Los archivos que componen este blog tratan de reunir las siguientes propiedades: 1º) hacer referencia a una situación real, técnica o física, obra ingenieril u objeto singular, tecnología de carácter industrial o descubrimiento en el campo de la ciencia. 2º) aportar "cultura científica". 3º) estar dotados de un fuerte contenido físico o matemático. Por su concepción, es un blog "sin fin", donde una traslación en el tiempo nos haría encontrar en sus archivos finales, estudios futuros.

lunes, 29 de agosto de 2016

Paseo por lagos de origen glaciar. Covadonga.

Los lagos Enol, Ercina y el Bricial, los conocidos lagos de Covadonga, son lagos propios de regiones con glaciación de montaña.
No es fácil encontrar lagos de este tipo en macizos calcáreos como los Picos de Europa. La caliza es una roca permeable que impide la circulación de agua en su superficie, de ahí la escasez de cursos fluviales en estas zonas. En Covadonga la presencia de pizarras en la base del valle ha posibilitado la formación del cuenco impermeable que alberga los lagos e impide que las aguas se pierdan en el macizo.

A la izquierda de la imagen el lago Enol, el lago de mayor tamaño en Covadonga. Las brumas en la zona durante el verano son corrientes a última hora de la tarde, cuando al caer la temperatura la humedad ambiente se acerca a su temperatura de rocío.



Cuando el hielo se retiró tras la última glaciación, la presencia de depresiones separadas por umbrales rocosos propició la aparición de estos lagos. