluvial es almacenada en el sustrato, de donde es absorbida por las plantas y luego devuelta a la atmósfera mediante el proceso de evaporación y transpiración. Dependiendo de la intensidad de las precipitaciones y características del sustrato, una cubierta verde puede eliminar la escorrentía de una edificación y reducir la tasa de flujo máximo y el volumen del sistema de alcantarillado. Las cubiertas verdes se estiman para absorber, filtrar, retener y almacenar un promedio de alrededor de 75 % de la precipitación anual que cae sobre ellas.(2) Variable independiente. La variable independiente, durante la experimentación, es la que afecta al resultado o variable dependiente, por lo que fue seleccionado como influyente el factor interacción sustrato-vegetación. Para el primero se seleccionaron dos tipologías nombradas como A y B, y en cambio para la vegetación se eligieron seis ejemplares, que corresponden a los dos sustratos, y fueron denominadas de igual forma con letras desde la A hasta F. En cuanto a la composición del sustrato a nivel internacional existen muchas variedades; clasificándose como orgánicos e inorgánicos por su composición. Estos requieren de las siguientes características fisicoquímicas para obtener una buena germinación y crecimiento de las plantas: (3) Físicas: Alta capacidad de retención de agua, buena aireación, baja densidad aparente, alta porosidad. Químicas: Suficientes nutrientes N, P, K, y otros elementos que contiene la fuente orgánica elegida.PH adecuado. (rango entre 5.6 y 7.8, plantas ornamentales). En los canteros experimentales se evitó la variedad de sustratos diseñándose dos mezclas solamente,para lograr una mejor implementación posterior a escala de ciudad.La selección fue realizada en las áreas pertenecientes al Jardín Botánico Nacional de acuerdo a la experiencia que poseen los especialistas de esta institución, tomando como base en ambos casos suelos naturales. Sustrato A. En la mitad de los canteros prototipos, se utilizó una mezcla de sustrato de 50% de suelo natural y un 50% de abono (heces de animales).

Figura. 6. Elaboración de Sustrato A mezcla de abono y suelo natural.

Como referencia este Sustrato A fue seleccionado para tres tipos de plantas de distintas familias que necesitan de características orgánicas, como es el caso de las Commelináceas. Sustrato B. En la otra mitad de los canteros prototipos, se utilizó otra mezcla de sustrato con 70% de grava pequeña o granito y un 30% de tierra con abono (heces de animales). Esta mezcla fue elaborada en el CECAT, garantizándose la dosificación anterior.

Figura. 7. Elaboración de Sustrato B mezcla de abono, suelo natural y granito.

Para el caso de las plantas de tipo Suculentas, fue seleccionado este sustrato tipo B, que contiene las prestaciones que estas necesitan, como un eficaz drenaje para su adaptación.



El otro elemento de la variable independiente que influyó en los resultados es la vegetación. Para ello en la investigación fueron seleccionados seis tipos bajo la premisa de garantizar una buena adhesión de las mismas al sustrato. En los canteros experimentales, se tomó en consideración el uso de diferentes familias de especies para la vegetación. El interés principal fue el de analizar su comportamiento de acuerdo a los factores meteorológicos de la capital para adoptar las más idóneas para su implantación en sistemas extensivos de cubiertas naturadas. Retomando las experiencias de investigaciones anteriores en la cubierta prototipo del CECAT, CUJAE, se ha podido constatar que las plantas tipo Suculentas, como la flor de mármol, mantuvieron un comportamiento favorable. Por el contrario, la Sansevieria perteneciente a la familia de las Liliaceae, también conocida como lengua de vaca no presentó un adecuado comportamiento, durante el año 2003. Durante esa investigación se determinó que la causa fundamental era el sustrato utilizado por su elevado contenido de materia orgánica, desfavorable para el crecimiento de la misma. En varias ocasiones durante la presente investigación se visitó el jardín botánico, observando in situ la evolución de varias especies, para la selección de una muestra más ajustada a las condiciones del país. Como parte del experimento se decidió aunar como mayoría, dentro de las seis especies de vegetación, dos de la familia de las Commelinácea y dos del tipo de las Suculentas. En otro sentido, se seleccionó una de la familia de las Portulacaceae y otra de las Xanthorrhoeaceae.Es conveniente destacar que para este tema se contó con la asesoría de los especialistas del jardín botánico, Maritza Pérez Montesinos (Jefa de viveros) y Eduardo Rodríguez Rodríguez (Director de jardinería). Los tipos de vegetación escogidas se resumen en la siguiente tabla. Tabla No. 1 Familias

Nombres Especies Simbología

Commelinácea 1. Zebrina péndula Vegetación A

Commelinácea 2. Roheo Vegetación B

Portulacácea 3. Portulaca grandiflora Vegetación C

SuculentasSedum 4. SedumAdolphin Vegetación D

SuculentasSedum 5. Graptopetalumparaguayense Vegetación E

Xanthorrhoeaceae 6. Aloe Brevifolia Vegetación F

Vegetación A. La Zebrina péndula, fue la primera elección, en el país es conocida comúnmente como cucaracha morada. Es extremadamente resistente y de fácil propagación; se emplea como cobertura y poseen un agradable aspecto de sus hojas de color morado y verde. Su altura no supera los 0.5m.(4)

Figura. 8. Zebrina péndula

Vegetación B. El Rhoeo,es una planta monocotiledónea representada por hojas planas o con forma de V en el corte transversal.Este tipo de vegetación, como las otras seleccionadas, necesita de luz intensa y, de ser posible, que sea suministrada desde arriba para mantener las hojas erguidas.



Las variedades con las hojas matizadas soportan la luz solar y requieren de un sustrato fértil.(5)

Figura. 9. Roheodiscolor.

Vegetación C La Portulacagrandiflora, es una planta anual muy conocida por su rica floración. Su nombre común es verdolaga de flor o diez de la mañana. Como características es una especie rastrera de 10-15 cm de altura. Su cultivo es a pleno sol con mucha luz ya que las flores se cierran en la sombra. Es resistente a altas temperaturas y en cuanto a humedad prefiere una atmósfera seca. (6)(7)

Figura 10. Portulaca grandiflora con floración de distintos colores.

Vegetación D La Suculenta es la familia privilegiada por la bibliografía para su uso en cubiertas naturadas extensivas, son especies casi todas perennes, muy resistentes, con un hábito rastrero o colgante.(6). Para el caso de estudio se ha seleccionado la especie Sedum Adolphin como se muestra en la figura. Sus hojas son carnosas y tienen la función de almacenar agua, para lo cual requieren una gran cantidad de luz en todas las estaciones del año.

Figura 11. Planta Sedum Adolphin.

Vegetación E La segunda planta escogida es la Graptopetalum paraguayense, como característica se puede mencionar que su roseta de hojas llega a crecer entre 15 a 20 cm. Requiere grandes cantidades de luz, prefiriendo incluso el sol directo.(8)

Figura 12. Graptopetalum paraguayense.



Vegetación F Se seleccionó como otra especie el Áloe brevifolia, por requerir un sustrato similar al de las plantas tipo suculentas. Como nombre común se conoce como Áloe diente de cocodrilo, siendo de reducido tamaño, el cual forma pequeñas rosetas de hojas triangulares.(9)

Figura 13. Aloe brevifolia.

Descripción del diseño experimental y sus principios básicos. El diseño experimental se concibió de la forma más racional posible, de manera que los datos obtenidos puedan ser procesados adecuadamente y que, mediante un análisis objetivo, conducen a los resultados esperados del problema planteado. El tipo de diseño consiste en un diseño unifactorial, el cual permite estimar y comparar los efectos que los diferentes tratamientos, asignados aleatoriamente al factor interacciónsustrato-vegetación, producen en las características observada en las unidades experimentales. (10)

Figura 14. Distribución de la vegetación para los sustratos A y B. Aleatorización: Todo el proceso durante la investigación se realizó de manera aleatoria. Primero durante la colocación del sustrato y de la siembra de la vegetación, donde para ambos se numeraron inicialmente las unidades experimentales y los tipos de sustrato y vegetación. Luego mediante la tabla de números aleatorios se procedieron a colocar el sustrato y a sembrar la vegetación. Los canteros fueron ubicados en cubierta de manera completamente aleatoria, para lo cual se efectuó un sorteo con todas las combinaciones del factor y se distribuyeron en las posiciones numeradas en la planta de la cubierta, quedando dispuestas según la siguiente figura.

Figura 15. Distribución aleatoria de los canteros experimentales.

S.A S.B

S.V

V.A

V.B

V.C

S.V

V.D

V.E

V.F



Repetición: Se usa para determinar cómo incide el comportamiento del factor interacción (sustrato – vegetación) en la reducción de temperatura y en la capacidad de retención hídrica. Para el caso de la vegetación se concibió tres tipologías correspondientes al sustrato A y tres al sustrato B, con lo cual se consiguen seis tratamientos. Incorporándose además dos tratamientos sin vegetación para cada ensayo. Resultando de lo anterior ocho tratamientos en total, de la interacción sustrato vegetación; en los que se tuvieron en cuenta canteros prototipos sin vegetación, con el interés de validar la influencia del sustrato de manera independiente. El total de unidades experimentales fue de 30, en las que se incluyeron para cada experimento con vegetación tres réplicas y dos para el caso de los experimentos sin vegetación. La secuencia de corridas experimentales quedo conformada por cuatro experimentos con vegetación y tres experimentos sin vegetación. Control Local: Primeramente, este principio se garantizó con la utilización de los dos tipos de sustratos y de los seis tipos de vegetación, según las características identificadas en la investigación. En segundo lugar, con la selección y ejecución de la zeolita como capa drenante; verificando que no se encontrara contaminada, por lo cual se procuró su lavado y purificación antes de colocarla en las unidades experimentales. El sustrato tipo 1 ha sido preparado por los especialistas del jardín botánico y al colocarse se verificó que no se afectaran las condiciones del mismo. En el caso del sustrato tipo 2, se llevó a cabo el proceso de mezcla del sustrato tipo 1 con el granito. Antes de la colocación del sustrato se tomaron muestras a través de las que se logró la identificación de sus características principales de ambos tipos, a fin de validar su uso. Se le realizaron ensayos de Granulometría, % de Humedad Retenida, pH, % de Materia Orgánica, Peso unitario suelto, y Peso saturado. El sustrato fue colocado sobre la capa drenante, la cual cuenta con 5 cm de espesor. Antes de comenzar las mediciones se comprobó que las condiciones del sustrato se encontraran en un estado intermedio entre húmedo y seco. Para la vegetación se tuvieron en cuenta varios factores que se describen a continuación:(11)

1. Proceso de resiembra: Se realizó de manera directa sobre el sustrato, mediante las posturas suministradas por el Jardín Botánico Nacional.

2. Periodo de tiempo: Se definió de 14 días, el tiempo en el que van a estar sembradas para garantizar su adaptación.

3. Riego: Se realizó, según las recomendaciones de los especialistas del jardín botánico, un riego sistemático durante la primera semana de su resiembra.

Ejecución de los canteros experimentales. Luego de completar el proceso de diseño de los canteros experimentales, se comenzó su ejecución. Primeramente fue realizada la apertura de orificios en un extremo del fondo, con la intención de permitir el drenaje del agua de las precipitaciones la cual a su vez será recolectada en frascos plásticos. El proceso en sí, dio inicio por la colocación de la capa drenante. Con la ayuda del Tamiz No. 200 fue lavada la zeolita necesaria para las capas, eliminándose áridos de gran tamaño que estaban mezclados con dicho material.

Figura.16. Diferencias entre la zeolita antes y después del lavado.

Figura. 17. Colocación de la capa drenante (Zeolita).



Durante la conformación de las capas, el sustrato A fue colocado posterior a la capa drenante en las 15 unidades correspondientes. Consecutivamente se realizó el mismo proceso para el sustrato B.

Figura.18. Colocación del sustrato A

Figura.19. Colocación del sustrato B Para la siembra de los seis tipos de vegetación se siguieron las indicaciones de los especialistas del jardín botánico, siendo la misma por esquejes o posturas, según el caso. Figura 20. Proceso de siembra vegetación A. Como parte del montaje se utilizaron probetas que se encontraban en desuso en el patio del CECAT, con el objetivo de elevar los canteros experimentales lo suficiente como para recolectar el agua drenada por su parte inferior y así cumplir con las condiciones para realizaren una etapa posterior el ensayo de retención hídrica.

Figura 21. Canteros experimentales ubicados para ensayos.

En un corto periodo de tiempo se culminó la ejecución de los canteros experimentales, posterior a lo cual, se espera por el establecimiento de la vegetación con el sustrato para emprender las mediciones mediante los ensayos en cada uno de estos.



Figura 22. Canteros experimentales implantados aleatoriamente.

Figura 23. Vista general de la cubierta con canteros experimentales.

Conclusiones: La concepción de canteros experimentales para la investigación permitió la segmentación para cada una de las especies de vegetación eliminado la interferencia entre ellas, según sus sustratos correspondientes, garantizando resultados independientes para cada combinación y sus respectivas réplicas, incluyendo además canteros sin vegetación para comparar su influencia. Se definió para los tipos de vegetaciones A, B, C, como sustrato a utilizar, una mezcla de sustrato de 50% de suelo natural y un 50% de abono. En cambio para las plantas D, E y F el sustrato será drenante, con una dosificación de 70% de granito y un 30% de tierra vegetal. El tipo de diseño resultó ser unifactorial completamente al azar, para un total de 30 unidades experimentales, con diferentes tratamientos asignados aleatoriamente al factor interacción sustrato-vegetación. Esto permitió que se incluyeran para cada experimento tres réplicas con vegetación y dos sin vegetación. Referencias Bibliográficas:

1. Morales Oa. Diseño teórico del prototipo experimental de cubiertas naturadas extensivas en áreas del CECAT. Habana, Cuba: CUJAE; 2015. 2. Ilse García Villalobos JDMR, Isabel R. López de Juambelz. Beneficios de los sistemas de naturación en las edificaciones. 2010:5 pág. 3. Calderín TS. Tesis de maestría“La cubierta ecológica en Cuba”. 2003. 4. Wikipedia. Zebrina Péndula. 2013.



5. AlinneAndrei JM, Maria de los Angeles. El Roheo o Maguey Morado conociendo su biodiversidad. 2008. 6. Soto MS. Catálogo de plantas para techos verdes.17 pág. 7. Revista de Flores P, Jardinería, Paisajismo y Medio ambiente. Portulaca grandiflora 2012. 8. Planchuelo A. Xerojardineria. Asesoramiento para cultivar plantas resistentes a las sequías. 9. Wikipedia. Aloe Brevifolia. 2014. 10. Montgomery. Diseño de Experimento. 1991. 11. Aggie Roberts MLR. Plantas Perennes en el Jardín. Nevada; 2013.


La asignación de recursos en la Gestión de Proyectos orientada a la metodología BIM. The allocation of resources in the Project Management oriented to the methodology BIM.

Ing. Guere Oussouboure Ingeniero Civil Departamento de Construcciones, Facultad de Ciencias Técnicas de la Universidad de Matanzas. Cuba. Teléfono (53) (45) 256782 E-mail:[email protected]

Dr. MSc. Ing. Roberto Delgado Victore Ingeniero Civil. Profesor Titular. Profesor UCI Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría. Asesor de la Dirección de Ciencia y Técnica del Ministerio de Educación Superior. MES. Cuba E-mail: [email protected]


Resumen:

La metodología de la gestión de proyectos ha obtenido un vasto y amplio desarrollo en el proceso inversionista, donde el proyecto representa la unidad básica organizativa de su sistema de dirección, orientado a la metodología Building Information Management BIM. Las tecnologías recientes asociadas a la gestión de proyectos y su mejoramiento, hacen un uso más efectivo de la metodología BIM con las herramientas más actualizadas en lo referente al AutoCad, Civil 3D y el Revit para la elaboración de la documentación de proyectos, los sistemas presupuestarios como el Presto, Siecons y el Preswin, el control de ejecución como el MS Project, el Primavera o el GesPro como SWL, la simulación con el Naviswork como medio de garantizar una buena preparación del proyecto, la navegación y la visualización, como medio de garantizar una estrategia de asignación de los recursos en el proyecto vial, capaz de identificar en un proceso de integración continua, los problemas del proyecto antes de su ejecución, con el propósito de garantizar la asignación de los recursos. El objetivo del trabajo es el desarrollo de la asignación de los recursos en la gestión de proyectos viales, su estado actual y la necesidad de seguir su desarrollo con respecto al marco referencial de la metodología BIM, con las herramientas más actualizadas En el desarrollo del tema se muestra la gestión de proyectos, la Dirección Integrada de Proyectos (DIP) y se introduce el uso del BIM en la asignación de los recursos. Palabras clave: Asignación de recursos, Dirección, Gestión de proyectos, Proyecto vial.

Ing. Guere Oussouboure, Dr. MSc. Ing. Roberto Delgado Victore. La asignación de recursos en la Gestión de Proyectos orientada a la metodología BIM.


