Applying reactive models to column experiments to assess the hydrogeochemistry of seawater intrusion: optimising ACUAINTRUSION and selecting cation exchange coefficients with PHREEQC

Three sets of laboratory column experimental results concerning the hydrogeochemistry of seawater intrusion have been modelled using two codes: ACUAINTRUSION (Chemical Engineering Department, University of Alicante) and PHREEQC (U.S.G.S.). These reactive models utilise the hydrodynamic parameters determined using the ACUAINTRUSION TRANSPORT software and fit the chloride breakthrough curves perfectly. The ACUAINTRUSION code was improved, and the instabilities were studied relative to the discretisation. The relative square errors were obtained using different combinations of the spatial and temporal steps: the global error for the total experimental data and the partial error for each element. Good simulations for the three experiments were obtained using the ACUAINTRUSION software with slight variations in the selectivity coefficients for both sediments determined in batch experiments with fresh water. The cation exchange parameters included in ACUAINTRUSION are those reported by the Gapon convention with modified exponents for the Ca/Mg exchange. PHREEQC simulations performed using the Gains-Thomas convention were unsatisfactory, with the exchange coefficients from the database of PHREEQC (or range), but those determined with fresh water – natural sediment allowed only an approximation to be obtained. For the treated sediment, the adjusted exchange coefficients were determined to improve the simulation and are vastly different from those from the database of PHREEQC or batch experiment values; however, these values fall in an order similar to the others determined under dynamic conditions. Different cation concentrations were simulated using two different software packages; this disparity could be attributed to the defined selectivity coefficients that affect the gypsum equilibrium. Consequently, different calculated sulphate concentrations are obtained using each type of software; a smaller mismatch was predicted using ACUAINTRUSION. In general, the presented simulations by ACUAINTRUSION and PHREEQC produced similar results, making predictions consistent with the experimental data. However, the simulated results are not identical to the experimental data; sulphate (total S) is overpredicted by both models, most likely due to such factors as the kinetics of gypsum, the possible variations in the exchange coefficients due to salinity and the neglect of other processes.

Mecànica del Sòl i de les Roques. Presentacions de classe

Apunts de classe en forma de diapositives de tot el temeri de Mecànica del Sól i de les Roques, que s'imparteix al 2n curs del Grau en Enginyeria Civil a la Universitat d'Alacant.

Empleo de drones (RPAS) para la elaboración de material audiovisual docente en asignaturas de Ingeniería Civil

El presente trabajo estudia la utilización de drones telecomandados de uso comercial (RPAS) para producir material audiovisual específico de diversas asignaturas de las titulaciones de Ingeniería Civil. Se trata de un equipamiento de alta tecnología y coste relativamente asequible, en torno a 1.300 euros, para producir material audiovisual que hasta ahora únicamente podría ser obtenido empleando medios mucho más limitados (fotografías aéreas y de satélite) o mucho más costosos, tales como vuelos fotográficos específicos. De este modo, se valorará la viabilidad de introducción de una nueva herramienta tecnológica de innovación educativa hasta ahora no empleada en la elaboración de material docente, analizando sus principales ventajas y limitaciones.

Tasas de deformación GPS en la cuenca del Bajo Segura (Cordillera Bética oriental)

En este trabajo hemos cuantificado las tasas de deformación actual de la cuenca del Bajo Segura (NE del corredor de cizalla de la Bética oriental), a partir del análisis de una red GPS con 11 vértices geodésicos. Se han analizado los datos de cuatro campañas GPS entre junio de 1999 y enero de 2013, que han sido procesados con la versión 6.2 del software GIPSY-OASIS. Este software utiliza la técnica de posicionamiento puntual de precisión conocido por las siglas PPP. Se observa un acortamiento ~N-S en toda la cuenca de mayor magnitud en el sur, en la zona de falla del Bajo Segura, con valores que varían de oeste a este entre 0,73 y 0,24 mm/año. En el borde septentrional de la cuenca, en la zona de falla de Crevillente, los valores de acortamiento N-S son menores. Sin embargo, en esta falla se ha observado un movimiento lateral sinistrorso que, en la componente E-O, varía entre 0,44 y 0,75 mm/año.

