Reducción de Pérdidas de Concreto durante el Transporte en Mixer a causa del fraguado, haciendo uso del método Gauss Seidel

PROYECTO DE AULA [pic 1]

MÉTODOS NÚMERICOS

Reducción de Pérdidas de Concreto durante el Transporte en Mixer a causa del fraguado, haciendo uso del método Gauss Seidel

Jennifer Cárdenas, Mildred Cervantes, Adair Lugo

15 de noviembre, 2023

RESUMEN

Este proyecto se centra en abordar un desafío común en la construcción: las pérdidas de concreto durante el transporte en camiones mezcladores (mixers). El problema surge debido al fraguado del concreto durante el tiempo de tránsito desde la planta de mezcla hasta el lugar de colocación. Para resolver esta problemática, se emplea el método numérico Gauss Seidel. Con este se optimó para crear una matriz que incluyó las variables (Cantidad de camiones, cantidad de concreto transportado, presupuesto disponible) esta integración numérica nos permitirá encontrar una solución aproximada al sistema de ecuaciones que modela el comportamiento del concreto durante el transporte.  

Palabras claves

Concreto, matriz, mixers, fraguado, presupuesto, reducción de pérdidas, Método de Gauss Seidel.  

ABSTRACT

This project focuses on addressing a common challenge in construction: concrete losses during transportation in mixer trucks. The problem arises due to the setting of the concrete during the transit time from the mixing plant to the placement site. To solve this problem, the Gauss Seidel numerical method is used. With this, it was optimized to create a matrix that included the variables (Number of trucks, amount of concrete transported, available budget). This numerical integration will allow us to find an approximate solution to the system of equations that models the behavior of concrete during transportation.

Keywords

Concrete, matrix, mixers, setting, budget, loss reduction, Gauss Seidel Method.

1. INTRODUCCIÓN

El desafío de transportar concreto fresco hacia su destino final se erige como una tarea crítica y compleja. La esencia misma del concreto, su proceso de fraguado, establece un límite temporal ineludible, exigiendo una disposición rápida y eficiente en el sitio de construcción. Este imperativo temporal se ve acentuado en proyectos de gran envergadura, donde la necesidad de coordinar varios Mixers para cubrir el extenso volumen se convierte en una constante logística.

Este proyecto busca abordar estas complejidades bajo el título "Reducción de Pérdidas de Concreto durante el Transporte en Mixer a causa del fraguado, haciendo uso del método Gauss Seidel". Al aplicar esta técnica matemática, se busca no solo entender, sino optimizar los factores que contribuyen a las pérdidas de concreto durante su transporte. Esta aproximación innovadora no solo se enfoca en mitigar las pérdidas económicas y operativas, sino que también busca aportar eficiencia y precisión al proceso, mejorando la gestión del tiempo y los recursos en la entrega de concreto en la construcción.

1. OBJETIVOS

2.1        OBJETIVO GENERAL

Desarrollar una óptima planificación de cargas y costos: Diseñar un protocolo de carga que optimice el costo para el transporte del concreto en el Mixer, minimizando la cantidad de presupuesto perdido por el fraguado del concreto.

2.2        OBJETIVOS ESPECIFICOS

2.2.1        Por medio del método Gauss Seidel optimizar la cantidad de concreto y presupuesto, considerando factores como cantidad de Mixers, capacidades y costos de estos.

2.2.2        Crear un método que facilite el proceso de cálculo para el transporte de concreto, reduciendo las perdidas también en futuros casos similares, pudiendo manipular el método para que cambie de acuerdo a las necesidades.

2.2.3        Implementar los resultados a la hora de cargar los camiones para poder, tener la mayor capacidad de concreto necesaria con el menor costo posible.

1. MARCO TEÓRICO

La industria de la construcción enfrenta desafíos significativos en la gestión eficiente del concreto fresco, especialmente en lo que respecta al tiempo limitado antes del inicio del fraguado. Este fenómeno natural, crucial para la resistencia final del concreto, requiere una rápida disposición en el sitio de construcción, lo que, a su vez, genera complejidades logísticas. En proyectos de gran envergadura, donde la demanda de concreto es sustancial, coordinar múltiples Mixers se vuelve imperativo, exacerbando la necesidad de una planificación precisa para evitar tiempos muertos entre entregas.