Abstract:

The project management methodology, has gained a wide and extensive development in the investment process, where the project represents the basic organizational unit of its managing system, which is oriented to the Building Information Management (BIM) methodology.

Recent technologies associated with project management and their improvement, make a more effective use of BIM methodology with the latest tools like AutoCad, Revit for the elaboration of project documentation, budget management systems like Presto and Preswin, execution control systems such as MS project, Primavera or GesPro and simulation with Naviswork system as a way of ensuring good project preparation besides navigation and visualization as a means to ensure a strategy for resource allocation in the road project, capable to identify in a process of continuous integration, project problems before their execution in order to ensure the allocation of resources.

The aim of this work is the development of resource allocation in road projects management, its current status and the need to follow its development regarding the reference framework of the BIM methodology with the latest tools.

During development of the theme, are shown project management and Integrated Project Management (DIP), besides, it is introduced the use of BIM in the resource allocation.

Keywords: Resource allocation, Management, Project management, Road project

Introducción:

La DIP desarrollada con la metodología del PMBOK, el Decreto 327 y el de las normas ISO, admite la aplicación de la gestión de proyectos con las limitaciones y las dificultades actuales, relacionadas con la gestión del costo, el plazo, la calidad y los recursos humanos. El desarrollo actual de la Ciencia y la Técnica asociada a las metodologías, la Ciencia del Proyecto y el desarrollo de las TICs permiten la aplicación de nuevos conocimientos acordes con el desarrollo actual y las obligaciones del desarrollo del país y el proceso inversionista.

La metodología BIM (Building Information Modelling) integra un grupo de sistemas como el REVIT, ARCHICAD, ALLPLAN, AECOSIM, SOLIBRI MODEL CHECKER, PRESTO, NAVISWORKS, CYPE y el CONTROLBIM, donde cada módulo tiene un papel determinado desde el diseño, la asignación de los recursos, el cálculo del costo, el plazo, la formulación y el control desde el diseño hasta el Facility Management durante el periodo de vida de la inversión.

El alcance de este trabajo es el desarrollo de la gestión de proyectos viales, su estado actual y la necesidad del empleo de nuevos conocimientos, como resultado de la aplicación de la DIP mediante asesorías y entrevistas en varias empresas cubanas y extranjeras, donde el dominio de la formulación, el desarrollo de la metodología DIP y las condiciones ambientales influyen en los resultados de los proyectos.

En la actualidad, la influencia del BIM en el trabajo del Project Manager es cada vez alta. Desde las fases iniciales hasta la finalización del proyecto, los procesos y la metodología de trabajo propia del BIM permite al Project Manager ejercer de modo más eficaz en el trabajo de coordinación y control, sobre cada uno de los sujetos implicados y las partes interesadas, orientándoles hacia el desarrollo de sus funciones de forma más interdependiente a partir de un sistema de información único y efectivo. El BIM ofrece un proceso de mejora para la DIP, ofreciendo un valor agregado al cliente en el ciclo de vida de la inversión, al aumentar la eficiencia operacional interna en favor del cliente, validando durante su ciclo de vida los compromisos del ejecutor con el cliente a través del cumplimiento de los contratos y el protocolo firmado.



El uso de procesos BIM en la coordinación, revisión de proyectos, en mediciones, presupuestos, planificación y control de ejecución, se ha convertido, en un valor trascendente agregado a todos los servicios asociados con la Gestión de Proyectos que ejecutan las empresas de alto desempeño. En la actualidad los procesos de licitaciones de proyectos de alto presupuesto son desarrollados por las empresas que hacen uso del BIM. El objetivo principal de la tecnología BIM, está en la formación del recurso humano, su metodología y las herramientas informáticas según su estructura y el grado de integración en la misma. En el marco de la estrategia del BIM se consideran:

Desarrollar la metodología BIM y las herramientas informáticas que la integran Conocer los principios básicos y de uso de las principales herramientas de modelado

BIM Conocer los principales modelos de datos BIM y su interoperabilidad Conocer los principales estándares, normas y protocolos de actuación en el entorno

BIM Definir procesos de trabajo que permitan incrementar la eficacia de los sujetos,

participantes y partes interesadas en el proyecto. Establecer flujos de información que aseguren la trazabilidad en la toma de decisiones Dotar de conocimientos, habilidades y herramientas para incrementar la capacidad de

control sobre el desarrollo del proyecto (coordinación y revisión de modelos ...) Dominar el uso de herramientas que permiten la integración de funciones esenciales

del Project Management con el resto de procesos BIM. Conocer la funcionalidad de herramientas que permiten el trabajo colaborativo entre los

operadores BIM implicados en el proyecto.

BIM es la nueva herramienta de control del Project Manager. BIM brinda facilidad a la simulación, la colaboración, la optimización y la comunicación durante todo el proceso de proyecto, construcción y explotación y habilita reducir considerablemente el riesgo de la inversión asesorando al cliente durante el ciclo de vida de la inversión, desde sus ideas conceptuales hasta la vida útil de la inversión. Entre los objetivos de la aplicación del BIM están: 1. Transmitir los principios de la metodología BIM, saber aplicarla y poder transmitirla a los especialistas comprometidos con el desarrollo de la gestión de proyectos. 2. Dotar al especialista del potencial para emplear con criterio y coherencia un amplio abanico de instrumentos específicos para el modelado y análisis de modelos BIM. 3. Crear profesionales - BIM Managers - que sean capaces de implementar y gestionar procesos de innovación con entornos y herramientas de última generación. 4. Fomentar una actitud proactiva y crítica hacia el BIM que les permita adaptarse a la evolución y cambios del sector. Construcción industrializada, Lean Construction, IPD (Integrated Project Delivery). 5. Mejorar la competitividad de los profesionales del sector 6. Promover la creación de nuevos modelos de negocio, fomentando el carácter emprendedor de los futuros profesionales del BIM. El BIM permite trabajar de una manera sostenible y eficiente, en un ambiente de trabajo que fortaleza la integración y disminuye considerablemente los costos de todo el proceso de ejecución del proyecto. Es la metodología que permite optimizar la inversión, desarrollar la simulación, la navegación y prevención del proyecto anticipando los posibles problemas, evitar errores y reducir plazos de entrega del proyecto.

La gestión de cambios a plazo real en el proyecto, permite la reducción de plazos y costos con una mayor calidad. Más allá de la planificación en 3D, el BIM permite vincular los datos de cada elemento del proyecto, de forma que cualquier cambio insignificante se realice de forma integral y colaborativa entre todos los participantes e interesados que intervienen. Ello permite



no sólo reducción de los costos, sino también el cumplimiento con los plazos de entrega que impone el cliente.

Además de la mejora de las perspectivas económicas, es una innovación tecnológica y de valores, que conlleva una racionalización integral en la gestión de proyectos.

Las dimensiones de la metodología BIM y su nivel de integración El BIM es una metodología que permite diseñar en 3D la documentación del contenido de los proyectos mediante modelos que reflejan los contenidos en cada una de sus fases; con volúmenes, planos, recursos, cantidades, tablas, costos, tiempo y calidad en un proceso integrado de las especialidades a través de un sistema de información y comunicación con los sujetos, participantes y partes interesadas, con facilidades para la simulación de los procesos, identificación de conflictos, evaluar soluciones y proceder a la toma de decisiones en un proceso integrado, con resultados donde se reduce el plazo de tiempo, en el marco del presupuesto y con la calidad requerida por el cliente y las partes interesadas. El BIM permite construir de forma sostenible y eficiente, un medio de labor integrado que facilita evaluar el posible problema con la anterioridad suficiente como para evaluar posibles soluciones antes del proceso de ejecución, con reducciones de costos y tiempos, con mayor calidad. Los niveles de integración según las dimensiones y sus contenidos son los siguientes:

BIM 3D Es un modelo orientado a objetos (Columnas, Vigas, Muros, etc.), que representará toda la información geométrica del proyecto de forma integrada.

BIM 4D, +3D. Al modelo se le añade la dimensión del tiempo y facilita controlar la

dinámica del proyecto, realizar simulaciones de sus diferentes fases, diseñar el plan de ejecución para detectar posibles dificultades que pueden ser resueltas con posible reducción de costo y plazo.

BIM 5D, +4D. Abarca el control de los, costos integrados al sistema en el proceso de simulación de la ejecución.

BIM 6D, +5D. La sexta dimensión de BIM está relacionada con un factor que tiene cada vez más importancia, la sostenibilidad del proyecto en todas las fases del mismo, con un análisis integral desde los compromisos establecidos en la iniciación hasta su desactivación. Permite la toma de decisiones por partes del proyecto antes de su ejecución. Sistema de información único.