Estudio de los mecanismos de inestabilidad en taludes y laderas del Flysch carbonatado de Alicante

Este trabajo de investigación, centrado en el Flysch carbonatado de Alicante, tiene como objetivos principales caracterizar los mecanismos de inestabilidad que afectan a los taludes de estas formaciones carbonatas heterogéneas, evaluar las medidas correctivas implementadas, y por último, caracterizar comportamiento diferencial frente a la degradación ambiental de las diferentes litologías aflorantes. Para ello, se ha realizado un extenso inventario de 194 taludes, permitiendo generar una base de datos que incluye las litologías, su competencia y la posición relativa entre ellas, las relaciones geométricas entre talud y estratificación y los mecanismos de inestabilidad asociados. También se han inventariado las medidas correctivas observadas y la valoración de su efectividad, ligadas al tipo de afloramiento y sus inestabilidades asociadas. Asimismo, se ha caracterizado el comportamiento frente al slaking de la roca matriz a través de cinco ciclos de slake, basado en los índices Id1, Id5, y en el Index of Weathering propuesto (IW5). Estos parámetros, junto con la identificación litológica y las propiedades mecánicas de las litologías representativas de la zona de estudio han permitido caracterizar su comportamiento frente a la degradación ambiental, que además ha sido relacionado con los patrones, longitudes y tasas de degradación observados in situ. Como resultado de lo anteriormente expuesto, este trabajo proporciona unas nuevas herramientas básicas, que pueden utilizarse fácilmente en fases de anteproyecto, para conocer los mecanismos de inestabilidad, el comportamiento frente a la degradación ambiental, así como recomendar las medidas correctivas adecuadas en estos taludes, u otros de características similares.

Efectos del cambio climático y usos del suelo sobre los recursos hídricos de la cuenca del río Tordera (Barcelona, España)

Se presentan los efectos del cambio global en la cuenca del río Tordera (España) para el periodo 2000-2050, escenarios climáticos A2 (medio-alto) definidos por el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, 200) y escenarios socioeconómicos (cambios previstos en la cuenca) denominados estable y tendencial. Los efectos sobre los recursos hídricos se han analizado de forma conjunta superficial-subterránea mediante una metodológica de tipo acoplado. Para establecer los impactos futuros sobre los recursos hídricos se ha seleccionado el Modelo de Circulación Global ECHAM5 (Max Planck Institute). Los resultados obtenidos indican una disminución de la precipitación del 11.3% y un aumento de la temperatura de 1ºC, respecto a los valores históricos de la zona. De acuerdo a la proyección futura (2050) sobre cambios en los recursos hídricos, la escorrentía superficial obtenida mediante simulación con el código HEC-HMS 3.4 experimenta una reducción del 31.8% respecto al valor histórico y la recarga natural, estimada mediante VISUAL-Balan, se reduce en un 11.7%. El balance en el acuífero deltaico simulado mediante MODFLOW 2009.1 Pro muestra igualmente una disminución de los parámetros del balance. Los cambios del uso del suelo previstos de acuerdo a la legislación vigente (escenarios socioeconómicos) no conducen a la generación de un impacto apreciable en los recursos hídricos; según los escenarios definidos la variación de precipitación y temperatura son los parámetros fundamentales del cambio previsto.

Estudio del daño estructural y del posterior refuerzo de un edificio afectado por asientos inducidos por la subsidencia causada por un descenso del nivel piezométrico

La subsidencia del terreno es un riesgo natural consistente en el hundimiento de la superficie terrestre que genera importantes pérdidas económicas y gran alarma social. La subsidencia del terreno puede deberse a numerosas causas, entre ellas la extracción de agua de un acuífero, que se manifiestan en la superficie del terreno mediante deformaciones verticales que pueden variar desde pocos milímetros hasta varios metros a lo largo de periodos de tiempo que varían desde minutos hasta años. El presente trabajo muestra el caso real de un edificio de sótano, bajo y cinco plantas situado en el casco urbano de Murcia (España), seriamente afectado por asientos diferenciales inducidos por la subsidencia del terreno por descenso del nivel piezométrico. El edificio, construido entre 1983 y 1986, está cimentado por medio de una losa de hormigón armado que apoya sobre un estrato de arcillas limosas de consistencia blanda. Los primeros daños se manifiestan en 1995, coincidiendo con la sequía que aquejó a la vega de Murcia entre 1991 y 1995 y que produjo descensos generalizados del nivel freático del orden de 8 m de media y que en el presente caso alcanzan los 10 m, lo que se traduce en importantes asientos de consolidación que han afectado sensiblemente a la estructura. Con objeto de estabilizar la estructura se realizó un recalce de la cimentación mediante micropilotes. Un posterior seguimiento de la estructura mediante un plan de auscultación, ha puesto de manifiesto la validez del refuerzo proyectado.

