ANÁLISIS DE FLUJO DE MATERIALES EN CONSTRUCCIÓN (I): CONSUMO DE MATERIAS PRIMAS MÓDULO 2
Dra. Marta Gangolells
[email protected] Dr. Miquel Casals
[email protected] Mar Casanovas
[email protected]
Departamento de Ingeniería de la Construcción
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UNIVERSITAT POLITÈCNICA DE CATALUNYA
ANÁLISIS DE FLUJO DE MATERIALES EN CONSTRUCCIÓN (I): CONSUMO DE MATERIAS PRIMAS
CONTENIDOS CONSUMO DE MATERIAS PRIMAS EN LAS INFRAESTRUCTURAS 1. Evaluación de Impacto Ambiental 2.
Obras lineales: carreteras y ferrocarriles 2.1 La planta 2.2 El alzado o perfil longitudinal 2.3 Coordinación planta-alzado 2.4 Carreteras 2.5 Ferrocarriles 2.6 Viaductos
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BIBLIOGRAFIA Libros Diccionari d’Enginyeria Civil. Universitat Politècnica de Catalunya i Enciclopèdia Catalana, Barcelona, 2005. Fernández L, Tierra sobre el agua: visión histórica universal de los puentes. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid, 2004. Kraemer C, Pardillo JM, Rocci S, Romana MG, Sánchez V y del Val. MA. Ingeniería de Carreteras Volúmenes I y II. Mc Graw Hill, Madrid, 2009. López A. Infraestructuras ferroviarias. Edicions UPC, Barcelona, 2006. Legislación Real Decreto Legislativo 1/2008, de 11 de enero, por el que se aprueba el texto refundido de la Ley de Evaluación de Impacto Ambiental de proyectos. Páginas web www.structurae.de
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1. EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL Real Decreto Legislativo 1/2008 Deberán someterse a una evaluación de impacto ambiental los proyectos, públicos y privados, consistentes en la realización de obras, instalaciones o actividades siguientes: Grupo 6. Proyectos de infraestructuras. a. Carreteras: 1. Construcción de autopistas y autovías, vías rápidas y carreteras convencionales de nuevo trazado. 2. Actuaciones que modifiquen el trazado de autopistas, autovías, vías rápidas y carreteras convencionales preexistentes en una longitud continuada de más de 10 kilómetros. 3. Ampliación de carreteras convencionales que impliquen su transformación en autopista, autovía o carretera de doble calzada en una longitud continuada de más de 10 kilómetros. b. Construcción de líneas de ferrocarril para tráfico de largo recorrido. c. Construcción de aeropuertos con pistas de despegue y aterrizaje de una longitud de, al menos, 2.100 metros.
d. Puertos comerciales, pesqueros o deportivos. e. Espigones y pantalanes para carga y descarga conectados a tierra que admitan barcos de arqueo superior a 1.350 toneladas. f. Obras costeras destinadas a combatir la erosión y obras marítimas que puedan alterar la costa, por ejemplo, por la construcción de diques, malecones, espigones y otras obras de defensa contra el mar, excluidos el mantenimiento y la reconstrucción de tales obras, cuando estas estructuras alcancen una profundidad de, al menos, 12 metros con respecto a la bajamar máxima viva equinoccial.
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1. EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL
Grupo 7. Proyectos de ingeniería hidráulica y de gestión del agua. a. Presas y otras instalaciones destinadas a retener el agua o almacenarla permanentemente cuando el volumen nuevo o adicional de agua almacenada sea superior a 10.000.000 de metros cúbicos. b. Proyectos para la extracción de aguas subterráneas ola recarga artificial de acuíferos, si el volumen anual de agua extraída o aportada es igual o superior a 10.000.000 de metros cúbicos. c. Proyectos para el trasvase de recursos hídricos entre cuencas fluviales, excluidos los trasvases de agua potable por tubería, en cualquiera de los siguientes casos: 1. Que el trasvase tenga por objeto evitarla posible escasez de agua y el volumen de agua trasvasada sea superior a 100.000.000 de metros cúbicos al año.