BIM 7D, o Facility management, es la dimensión empleada para las operaciones de mantenimiento de las instalaciones durante la vida útil de la inversión en un modelo as-built del mismo.

El nivel de integración del BIM y sus dimensiones en la empresa, dependen de la madurez de la organización, el equipamiento y la capacitación de sus especialistas. La Inteligencia empresarial permite realizar un estudio de la organización y en función de su madurez, la capacitación y el nivel de desarrolle del BIM según sus dimensiones, realizar un proyecto de cambio en función de las posibilidades objetivas de la empresa.

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Especificaciones de los formatos de archivos electrónicos que se utilizan para el intercambio de datos digitales entre diferentes aplicaciones de software BIM, facilitando de este modo la interoperabilidad.

- Information Manager En el Protocolo BIM se refiere y se prevé el nombramiento de un "Administrador de información" por parte del empleador. Esto es, en esencia, un gestor de la información, que se encarga de esta función utilizando procedimientos y métodos de BIM.

‐ Life-Cycle Assessment (LCA) Análisis del ciclo de vida, es un material de diseño que investiga y evalúa el impacto ambiental del proyecto durante todas las etapas de su existencia, en términos de materiales y energía. Se cuantifica el uso de recursos como energía, materiales, agua y emisiones ambientales como las salidas al aire, agua y suelo en éste análisis. BIM facilita simular en tiempo real el proceso constructivo del proyecto y su visión con el objetivo de mostrar fracasos de diseño, descubrir procedencias de graves problemas y producir oportunidades de posibles mejoras a tiempo evitando problemas que provocan aumento de costo y plazo. El modelo permite obtener planos y sub-modelos detallados que pueden ser transferidos a un software complementario para la elaboración y adecuar partes y piezas especiales. Pueden ser parametrizados de nuevo en función de las necesidades y cambios propuestos en el proyecto para ser insertados nuevamente con los ajustes realizados.

De la misma manera, la visualización de modelos y sub-modelos conduce tener una comunicación efectiva con los diferentes interesados del proyecto de modo que tanto el personal calificado como no calificado pueden resolver dudas sobre el objetivo o forma del proyecto.

La Simulación en el modelo BIM

La elaboración del modelo con la intención de librar la información indispensable para encontrar los problemas de los proyectos de la construcción, con la anticipación necesaria para examinar sus posibles soluciones y escoger la más ventajosa, es una de las facultades más importantes que ofrece el BIM, usando los conceptos de la simulación, para lo cual es importante disponer de la documentación del proyecto en 3D, la estructura de desagregación por tareas, la asignación de los recursos por renglones variantes aplicando el Presto, Preswin o Siecons, los costos y las duraciones para definir el presupuesto. La Estructura de Desagregación del Proyecto, con las duraciones y costos permite establecer la secuencia de ejecución y su programación en el MS Project.

La integración del modelo con su documentación en 3D, los costos y duraciones con sus dependencias en la programación, permiten elaborar la simulación del proceso variando los cortes en la programación del Project y valorando su progreso en el modelo en 3D, examinando la continuidad en el proceso y las soluciones dadas, encontrando un posible salto o espacio vacío, que requiere de análisis y soluciones. El intervalo de tiempo puede ser global o intervalos pequeños para estudiar detalles según las escalas de trabajo y las precisiones de la documentación en 3D.

Tanto antes de la ejecución como su evaluación en un momento dado de conflictos, el proceso de simulación, es un procedimiento muy útil por el ahorro en costo y tiempo que genera en el proyecto, garantizando la calidad del producto final.

El análisis de las intercepciones hidráulicas y sanitarias con las cimentaciones, estructuras, conductos climáticos, las comunicaciones, sótanos, cisternas, escaleras y otras múltiples intercepciones que se presentan en los proyectos, pueden ser simuladas con el propósito de estudiar las posibles soluciones antes de que se presenten. Los cambios que se producen en



estos procesos se recogen en el As Built en la etapa de cierre del proyecto y se considera como documentación imprescindible para el mantenimiento.

En la programación se define la línea de tiempo en la fecha de corte, con la línea de progreso en el Project, las tareas en el intervalo según la EDT, establecen la relación con el modelo 3D para su representación y el tiempo en la curva de costo acumulado vs tiempo o curva de la S muestra el avance del costo según el desarrollo de la simulación en un proceso de integración continua en un determinado intervalo con el objetivo de visualizar los posibles conflictos y evaluar sus posibles soluciones.

El estudio integrado simulado ofrece nuevas prestaciones en la metodología BIM, que con la valoración integrada del modelo durante el ciclo de vida de la inversión, permite declarar que el sistema de información integrado del modelo ofrece mejores resultados, garantizando de mejor forma la terminación de los proyectos en el tiempo previsto, en el marco del presupuesto y con la calidad requerida por el cliente y las partes interesadas.

Figura No.1 El proceso de simulación vial

La figura No. 1 presenta un ejemplo de integración del diagrama espacio tiempo del vial con dos cortes sucesivos, las curvas de costo acumulado en función del tiempo o curva de la S con el financiamiento supeditado a los entregables según la programación definida en el Project. El proceso de análisis integrado a partir del modelo en 3D, con la documentación de proyecto detallada según sus requisitos técnicos permite el desarrollo de una preparación del proyecto con alta calidad. La documentación del proyecto, permite definir una estructura desagregada de las tareas EDT con los renglones variantes necesarios para llevar a cabo una Unidad básica productiva presupuestada por el Presto, y en un futuro por el Preswin o Siecons, donde se desarrolla la asignación de recursos, haciendo uso de las líneas de tendencias de las cadenas especializadas en el espacio tiempo para su exportación al MS Project 2016. Si se cuenta con el modelo, las curvas del presupuesto y financiamiento, con el cronograma, es posible definir una secuencia de cortes en la programación, identificar las tareas en el corte según la EDT, identificarlas en el modelo y en las curvas para estudiar en la secuencia de varios cortes, los posibles problemas de saltos, espacios vacíos, interferencias entre las cadenas especializadas, falta de información de los criterios de medidas para evaluar la calidad, los contratos, las competencias de los recursos humanos en un proceso de integración continua tanto interna como externa, en un proceso de preparación que garantice una mejor calidad en el siguiente proceso de ejecución del proyecto vial. La elaboración de la planificación, documentación del proyecto, presupuesto, programación, la gestión y presentación de proyectos, aplicando la simulación de proyectos 4D, es sin duda un



buen material, porque permite generar secuencias de construcción animadas en 3D con Diagramas de Gantt (4D), crear modelos 3D que permitan su inspección visual con total libertad de movimientos, recorridos virtuales y además, diseñar presentaciones que recreará el desarrollo del proyecto en el tiempo, su integración con el entorno, su funcionamiento en la fase de utilización con todo lo que se necesita para satisfacer los requerimientos del cliente durante su ciclo de vida. La visión, simulación y navegación son procedimientos que permiten al equipo de proyecto, evaluar el comportamiento en el tiempo de algunos procesos con la anticipación necesaria para evaluar sus posibles equivocaciones y ofrecer soluciones proactivas con máximos resultados. Beneficios de la implementación de la metodología BIM Del estudio llevado, los beneficios de la implementación de la metodología BIM se pueden destacar: La metodología permite la integración del proyecto en la labor del ciclo de vida de la inversión, representando y protegiendo los intereses del cliente. Facilita el control del monitoreo y seguimiento del proyecto con respecto a los costos y el tiempo del proyecto, en el momento que sea necesario por el equipo de proyecto. En la formulación o la fase de ingeniería de detalle permite minimizar los errores de proyecto produciendo mayor sabiduría y visualización del futuro del proyecto a través de su integración. En otro ángulo, se alcancen mayores beneficios en la gestión de decisiones ya que hace posible efectuar estudios a través de la simulación como, por ejemplo: Que pasa sí ?, que material es mejor?, riesgos? financiamiento? lo que permite gestionar de forma más eficiente las distintas funciones que entran en juego sobre el proyecto. En el evento que el proyecto tenga algún inconveniente o sufra un control de cambios en la línea base por causas ajenas al proyecto, facilita la cuantificación de la implementación de las estrategias dando resultado una mejor toma de decisiones, asimismo al tener control en el proceso de comunicación y cambios, permite mantener la integridad de la línea base. El desarrollo de un sistema integrado de información único garantiza la gestión de proyectos. Limitaciones y Consideraciones La limitación más importante está asociada a la capacitación del personal que ejecuta las acciones en el proyecto. La experiencia de la organización en el dominio de la DIP es otro aspecto primordial a tener presente. Las herramientas informáticas constituyen otro estudio importante en función del objetivo de los proyectos que ejecutan. Esto no deja de ser una decisión importante al momento de optar por un cambio, ya que hay ciertos elementos que se deben considerar cuando de usar la plataforma BIM se trata. Los profesionales que interactúan durante la ejecución del proyecto deben estar alineado en la dirección de proyectos, además, tener la disciplina del reporte de la información para mantener monitoreado el proyecto. La metodología BIM se debe complementar con otras guías como lo son (Guía del PMBOK®), paquetes software por ejemplo el office. Las principales ventajas de BIM son:

Mejor Coordinación: Cuando hay varios arquitectos trabajando sobre un mismo proyecto, la coordinación no están difícil como con los dibujos en 2D. El software de BIM puede destacar interferencias en rojo, inmediatamente.