New Approaches for Teaching Soil and Rock Mechanics Using Information and Communication Technologies

Soil and rock mechanics are disciplines with a strong conceptual and methodological basis. Initially, when engineering students study these subjects, they have to understand new theoretical phenomena, which are explained through mathematical and/or physical laws (e.g. consolidation process, water flow through a porous media). In addition to the study of these phenomena, students have to learn how to carry out estimations of soil and rock parameters in laboratories according to standard tests. Nowadays, information and communication technologies (ICTs) provide a unique opportunity to improve the learning process of students studying the aforementioned subjects. In this paper, we describe our experience of the incorporation of ICTs into the classical teaching-learning process of soil and rock mechanics and explain in detail how we have successfully developed various initiatives which, in summary, are: (a) implementation of an online social networking and microblogging service (using Twitter) for gradually sending key concepts to students throughout the semester (gradual learning); (b) detailed online virtual laboratory tests for a delocalized development of lab practices (self-learning); (c) integration of different complementary learning resources (e.g. videos, free software, technical regulations, etc.) using an open webpage. The complementary use to the classical teaching-learning process of these ICT resources has been highly satisfactory for students, who have positively evaluated this new approach.

Innovación en la producción de materiales curriculares para titulaciones de Ingeniería Civil empleando drones telecomandados

El presente trabajo estudia la utilización de drones telecomandados de uso comercial (RPAS) para producir material audiovisual específico de diversas asignaturas de las titulaciones de Ingeniería Civil. Se trata de un equipamiento de alta tecnología y coste relativamente asequible, en torno a 1.300 euros, para producir material audiovisual que hasta ahora únicamente podría ser obtenido empleando medios mucho más limitados (fotografías aéreas y de satélite) o mucho más costosos, tales como vuelos fotográficos específicos. De este modo, se valorará la viabilidad de introducción de una nueva herramienta tecnológica de innovación educativa hasta ahora no empleada en la elaboración de material docente, analizando sus principales ventajas y limitaciones.

Implementación de materias del ciclo integral del agua en los estudios de GIC y MICCP

En este documento se plantea una estrategia para coordinar las asignaturas del área de ingeniería hidráulica concernientes al ciclo integral del agua y una metodología para su implementación en los estudios de Grado en Ingeniería Civil y de Máster en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos. Los objetivos son: corregir redundancias temáticas, completar vacíos en los contenidos y establecer una secuencia lógica de enseñanza-aprendizaje, con la finalidad de que el alumno adquiera una base de conocimiento integrada e integral del ciclo hídrico urbano. El estudio implica tres puntos estratégicos: la descripción de los elementos constituyentes del ciclo integral del agua, la caracterización de los conocimientos a adquirir y la adecuación del proceso de enseñanza-aprendizaje. La metodología adoptada ha consistido en definir los conocimientos que deben adquirir los alumnos sobre el ciclo integral del agua, acotar la extensión de los mismos y secuenciar el proceso de enseñanza-aprendizaje. El contraste de estos aspectos con las guías docentes de las asignaturas implicadas permite detectar posibles carencias o redundancias y, en su caso, proponer las modificaciones oportunas. De los resultados obtenidos se extraen conclusiones prácticas sobre la adquisición de competencias y el desarrollo de habilidades en las materias del ciclo hídrico urbano.