2. Que el flujo medio plurianual de la cuenca de la extracción supere los 2.000.000.000 de metros cúbicos al año y el volumen de agua trasvasada supere el 5 % de dicho flujo. 3. En todos los demás casos, cuando alguna de las obras que constituye el trasvase figure entre las comprendidas en este anexo I. d. Plantas de tratamiento de aguas residuales cuya capacidad sea superior a 150.000 habitantes-equivalentes. e. Perforaciones profundas para el abastecimiento de agua cuando el volumen de agua extraída sea superior a 10.000.000 de metros cúbicos.
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2. OBRAS LINEALES Las carreteras y ferrocarriles son obras lineales. Todas las obras lineales se pueden dividir en: -
Planta
-
Alzado o perfil longitudinal
-
Sección transversal
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2. OBRAS LINEALES: la planta La planta de una carretera o ferrocarril está constituida por una sucesión de alineaciones: -
Rectas
-
Curvas circulares
-
Curvas de transición
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2. OBRAS LINEALES: el alzado o perfil longitudinal
El alzado o perfil longitudinal de una carretera o ferrocarril es una línea constituida por: -
Rectas: -
con inclinación ascendente en el sentido de circulación del vehículo rampas
- Con inclinación descendente en el sentido de circulación del vehículo pendientes -
Curvas de acuerdo parabólico
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2. OBRAS LINEALES: coordinación planta-alzado Para hacer un proyecto de una obra lineal hay que: -
Coordinar el trazado en planta y alzado
-
Adaptar el trazado al terreno
-
Adaptar el terreno al trazado
Todo ello cumpliendo con las especificaciones técnicas (limitaciones impuestas por la normativa por seguridad y confort) Ejemplos de limitaciones en planta longitud máxima de una recta máx. 60 segundos de recorrido longitud mínima de una recta mín. 10 segundos de recorrido radios máximos radios mínimos Ejemplos de limitaciones en alzado Inclinaciones máximas según velocidad de proyecto Velocidad de proyecto en rampa en pendiente 120 km/h 4% 100 km/h 4% 80 km/h 5%
5% 5% 6%
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2. OBRAS LINEALES: Movimientos de tierras No siempre la rasante de la carretera o ferrocarril coincide con la cota del terreno. En estos casos habrá que realizar movimientos de tierras. Rasante por encima de la cota del terreno zona de relleno Rasante por debajo de la cota del terreno zona de desmonte Relleno: suelo apropiado extendido y compactado por tongadas para elevar la cota del terreno natural hasta la cota de la rasante Desmonte: excavación hecha en un terreno con el fin de darle la cota deseada
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2. OBRAS LINEALES: Movimientos de tierras La situación ideal es que en la misma obra: V desmonte = V terraplén Material de desmonte bueno para relleno No hay que recurrir a préstamos ni a vertederos Y que las zonas de desmonte y terraplén estén cerca: Menor distancia de transporte menor consumo energía menor emisión CO2 menor coste No siempre se consigue:
Si faltan materiales de relleno recurrir a un préstamo Si sobran materiales de desmonte utilizarlos en otra obra llevarlo a vertedero de inertes o tierras autorizado utilizarlo en restauración de canteras, transformación agraria (en caso de ser tierras)
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2. OBRAS LINEALES: Movimientos de tierras Divisiones más detalladas: Excavación
Tierra vegetal Tierra franca Material de tránsito Roca Zonas de un relleno Cimiento
Núcleo Coronación Espaldones compactar