Aumento productividad, menos horas-hombre: Esto se traduce a menores costos o en mejores honorarios… me inclino por la segunda claramente.

Diseño y mejor calidad de detalle: Con este sistema se puede dedicar más tiempo al diseño ya que se reduce el tiempo en que hay que pasar los bosquejos iniciales a CAD. Además, este sistema exige pensar y diseñar todos los detalles, ya que de no hacerlo, el modelo queda inconcluso.



Control de la información del proyecto: La base de datos de BIM, cuando se utiliza de una forma óptima se convierte en la fuente central para toda la información del proyecto, dando costos, cubicaciones, etc.

Abrir nuevos mercados para los arquitectos: La base de datos que en definitiva es el modelo da lugar a nuevos servicios que los arquitectos pueden aprovechar, como por ejemplo estimar costos de forma más detallada, programar el management de la obra, o generar imágenes a partir de los modelos.

Educativo para los arquitectos jóvenes: Estos programas al exigir mayor cantidad de detalle, obligan a los arquitectos jóvenes que trabajan en grandes proyectos a tomar decisiones de proyecto, o sea, fuerza a arquitectos jóvenes encontrar respuestas inmediatamente.

Facilita la relación con el cliente: poder mostrarle al cliente cómo va avanzando el diseño de la obra en 3D sin duda es un plus muy valorado.

El trabajo en BIM, permite detectar oportunamente incompatibilidades entre las cadenas especializadas del proyecto vial durante el proceso de diseño, obtener información en etapas tempranas y finales del proyecto, coordinación efectiva entre especialistas, y como complemento a sus herramientas de visualización 3D, permite la creación de recorridos y maquetas virtuales, animaciones y vistas en 3D.

Con el uso de las herramientas BIM se logra incrementar la calidad de los proyectos viales, haciendo un uso efectivo de los materiales, como parte del aporte y compromiso con el cuidado del medio ambiente.

Claramente estos son procesos que duran varios años, y sin duda el CAD será una herramienta útil para diseñar elementos que en BIM aún son muy complejos, pero cada vez tendrá menos sentido dedicar horas y horas a un detallado corte asignándole espesores y medidas, cuando en un modelo BIM basta con indicar por dónde hay que pasar el o los cortes en el modelo que ya está listo.

Conclusiones: La gestión de proyectos viales en la actualidad, satisface una función importante en el desarrollo de los programas de desarrollo del país, con las limitaciones propias del contexto en que se ejecutan en cuanto a las disponibilidades de financiamientos y los posibles suministros de los recursos según las estrategias desarrolladas, con el nivel de integración que permiten las estructuras funcionales y las organizaciones. El desarrollo del nuevo conocimiento que brinda la metodología BIM y el apoyo de las herramientas informáticas, sobre la base del dominio de la Dirección Integrada de Proyecto, es



un nuevo reto que tienen las organizaciones integradas con las universidades en el desarrollo de las investigaciones y proyectos de desarrollo que permiten adecuar estos nuevos conocimientos a las condiciones ambientales, en cuando a la capacitación, la madurez y necesidad de alcanzar mejores resultados asociados a la reducción del plazo, en el marco del presupuesto y con la calidad requerida por el cliente y las partes interesadas en un proceso en el que la preparación del proyecto antes de su ejecución garantiza de mejor forma estos resultados. Bibliografía:

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Influencia de la utilización del RCD como árido en mezclas asfálticas en caliente. Influence of the use of RCD as an aggregate in hot asphalt mixtures.

Ing. Debora Acosta Alvarez Ingeniera civil

Universidad Tecnológica de La Habana “José Antonio Echeverría”-CUJAE, Departamento de Ingeniería Civil, Centro de Estudios de Construcción y Arquitectura Tropical. CECAT. Cuba.

E-mail: [email protected]

Ing. MSc. Reynier Moll Martínez Ingeniero civil Universidad Tecnológica de La Habana “José Antonio Echeverría”-CUJAE, Departamento de Ingeniería Civil, Centro de Estudios de Construcción y Arquitectura Tropical. CECAT. Cuba.

E-mail: [email protected] Ing. Grace González Guerra IIIA ¨Instituto de Investigación de la Industria Alimentaria¨, La

Habana, Cuba. E-mail: [email protected]


Resumen:

El uso de los Residuos de Construcción y Demolición (RCD) en la construcción de pavimentos puede ser una solución viable para preservar el consumo de recursos naturales, cubrir las necesidades de materia prima y minimizar el impacto de los vertederos. Con este fin se investiga la influencia de la utilización de los áridos reciclados de tipo hormigón en mezclas asfálticas en caliente.

Se realiza el estudio sobre la fracción tanto gruesa como fina de agregados reciclados obtenidos a partir de la trituración de probetas de hormigón procedentes de la Empresa Nacional de Investigaciones para la Construcción (ENIA) en La Habana, en aras de definir si estas mezclas cumplen con las especificaciones de la Norma Cubana NC 253:2005[1]. Luego de caracterizar estos agregados, se diseñaron cinco mezclas asfálticas en caliente SD-19, de las cuales en cuatro se sustituye el 30% y 60% por áridos reciclados tanto en la fracción fina como en la gruesa respetivamente y la quinta es una mezcla convencional. Se ensayan sus propiedades mecánicas para obtener un rango óptimo de asfalto y finalmente se comprueban los resultados de la mezcla convencional con las mezclas fabricadas con RCD

Palabras clave: RCD, Residuos de demolición y construcción, Mezclas asfálticas en caliente

Ing. Debora Acosta Alvarez, Ing. MSc. Reynier Moll Martínez, Ing. Grace González Guerra. Influencia de la utilización del RCD como árido en mezclas asfálticas en caliente.


Abstract:

The use of waste from construction and demolition RCD in the construction of floors can be a viable solution to preserve the consumption of natural resources, raw material needs and minimize the impact of landfills. To this end the influence of the use of recycled aggregates of asphalt mixtures in hot type is investigated.

For the study on the fine fraction of recycled aggregates obtained from the grinding of concrete specimens from the National Research Company for the Construction (ENIA) in Havana, in order to define whether these blends comply with the specifications of the Standard Cuban NC 253:2005[1]. After characterizing these aggregates, five asphalt mixes in SD-19, from which hot designed in four 30% and 60% is replaced by recycled aggregates both in the fine fraction and the coarse and the fifth is a conventional mixture. Their mechanical properties are tested to obtain an optimum range of asphalt and finally checked the results of conventional mix with mixes made whit RCD.

Keywords: RCD, Construction´s waste and demolition, Hot asphalt mixtures

Introducción: Residuos de construcción y demolición

En la actualidad debido a la constante evolución en la construcción, se producen toneladas de residuos sólidos como consecuencia de demoliciones, remodelaciones y nuevas construcciones que generan residuos sin una adecuada disposición final, los cuales provocan una alta contaminación ambiental, además del uso indiscriminado de los recursos naturales no renovables. Con el propósito de preservar el medio ambiente, conservar los recursos naturales, reducir los costos y aprovechar racionalmente la energía, varios países son gestores del reciclado y reutilización de los Residuos de Construcción y Demolición (RCD).

La construcción de carreteras es una de las actividades más realizadas en la construcción, la cual tiene un consumo importante de recursos naturales; específicamente en la fabricación de mezclas asfálticas se emplea grandes cantidades de áridos. Estos áridos mayormente proceden de la explotación de canteras provocando graves efectos medioambientales, así como importantes gastos económicos y energéticos.

Como consecuencia de este hecho, se crean nuevas técnicas en las que los residuos de la construcción son utilizados como sustitutivos de los agregados naturales. Con esta operación existen grandes ventajas para el empleo del RCD como reemplazo parcial o total del agregado natural ya que las carretas además de convertirse en un área potencial para la reutilización de residuos también favorecen la reducción de los impactos medioambientales asociados a la explotación de canteras y transporte de áridos.