Reflexiones sobre la integración de programas bilingües en los estudios de ingeniería

Un 80 % de las ofertas de trabajo en el sector de la ingeniería requieren un amplio conocimiento de una lengua extranjera, principalmente el inglés. En ocasiones este requisito se valora más que el expediente académico. Un grado bilingüe es aquel que se ha estudiado, totalmente o en parte, en otro idioma. Cada vez son más los estudios de ingeniería que integran, gradualmente, la impartición de asignaturas en el formato bilingüe, adoptando como segundo idioma, el inglés. Las ventajas que ofrece esta opción a los futuros egresados son notables. A esto se suma, que cada vez un número mayor de estudiantes, realiza programas de intercambio con otras universidades europeas, esto ha sido potenciado por la creación de convenios y dobles titulaciones. No obstante, en todo este proceso se detectan unas carencias e impedimentos para poder integrar masivamente los programas bilingües y sus ventajas. El presente artículo estudia algunas iniciativas de implantación de estos programas, problemas detectados y las lecciones aprendidas.

Empleabilidad en la Ingeniería Civil. Fortalezas y debilidades desde el punto de vista de alumnos y egresados

La actual situación económica de España ha reducido notablemente la empleabilidad de los estudiantes de la rama de la construcción/ingeniería. Paralelamente la matriculación en las titulaciones de Grado en Ingeniería Civil (GIC) y Master en Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos (MICCP) ha sufrido un descenso, aunque con un menor impacto del que podría esperarse de la reducción en la empleabilidad. Este trabajo recoge los resultados de un estudio de campo realizado sobre actuales estudiantes de GIC y egresados/estudiantes de MICCP. Entre las principales conclusiones obtenidas en este estudio cabe destacar que los alumnos consideran el estado económico del país la principal causa de la falta de empleo en el sector. Consideran necesaria la mejora en la formación en herramientas informáticas, ven su gran capacidad de trabajo como la mejor de sus fortalezas y consideran que el nivel del profesorado debería mejorar en términos generales. Existe asimismo un pesimismo más o menos extendido en cuanto a sus requerimientos salariales que se agrava en la población de alumnos egresados, y estiman de manera mayoritaria que encontrarán trabajo entre los 6 meses y 1 año posteriores a obtener el título universitario.

Discontinuity Set Extractor

Disponible en Github: https://github.com/adririquelme/DSE

Red metodológica para Ingeniería y Empresa (Grado Ingeniería Civil) basada en técnicas de aprendizaje colaborativo

Después de varios años de trabajo dedicados a perfilar una nueva metodología docente para la impartición de asignaturas en las titulaciones de Ingeniería Civil, los autores han entendido que el siguiente objetivo de su trabajo debe derivar hacia la optimización de procedimientos de aplicación práctica. La línea de acción de este equipo se orientó hacia los criterios de formación en competencias propugnadas por el Espacio Europeo de Educación Superior, y se entendió que la metodología debía diseñarse mediante una combinación de técnicas de aprendizaje colaborativo y convencional. Una vez elaborado y puesto en práctica en varias asignaturas, se trata de componer un sistema que se conviene en denominar estructura de red metodológica, válido para posibilitar la aplicación del método diseñado mediante la combinación coordinada de la docencia en tres ámbitos diferentes: clases denominadas seminarios teórico-prácticos, clases de prácticas de problemas y clases de prácticas con ordenador, todas ellas de dos horas de duración. Dado que las distintas clases son dirigidas por diferentes profesores y tienen distintas periodicidades, se considera fundamental planificar la impartición de la materia procurando la máxima sinergia posible entre los tres ámbitos de trabajo, y ello compone el objetivo del presente trabajo.

Uso de nubes de puntos 3D para identificación y caracterización de familias de discontinuidades planas en afloramientos rocosos y evaluación de la calidad geomecánica