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2. OBRAS LINEALES: Movimientos de tierras Terraplén o desmonte, al final obtenemos una superficie que actuará como soporte de la superestructura, llamada explanada A la superficie del terreno con inclinación considerable resultante del desmonte o terraplén se le denomina talud. La pendiente del talud viene determinada por: -
La estabilidad del terreno
-
La seguridad vial
-
La vegetación: - Tierra vegetal y siembra 3H:2V - Hidrosiembra pendientes superiores - Arboles pendientes inferiores
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2. OBRAS LINEALES: Carreteras – Sección transversal El transporte por carretera, tanto de viajeros como de mercancías, es actualmente el modo predominante para el transporte interior en todos los países del mundo. En España casi 90 % de transporte interior de viajeros y 85% de mercancías se realiza por carretera. Existen más de 670.000 km de carreteras
Elementos de la sección transversal Calzada Carril Arcenes y bermas
Plataforma Medianas Cunetas
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2. OBRAS LINEALES: Carreteras – Firmes Por encima de la explanada se dispone el firme que es un conjunto de capas de distintos materiales compactados que tienen que soportar las cargas de tránsito sin deterioros que afecten a la seguridad de circulación, la comodidad de los usuarios o la integridad de la estructura. El firme de la carretera se elige según: - La categoría de tráfico pesado - La categoría de explanada Está formado como mínimo por 2 capas: - El pavimento - La base A veces se incluye otra capa: - La subbase
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2. OBRAS LINEALES: Carreteras – Firmes Los siguientes materiales pueden formar bases o subbases de firmes: -
Zahorra
-
Suelo-cemento
-
Grava-cemento
El pavimento, que es la parte superior del firme que soporta directamente las cargas del tráfico, es, principalmente, de dos tipos: -
Mezcla bituminosa
-
Hormigón
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2. OBRAS LINEALES: Carreteras – Firmes mezcla bituminosa
MEZCLA BITUMINOSA ÁRIDOS Filler o Polvo mineral Arena
BETÚN ASFÁLTICO Residuo de la destilación del crudo en las refinerías
Gravas
No confundir betún con quitrán Betún modificado con aditivos. Ej. Mezcla bituminosa con caucho Residuos, restos o demoliciones de aglomerado asfáltico se tratan de reciclar o valorizar para usos añternativos (como aprovechamiento en las obras como material de relleno)
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2. OBRAS LINEALES: Carreteras – Firmes mezcla bituminosa
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2. OBRAS LINEALES: Carreteras – Firmes Hormigón HORMIGÓN ARMADO HORMIGÓN Áridos: grava, gravilla o arena Cemento Aditivos
Agua
Pavimentos de hormigón: En masa Armado con juntas transversales Armado sin juntas transversales Prefabricado Otros
ACERO
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2. OBRAS LINEALES: Carreteras – Firmes Hormigón
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2. OBRAS LINEALES: Ferrocarriles – Sección transversal En España existen unos 15000 km de red ferroviaria. La vía es un emparrillado formado por: - Carril - Traviesas - Sujeción Que se apoya en un lecho formado por el balasto y la plataforma
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2. OBRAS LINEALES: Ferrocarriles
El carril es el encargado de soportar directamente el peso y las acciones de los vehículos ferroviarios. Los carriles son de acero. Existen diferentes tipos de carriles que se diferencian por su peso por metro lineal.