En países como Bélgica, Dinamarca y Holanda el apoyo al reciclaje es reconocido por su amplio alcance, con más de 75% en los RCD. Otros países, como Reino Unido o Austria, siguen la tendencia del reciclaje de los RCD con un porcentaje aproximado del 40%[2].

De igual forma en España no con un alto porcentaje de reciclaje pero si muy útil e importante, se tiene el 15% de reciclaje de los escombros y residuos generados por las construcciones y demoliciones. Un porcentaje considerable de este 15% es comercializado para su reutilización en construcción de vías como bases o sub-bases y el resto utilizado para rellenos o restauración de espacios degradados[2].

Brasil fue el primer país en América Latina donde fue instalada una planta cuyas operaciones se enfocan en el reciclaje de estos residuos, implementando soluciones a los problemas generados, según la Resolución emitida por el Congreso nacional del Medio Ambiente -



CONAMA en el año 2002. En este país, aproximadamente el 60% del total de los residuos producidos son provenientes de procesos de construcción y demolición.[2] Otros países de América Latina como Argentina y Colombia han incursionado en el tema de reciclar RCD y darle un mejor aprovechamiento.

En Cuba, en cambio, no se da la misma situación ya que se carece de normas o recomendaciones para el empleo de materiales reciclados provenientes de desechos de la construcción.

Desarrollo:

Se confeccionaran cinco diseños de mezclas utilizando el método de Marshall, una mezcla patrón con el agregado natural y cuatro mezclas asfálticas en las que se sustituirá el 30% y el 60% de agregado natural por RCD en la fracción fina y en la gruesa respectivamente. Se realizará la caracterización del ligante asfáltico (refinería Ñico López), de los agregados naturales (cantera Alacranes) y de los RCD de la Empresa Nacional de Investigaciones aplicadas de la Habana (ENIA).

Materiales a utilizar.

Para el desarrollo de cada uno de los diseños de mezclas se emplearán tres fracciones para combinaciones del agregado natural procedentes de la cantera “Alacranes” y una fracción de RCD proveniente de la trituración de probetas de hormigón hidráulico proveniente de la empresa ENIA, se analizará el ligante asfáltico 50-70 de la refinería Ñico López.

Caracterización del ligante asfáltico

Para establecer la caracterización del ligante asfáltico se realizaron los ensayos siguientes:

Punto de ablandamiento: NC 516: 2007.[3] Viscosidad: ASTM D4402 [4] Ductilidad: NC 515: 2007 [5] Punto de inflamación y combustión: NC 438: 2006 [6] Índice de Penetración: NC 401: 2005 [7] Pérdida de peso por calentamiento: NC 54-118: 1987 [8] Peso específico: NC 437: 2006 [9]

En la tabla 1 se muestran los resultados de los ensayos.

Tabla 1. Características del ligante asfáltico

Ensayos realizados Resultados Normas de Referencia

Índices de calidad Observaciones

Penetración (100 g, 25ºC, 5seg) (1/10 mm) 65,5 NC 401:2005 50 – 70 Cumple Punto de Ablandamiento Anillo y Bola (ºC) 51,0 NC 516:2007 51 - 58 Cumple Punto de inflamación (ºC) Copa Cleveland 290,0 ASTMD

92:2007 230 Mín. Cumple Peso Específico (g / cm³) 1,025 NC 437:2005 > 1,00 Cumple Ductilidad (cm) 111 NC 515:2007 > 100 Cumple Pérdida por Calentamiento película delgada. (%) 0,50 NC 54118:1978 ≤ 0,50 Cumple



Caracterización del agregado mineral Para la realización de la combinación de los agregados de la mezcla asfáltica se emplearon tres fracciones de la cantera “Alacranes”. Para establecer la caracterización del agregado mineral se realizaron los ensayos siguientes (tabla 2): Análisis granulométrico: NC 178: 2002 [10] Abrasión: NC 188: 2002 [11] Peso específico y absorción de agua: NC 186: 2002 [12] Material más fino que el tamiz # 200: NC 182: 2002 y NC 200: 2002 [13] Peso volumétrico: NC 181: 2002 [14] Por ciento de vacío: NC 177: 2002 [15] Impurezas orgánicas: NC 185: 2002 [16] Tabla 2. Característica de los áridos

Ensayos Resultados Especificación de calidad para cada capa

19-10mm 10-5mm 5-0mm Rodadura Intermedia Peso E.C. (g/cm3) 2,597 2,577 2,734 ≥ 2,5 ≥ 2,5 Peso E. S. (g/cm3) 2,649 2,633 2,761 Peso E.A. (g/cm3) 2,738 2,728 2,81 Absorción (%) 1,981 2,156 0,982 0,8 - 2,0 0,8 - 2,5 Peso Vol.S. (Kg/m3) 1307 1360 1643 Peso Vol. C. (Kg/m3) 1457 1559 1865 % Vacío 42,8 39,5 31,8 Tamiz #200 (%) 0,56 1,22 15,08 ≤ 4 ≤ 4 Impurezas Orgánicas Placa 1 ≤ Placa 3 ≤ Placa 3

Caracterización del RCD Los Residuos de Construcción y Demolición utilizados son productos de la trituración de probetas de hormigón procedente de la Empresa Nacional de Investigaciones Aplicadas de la Habana .La molienda de las mismas se realiza en la máquina (Tritone, del año 2008) perteneciente al laboratorio de materiales Centro de Estudios de Construcción y Arquitectura Tropical CECAT. (Ver figura 1)

Figura 1 Máquina Tritone

Para caracterizar el RCD se llevaron a cabo los ensayos de granulometría, peso específico, peso volumétrico, porciento de vacío, y tamiz 200. Los resultados se muestran en las tablas 3 y 4; figura 2 y 3.

Figura 2. Granulometría RCD

0102030405060708090

100

% q

ue P

asa

Abertura en mm

Granulometría de las tres fracciones del árido

% Pasado RCD

Esp Máx.

Series4



Tabla 3. Caracterización de la fracción gruesa del RCD

Ensayos Resultados RCD Especificación de calidad para cada capa Rodadura Intermedia

Peso E.C. (g/cm3) 2,124 ≥ 2,5 ≥ 2,5 Peso E. S. (g/cm3) 2,319 Peso E.A. (g/cm3) 2,639 Absorción (%) 9,182 0,8 - 2,0 0,8 - 2,5 Peso Vol.S. (Kg/m3) 1266 Peso Vol. C. (Kg/m3) 1360 % Vacío 35,97 Tamiz #200 (%) 0,00 ≤ 4 ≤ 4 Impurezas Orgánicas Placa 1 ≤ Placa 3 ≤ Placa 3

Figura 3. Granulometría RCD

Tabla 4. Caracterización de la fracción fina del RCD

Ensayos Resultados RCD

Especificación de Calidad para capa Rodadura Intermedia

Absorción (%) 0,8 - 2,0 0,8 - 2,5 Peso Vol. S. (Kg/m3) 1361 Peso Vol. C. (Kg/m3) 1487 Tamiz #200 (%) 8,02 ≤ 4 ≤ 4 Impurezas Orgánicas Placa 1 ≤ Placa 3 ≤ Placa 3 Equivalente de Arena (%) 91 ≥ 55 % ≥ 50%

Según los resultados obtenidos el árido RCD en la fracción fina no cumple con las especificaciones ya que presenta un elevado por ciento de material que pasa por el Tamiz 200, esto es debido a que el árido RCD proviene de probetas de hormigón las cuales al ser trituradas aportan bastante filler, además el peso específico corriente está por debajo de la norma. A pesar de los resultados que se muestran, se decide utilizar el RCD para observar la influencia que tiene sobre las mezclas asfálticas en caliente.

Diseños de mezclas

Se realizaron cinco diseños de mezclas para las cuales se obtuvieron tres combinaciones de los áridos.

• Mezcla Patrón: Se realizará la combinación de tres fracciones de áridos con un 33% de gravilla, un 22% de granito y un 45% de polvo.