En este trabajo se estudia el uso de las nubes de puntos en 3D, es decir, un conjunto de puntos en un sistema de referencia cartesiano en R3, para la identificación y caracterización de las discontinuidades que afloran en un macizo rocoso y su aplicación al campo de la Mecánica de Rocas. Las nubes de puntos utilizadas se han adquirido mediante tres técnicas: sintéticas, 3D laser scanner y la técnica de fotogrametría digital Structure From Motion (SfM). El enfoque está orientado a la extracción y caracterización de familias de discontinuidades y su aplicación a la evaluación de la calidad de un talud rocoso mediante la clasificación geomecánica Slope Mass Rating (SMR). El contenido de la misma está dividido en tres bloques, como son: (1) metodología de extracción de discontinuidades y clasificación de la nube de puntos 3D; (2) análisis de espaciados normales en nubes de puntos 3D; y (3) análisis de la evaluación de la calidad geomecánica de taludes rocoso mediante la clasificación geomecánica SMR a partir de nubes de puntos 3D. La primera línea de investigación consiste en el estudio de las nubes de puntos 3D con la finalidad de extraer y caracterizar las discontinuidades planas presentes en la superficie de un macizo rocoso. En primer lugar, se ha recopilado información de las metodologías existentes y la disponibilidad de programas para su estudio. Esto motivó la decisión de investigar y diseñar un proceso de clasificación novedoso, que muestre todos los pasos para su programación e incluso ofreciendo el código programado a la comunidad científica bajo licencia GNU GPL. De esta forma, se ha diseñado una novedosa metodología y se ha programado un software que analiza nubes de puntos 3D de forma semi-automática, permitiendo al usuario interactuar con el proceso de clasificación. Dicho software se llama Discontinuity Set Extractor (DSE). El método se ha validado empleando nubes de puntos sintéticas y adquiridas con 3D laser scanner. En primer lugar, este código analiza la nube de puntos efectuando un test de coplanaridad para cada punto y sus vecinos próximos para, a continuación, calcular el vector normal de la superficie en el punto estudiado. En segundo lugar, se representan los polos de los vectores normales calculados en el paso previo en una falsilla estereográfica. A continuación se calcula la densidad de los polos y los polos con mayor densidad o polos principales. Estos indican las orientaciones de la superficie más representadas, y por tanto las familias de discontinuidades. En tercer lugar, se asigna a cada punto una familia en dependencia del ángulo formado por el vector normal del punto y el de la familia. En este punto el usuario puede visualizar la nube de puntos clasificada con las familias de discontinuidades que ha determinado para validar el resultado intermedio. En cuarto lugar, se realiza un análisis cluster en el que se determina la agrupación de puntos según planos para cada familia (clusters). A continuación, se filtran aquellos que no tengan un número de puntos suficiente y se determina la ecuación de cada plano. Finalmente, se exportan los resultados de la clasificación a un archivo de texto para su análisis y representación en otros programas. La segunda línea de investigación consiste en el estudio del espaciado entre discontinuidades planas que afloran en macizos rocosos a partir de nubes de puntos 3D. Se desarrolló una metodología de cálculo de espaciados a partir de nubes de puntos 3D previamente clasificadas con el fin de determinar las relaciones espaciales entre planos de cada familia y calcular el espaciado normal. El fundamento novedoso del método propuesto es determinar el espaciado normal de familia basándonos en los mismos principios que en campo, pero sin la restricción de las limitaciones espaciales, condiciones de inseguridad y dificultades inherentes al proceso. Se consideraron dos aspectos de las discontinuidades: su persistencia finita o infinita, siendo la primera el aspecto más novedoso de esta publicación. El desarrollo y aplicación del método a varios casos de estudio permitió determinar su ámbito de aplicación. La validación se llevó a cabo con nubes de puntos sintéticas y adquiridas con 3D laser scanner. La tercera línea de investigación consiste en el análisis de la aplicación de la información obtenida con nubes de puntos 3D a la evaluación de la calidad de un talud rocoso mediante la clasificación geomecánica SMR. El análisis se centró en la influencia del uso de orientaciones determinadas con distintas fuentes de información (datos de campo y técnicas de adquisición remota) en la determinación de los factores de ajuste y al valor del índice SMR. Los resultados de este análisis muestran que el uso de fuentes de información y técnicas ampliamente aceptadas pueden ocasionar cambios en la evaluación de la calidad del talud rocoso de hasta una clase geomecánica (es decir, 20 unidades). Asimismo, los análisis realizados han permitido constatar la validez del índice SMR para cartografiar zonas inestables de un talud. Los métodos y programas informáticos desarrollados suponen un importante avance científico para el uso de nubes de puntos 3D para: (1) el estudio y caracterización de las discontinuidades de los macizos rocosos y (2) su aplicación a la evaluación de la calidad de taludes en roca mediante las clasificaciones geomecánicas. Asimismo, las conclusiones obtenidas y los medios y métodos empleados en esta tesis doctoral podrán ser contrastadas y utilizados por otros investigadores, al estar disponibles en la web del autor bajo licencia GNU GPL.