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2. OBRAS LINEALES: Ferrocarriles Las traviesas se colocan bajo el carril proporcionándole el apoyo necesario. Materiales de las traviesas: - Madera. Se utilizo desde el inicio del ferrocarril por su resistencia y abundancia - Hormigón. Con la aparición del hormigón empezaron a fabricarse traviesas de este material. Duraban de 2 a 3 veces más que las de hormigón aunque su mayor peso dificultaba su manejo
El balasto es la capa de material granular que se coloca bajo las traviesas y desempeña un papel importante en el comportamiento de la vía
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Puente del Alamillo, Sevilla, España, 1992 Puente atirantado asimétrico, tablero y pila de hormigón armado, 200 m de luz
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Pasarela de Plentzia, Vizcaya, España, 1992 Puente en arco de tablero inferior, arcos metálicos, tablero de hormigón armado, 117,6 m de luz
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Puente sobre el embalse de Ricobayo, Zamora, España, 1994-1995 Puente en arco de tablero superior, arco mixto, tablero de hormigón pretensado, 164 m de luz
Puente de Salginatobel, entre Schierds y Schuders, Suiza, 1930. Puente en arco de tablero superior de hormigón armado, 90 m de luz
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Puente del Golden Gate, San Francisco, USA, 1933-1937 Puente colgante, pilas de acero, tablero en celosía de acero, 1280 m de luz máxima, 2737 m de longitud total
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Puente de Alcántara, Cáceres, España, año 104-106, en uso. Puente en arco, pilas y tablero de sillería (piedra tallada), 28,8 m de luz máxima
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Puente de Cornish-Windsor, Vermont, EUA, 1866 Puente cubierto en celosía de madera, 62 m de luz, es el puente cubierto de madera más largo de EUA
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Viaducto de Millau, Millau, Francia, 2001-2004 Puente atirantado, pilas de hormigón armado, tablero y torres de acero, 342 m de luz máxima, 2460 m de longitud total.
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Puente del Alamillo, Sevilla, España, 1992 Puente atirantado asimétrico, tablero y pila de hormigón armado, 200 m de luz
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
(arriba) Viaducto de Kochertal, Alemania, 1976-1979. Puente viga, tablero de hormigón pretensado, vigas de hormigón armado, 138 m de luz máxima. (derecha) Viaducto de ferrocarril de Rouzat, Francia, 1969. Puente viga tipo celosía de hierro forjado, 58 m de luz máxima.
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
(arriba) Puente Rojo, Luxemburgo, 1965. Puente pórtico, acero, 234 m de luz . (izquierda) Puente de Hautsde-Vaugrenier, Francia.
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Pasarela en la zona del Forum de Barcelona Las bases de hormigón armado incorporan el 20% de árido grueso reciclado
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
(izq. arriba) El puente de Langlois en Arlés con mujeres lavando, cuadro de Vincent Van Gogh 1889. (arriba) Puente de Langlois, Francia, 1835. Puente basculante de madera. Existen otros tipos de puentes móviles como el giratorio o el de desplazamiento vertical.
(izquierda) Transbordador de Potugalete, España, 1893. Puente colgante con viga y pilas de celosía de acero, 164 m de luz.
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos Materiales utilizados en la construcción del viaducto de Millau Volumen de movimiento de tierras Tablero Cimentaciones
Vigas
350 000 m3 Acero estructural
36 000 t
Hormigón
13 000 m3
Acero de armar
14 750 t
Hormigón
53 000 m3
Acero de armar
10 000 t
Acero de pretensar
200 t
Hormigón
6 000 m3
Pilas
Acero de armar
1 200 t
Torres
Acero estructural
4 600 t
Tirantes
Acero para tirantes
1 500 t
Hormigón
7 500 m3
Acero de armar Trabajos temporales
Total
Acero estructural
400 t 6 400 t
Hormigón
79 500 m3
Acero
75 050 t
Movimiento de tierras
350 000 m3
Viaducto de Millau
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Viaducto de Linn Cove, USA, 1983. Puente viga de hormigón pretensado prefabricado, 55 m de luz máxima, 379 m de longitud total. Construido desde arriba sin necesidad de caminos auxiliares, sin cortar un solo árbol.
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2. OBRAS LINEALES: Viaductos
Tipos de estructura resistente de los puentes
Materiales de los puentes
arco
Madera
pórtico
Piedra
viga
sustentados por cables
colgantes atirantados
Puentes singulares basculante giratorio puentes móviles desplazamiento vertical transbordador
Obra de fábrica Hormigón armado Hormigón pretensado Hierro forjado Acero Otros