0102030405060708090

100

% q

ue P

asa

Abertura en mm

Granulometría de las tres fracciones del árido

% Pasado RCDEsp Máx.Series4



• Mezcla con 30% RCD (fracción gruesa): Mezcla secundaria con un 30% de RCD en su fracción gruesa. Se realizó la combinación de cuatro fracciones de agregados con un 33% de gravilla, un 15% de granito, un 45% de polvo y un 7% de RCD

• Mezcla con 30% RCD (fracción fina): Se realizó la combinación de cuatro fracciones de agregados con un 33% de gravilla, un 22% de granito, un 32% de polvo y un 13% de RCD

• Mezcla con 60% RCD (fracción gruesa): Mezcla secundaria con un 60% de RCD en su fracción gruesa. Se realizó la combinación de cuatro fracciones de agregados con un 33% de gravilla, un 9% de granito, un 45% de polvo y un 13% de RCD

• Mezcla con 60% RCD( fracción fina): Se realizó la combinación de cuatro fracciones de agregados con un 33% de gravilla, un 22% de granito, un 18% de polvo y un 27% de RCD para lograr la granulometría definitiva.

VARIACIÓN DE PARAMETROS

Granulometría Gruesa

A continuación se muestran los resultados de los ensayos realizados a la mezcla asfáltica convencional (mezcla patrón) y a las mezclas asfálticas con sustitución de un 30% y 60% de RCD en su fracción gruesa (10-15mm).

Densidad (Figura 4)

Figura 4. Resultados de densidad de mezclas con distinto contenido de RCD

La densidad de la mezcla aumenta a medida que aumenta el porcentaje de asfalto; sin embargo, disminuye con la sustitución de RCD, aunque para el 60% se puede apreciar un aumento en la densidad con respecto al 30% de sustitción.

La reducción de la densidad de cada porcentaje de asfalto de las mezclas con RCD se debe a la utilización de material reciclado en sustitución del árido original, el cual presenta mayor peso específico que el árido reciclado por el que es sustituido en las mezclas.

Porcentaje de huecos en la mezcla compactada (figura 5).

Figura 5. Resultados de Huecos en mezcla de mezclas con diferentes contenidos de RCD.

Los porcentajes de huecos en las mezclas con RCD dan valores menores respecto a la mezcla patrón, excepto para la mezcla con 30% de RCD y con un contenido de asfalto del 4,5% a pesar de tener la mezcla patrón densidades superiores.

2.202.252.302.352.40

Mezcla patrón 30% RCD 60% RCD

Den

sida

d (g

/cm

³)

Tipo de mezcla

Densidad4,5%

5,0%

02468


Hue

cos e

n la

m

ezcl

a (%

)

Tipo de mezcla

Huecos en la mezcla4,5% asf5,0% asf



Para la mezcla con 30% de RCD y con un contenido de asfalto del 4,5% no existe variación significativa en el porcentaje de huecos. En este caso se obtiene un porcentaje de huecos mayor al de la mezcla patrón.

Para ninguna de las mezclas con RCD, excepto para el 30% con un 4,5% de asfalto se cumplen las especificaciones, todas quedan por debajo del mínimo establecido en la NC: 253-2005[1].

Porcentaje de hueco en los áridos compactados.( figura 6)

Figura 6.Resultados de Huecos en áridos de mezclas con diferentes contenidos de RCD.

Este parámetro de manera general disminuye respecto a la mezcla patrón. Como se puede observar para la mezcla de 4,5% de asfalto y 30% de RCD a una temperatura de compactación de 1600C se obtiene un resultado más elevado, aunque se encuentra cerca de las especificaciones de la norma. Esto puede ser resultado de una mala adherencia entre el ligante asfáltico y el RCD, debido al polvo que recubre el mismo producto de la trituración.

Todas las mezclas excepto para el 60% de RCD con 5.5% de asfalto cumplen las especificaciones establecidas por la NC: 253-2005[1].

Estabilidad.( figura 7)

Figura 7. Resultados de estabilidad de mezclas con diferentes contenidos de RCD.

La estabilidad disminuye a medida que aumenta el contenido de asfalto, cumpliendo con las especificaciones de la NC: 253/2005[1].

Para el 30% de RCD se aprecia una disminución de la estabilidad con respecto a la mezcla patrón, lo cual no sucede en la mezcla con 60% de RCD.

Deformación (figura 8)

Figura 8. Resultados de deformación de mezclas con diferentes contenidos de RCD.

En la deformacion se puede apreciar que no existe una influencia significativa al sustituir el árido natural por RCD, debido a que la misma se mantine con un comportamiento uniforme en todas las mezclas.

79

1113151719


Hue

cos e

n lo

s ár

idos

(%)

Tipo de mezcla

Huecos en los áridos4,5% asf

5,0% asf

024681012141618

Mezcla patrón 30% RCD 60% RCDEsta

bilid

ad (k

N)

Tipo de mezcla

Estabilidad4,5% asf

5,0% asf

0.5

2.0

3.5

5.0


Def

orm

ació

n(m

m)

Tipo de mezcla

Deformación4,5% asf

5,0% asf



Para el 4,5% de asfalto en la mezcla con un 30% de RCD aumenta la deformación con respecto a la mezcla patrón, lo que no ocurre para el 60% que experimenta una ligera disminución.

Las especificaciones establecidas por la NC: 253/2005 [1] para este parámetro solamente se cumplen para la mezcla patrón y la mezcla con un 60% de RCD, ambas para un contenido óptimo de ligante de 4,5%. En el caso de la mezcla con un 30% de RCD para ambos porcentajes de asfalto la deformación es mayor que el máximo definido en la norma.

Resistencia a la tracción indirecta( figura 9)

Figura 9. Resultados de la Tracción Indirecta de mezclas con diferentes contenidos de RCD.

En la tracción indirecta (TI) se puede apreciar que no existe una influencia significativa al sustituir el árido natural por RCD, debido a que la misma se mantiene con un comportamiento uniforme en todas las mezclas. Se aprecia un incremento de la resistencia a tracción indirecta al aumentar el contenido de ligante[2].

Sensibilida al agua (figura 10)

Figura 10. Sensibilidad al agua de mezclas con diferentes contenidos de RCD

En los tres diseños de mezcla el mayor valor de sensibilidad al agua se da para un contenido de asfalto de 5,0%, excepto para la sustitución del 30% de RCD. Todas las mezclas sobrepasan el 85%.

Análisis de los resultados a partir del programa StarGraphics.

Con el fin de determinar si la influencia del porcentaje de RCD y del porcentaje de asfalto son estadísticamente significativos en el comportamiento de los parámetros de las mezclas asfálticas en caliente, se ha realizado una tabla ANOVA y un diagrama de Paretto. Para ello, se seleccionó el programa StatgraphicsCenturion XVI (StatisticalGraphicsCorporation, Rockville, MD, USA). Las variables independientes son: estabilidad, deformación, tracción indirecta y tracción retenida. Los dos factores son: % de RCD (0% para la mezcla patrón y para las otras dos mezclas 30% y 60%) y % de asfalto (4.5% y 5.0%). Ambos factores son variables cuantitativas. Se ha realizado el análisis con la interacción de ambos factores.

Estabilidad

Figura 11. Diagrama de Pareto

Tabla 5. Tabla ANOVA

0.00

0.10

0.20


Trac

ción

in

dire

cta

(%)

Tipo de mezcla

Tracción Indirecta 4,5% asf5,0% asf

7580859095

100


Sens

ibili

dad

al

agua

(%)

Tipo de mezcla

Sensibilidad al agua4,5% asf



Como se puede observar en el diagrama de Pareto (figura 11) y en la tabla ANOVA (tabla 5), tanto el porcentaje de RCD como el porcentaje de asfalto tienen influencia en la estabilidad.

Deformación


Tabla 6.Tabla ANOVA

Los resultados mostrados en el diagrama de Pareto (figura 12) y en la tabla ANOVA (tabla 6) permiten afirmar que el porcentaje de RCD no tiene influencia en la deformación de las mezclas, no siendo así para el porcentaje de asfalto.

Tracción indirecta


Tabla 7.Tabla ANOVA

En el diagrama de Pareto( figura 13) y en la tabla ANOVA (tabla 7)se observa que el porcentaje de RCD no tiene influencia en la tracción indirecta, no siendo así para el porcentaje de asfalto.

Sensibilidad al agua

Figura 14.Diagrama de Pareto

Tabla 8.Tabla ANOVA

Como se puede observar en el diagrama de Pareto (figura 14) y en la tabla ANOVA (tabla 8), el porcentaje de RCD no tiene influencia en la tracción retenida, no siendo así para el porcentaje de asfalto.

Granulometría Fina

A continuación se muestran los resultados de los ensayos realizados a la mezcla asfáltica convencional (mezcla patrón) y a las mezclas asfálticas con sustitución de un 30% y 60% de RCD en su fracción fina (0-5mm).



Densidad (figura 15)

Figura 15. Densidad de mezclas con diferentes porcentajes de RCD.