1. Fraguado del concreto y limitaciones temporales:

El fraguado del concreto es un proceso irreversible que comienza poco después de la mezcla de los componentes. Este fenómeno limita el tiempo disponible para el transporte y colocación, impacto directamente en la logística de la construcción. “M. A. Aitcin, "Cementitious materials," 2nd ed., E&FN Spon, London, 1998.

C. J. Burke and P. J. McCarthy, "Handbook of concrete technology," 3rd ed., Taylor & Francis, London, 2004”

1. Coordinación de Mixers en proyectos de gran volumen:

La coordinación eficiente de varios Mixers se vuelve esencial en proyectos de gran envergadura. La disponibilidad de estos vehículos y su capacidad para cubrir el volumen necesario son factores críticos. “A. M. El-Safty and A. A. El-Sherbini, "A mathematical model for optimizing concrete truck scheduling in construction projects," Journal of Construction Engineering and Management, vol. 133, no. 12, pp. 1242-1251, 2007.”

1. Impacto de tiempos muertos en la fundición de elementos:

Los tiempos muertos entre mixers generan demoras en la fundición de elementos clave, afectando la eficiencia operativa y económica del proyecto. “J. E. Fernández, "Análisis de la influencia del tiempo de espera de los camiones mezcladores de concreto en la producción de edificaciones," Universidad de Costa Rica, San José, Costa Rica, 2015.” “D. A. Ramírez, "Estudio de la influencia del tiempo de espera de los camiones mezcladores de concreto en la producción de pavimentos," Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia, 2016.”

1. Adherencia del concreto en las ollas mezcladoras:

Las demoras en la descarga del concreto en el sitio final pueden causar la adherencia del material en las ollas mezcladoras, reduciendo la capacidad de carga y generando costos adicionales para la limpieza.

“A. A. Al-Madani, "Effect of concrete mix design parameters on the adhesion of concrete to truck mixers," Construction and Building Materials, vol. 20, no. 12, pp. 1901-1907, 2006.”

1. Protocolo de carga eficiente y método de Gauss Seidel:

El método de Gauss Seidel, una técnica iterativa de resolución de sistemas de ecuaciones lineales, se propone como herramienta matemática para optimizar la carga de los mixers y reducir perdidas. Este método permite ajustar los factores que contribuyen a la pérdida del concreto, considerando la cantidad de mixers, sus capacidades y costos. “M. A. A. Aly, "A mathematical model for optimizing concrete truck loading using the Gauss-Seidel method," Journal of Construction Engineering and Management, vol. 143, no. 3, 04017002, 2017.” “A. M. El-Safty, "A new mathematical model for optimizing concrete truck loading using the Gauss-Seidel method," Journal of Construction Engineering and Management, vol. 144, no. 12, 04020053, 2018.”

1. Tecnologías de retardo de fragüe:

La implementación estratégica de tecnologías de retardo de fragüe en el concreto busca extender el tiempo de trabajabilidad, minimizando así los riesgos de fraguado prematuro durante el transporte en los mixers. “M. A. Aitcin, "Admixtures for concrete: use and applications," 2nd ed., E&FN Spon, London, 1998.” “J. F. Young, "Admixtures for concrete: properties, science, and technology," 2nd ed., CRC Press, Boca Raton, FL, 2005.”

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una empresa especializada en distribución de concreto y en el transporte de este, necesita transportar al menos 47m^3 de concreto desde su planta hasta el lugar de la obra, con un presupuesto de 164 millones solamente; sin embargo, esta empresa al mes alquila cierta cantidad de camiones mixer los cuales suelen variar su precio dependiendo de su capacidad de almacenamiento de concreto, comenzando por los más pequeños que son de 3m^3 con un valor de alquiler mensual de 15 millones de pesos, luego dos camiones mixer con la misma capacidad la cual es de 10m^3 y el valor varía solo en un millón siendo él más de 30 millones de pesos. La empresa presenta un problema a la hora del transporte del concreto porque por el fraguado se pierde una parte significativa del concreto, por lo que se pierde dinero. ¿Cómo se ´puede optimizar el costo de transporte de concreto en base los datos?

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