En la figura 15 se observa que las densidades de las mezclas con RCD disminuyen respecto a la mezcla patrón para un mismo contenido de asfalto.

Las densidades con respecto a los tres valores de porcentaje de asfalto aumentan en la mezcla con 30% de RCD; sin embargo, en la mezcla con 60% de RCD disminuye al aumentar el contenido de asfalto comportándose similar a la mezcla patrón.

La densidad de las mezclas con RCD disminuye en cada punto de asfalto por la cantidad de árido reciclado en sustitución del árido natural, ya que este disminuye el peso específico de la mezcla.

Estabilidad (figura 16)

Figura 16. Estabilidad de mezclas con diferentes porcentajes de RCD.

En la mezcla patrón para un 4,5% de contenido de asfalto y las fabricadas con RCD los resultados de estabilidad son mayores que los especificados en la NC 253/2005[1].

En las mezclas fabricadas con RCD la estabilidad aumenta respecto a la mezcla patrón. Se puede observar un aumento de la estabilidad con la sustitución del RCD

Deformación (figura 17)

Figura 17. Deformación de las mezclas con diferentes porcentajes de RCD.

La figura 17 muestra que los tres tipos de mezcla con un 4,5% de asfalto cumplen con las especificaciones de la NC 253/2005[1].

2.152.202.252.302.352.40


Den

sida

d (g

/cm

³)

Tipo de mezcla

Densidad4.5% asf

5.0% asf

02468

1012141618


Esta

bilid

ad

(kN

)

Tipo de mezcla

Estabilidad4.5% asf5.0% asf

0.52.03.55.0


Def

orm

ació

n(m

m)

Tipo de mezcla

Deformación4.5% asf

5.0% asf



Las mezclas con RCD para el 4.5% de asfalto experimentan una reducción de la deformación respecto a la mezcla patrón; esto significa que la mezcla es más rígida con el aumento del porcentaje de RCD.

Porcentaje de huecos en los áridos (figura 18)

Figura 18. Porcentaje de huecos en los áridos con diferentes proporciones de RCD.

El porcentaje de huecos en los áridos se cumple la especificación de la NC 253: 2005 para la mezcla patrón y la que contiene 60% de RCD con 4,5% y 5,0% de asfalto, mientras que para la fabricada con 30% de RCD cumple para 5,0% de contenido de ligante.

Porcentaje de huecos en la mezcla( figura 19)

Figura 19. Porcentajes de huecos de las mezclas con diferentes proporciones de RCD.

Las especificaciones de la NC: 253/2005[1] se cumplen para los tres diseños de mezcla con un contenido de asfalto de 4,5%.

Los porcentajes de huecos en las mezclas con RCD dan valores mayores respecto a la mezcla patrón para cada contenido de asfalto, excepto para la mezcla fabricada con 30% de RCD y 5,5% de asfalto.

Resistencia a la Tracción Indirecta (figura 20)

Figura 20. Tracción Indirecta de las mezclas con diferentes porcentajes de RCD.

Con el incremento del contenido de asfalto la tracción indirecta en la mezcla con 30% de RCD aumenta, mientras que en la fabricada con 60% de RCD no varía. En la mezcla patrón para el 5,5% de asfalto el resultado no sigue el patrón de comportamiento de este parámetro, es decir, que aumente la tracción indirecta al incrementar el porcentaje de asfalto.

79

1113151719


Hue

cos e

n lo

s ár

idos

(%)

Tipo de mezcla

Huecos en los áridos4.5% asf

5.0% asf

02468


Hue

cos e

n la

m

ezcl

a (%

)

Tipo de mezcla

Huecos en la mezcla4.5% asf5.0% asf

0.0

0.1

0.2


Trac

ción

in

dire

cta(

Gpa

)

Tipo de mezcla

Tracción indirecta tras inmersión4.5% asf5.0% asf



En las mezclas con 30% y 60% de RCD para 4,5% de asfalto se confirma que la tracción indirecta no varía con el incremento del porcentaje de RCD.En la mezcla con 60% de RCD para todos los contenidos de asfalto se comporta igual la tracción indirecta.

Sensibilidad al agua( figura 21)

Figura 21. Sensibilidad al agua de las mezclas diseñadas con RCD.

En los tres diseños de mezcla el mayor valor de sensibilidad al agua se da para un contenido de asfalto de 5,0%. Además, son similares en las mezclas con 30% y 60% de RCD.

Análisis probabilístico de los resultados

Estabilidad

Figura 22. Diagrama de Pareto. Estabilidad.

Tabla 9. Tabla ANOVA. Estabilidad

Como se puede observar tanto en el diagrama de Pareto (figura 22) como en la tabla ANOVA (tabla 9), el porcentaje de RCD tiene influencia en la estabilidad, no siendo así con el porcentaje de asfalto.

Deformación

Figura 23. Diagrama de Pareto. Deformación.

Tabla 10. Tabla ANOVA. Deformación.

Como se puede observar en el diagrama de Pareto (figura 23) y en la tabla ANOVA (tabla 10), el porcentaje de asfalto tiene gran influencia en la deformación, no siendo así con el porcentaje de RCD, aunque se puede apreciar que este factor está próximo a tener influencia sobre el parámetro analizado.

7580859095

100


Sens

ibili

dad

al

agua

Tipo de mezcla

Sensibilidad al agua4.5% asf5.0% asf



Tracción indirecta

Figura 24. Diagrama de Pareto. Tracción Indirecta.

Tabla 11. Tabla ANOVA. Tracción Indirecta

Como se puede observar en el diagrama de Pareto (figura 24) y en la tabla ANOVA (tabla 11), ni el porcentaje de RCD ni el porcentaje de asfalto tiene influencia sobre la tracción indirecta.

Sensibilidad al agua

Figura 25. Diagrama de Pareto. Sensibilidad al agua.

Tabla 12. Tabla ANOVA. Sensibilidad al agua

.

Como se puede observar en el diagrama de Pareto (figura 25) y en la tabla ANOVA (tabla12, ni el porcentaje de RCD ni el porcentaje de asfalto tiene influencia sobre la sensibilidad al agua.

Conclusiones:

1. La aplicación del RCD para la fabricación de mezclas asfálticas en caliente es una alternativa que ha tenido su aplicación internacionalmente y se muestra viable para Cuba.

2. El uso de RCD en mezclas asfálticas en la fracción gruesa influye de forma positiva en propiedades como porcentaje de huecos en áridos y huecos en la mezcla.

3. La durabilidad de las mezclas con RCD en la fracción gruesa mejora con respecto a las mezclas convencionales.

4. La tracción indirecta de las mezclas no tiene una significativa variación con el empleo del RCD.

5. La sustitución de árido natural por RCD disminuye la densidad de las mezclas asfálticas en caliente

6. La incorporación de RCD en las mezclas asfálticas supone un menor deterioro del medio ambiente y un ahorro económico considerable debido a la disminución del consumo de áridos naturales y la eliminación de vertederos.

7. En los ensayos realizados al Residuo de Construcción y Demolición se demostró que la

única especificación que no se cumple es la que establece la norma cubana para el peso específico.



Referencias bibliográficas:

1. NC 253: 2005. Carreteras-Materiales Bituminosos-Hormigón Asfáltico Caliente-Especificaciones. 2005, Oficina Nacional de Normalización: La Habana, Cuba.

2. PASADÍN, A.M., Sensibilidad al agua y propiedades mecánicas de las mezclas bituminosas en caliente, fabricadas con áridos reciclados de residuos de construcción y demolición. 2013.

3. NC 516:2007.Determinación del Punto de Ablandamiento mediante el Método Anillo y Bola. .

4. ASTM D4402. Viscocidad. 5. NC 515:2007.Ductilidad de Materiales Bituminosos 6. NC 438:2006. Punto de inflamación y combustión. 7. NC 401:2005.Materiales bituminosos métodos de ensayos de penetración.. 8. NC 54-118:1978. Perdida de peso por calentamiento. 9. NC 437:2006. Peso especifico. . 10. NC 178:2002 .Análisis Granulométrico. 11. NC 188:2002.Abrasión. 12. Normalización, O.N.d., Peso específico y absorción. 13. NC 182:2002. Tamiz 200. . 14. NC 181:2002. Peso volumétrico. 15. NC 177:2002. Por ciento de vacio 16. NC 185:2002. Impurezas orgánicas.

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REVISTA DE ARQUITECTURA E INGENIERÍA No.1 Abril 2017.pdf · Resumen: Este artículo ... Se realizaron pruebas de trabajabilidad con cono de Abrams, ... Se realizó el ensayo de asentamiento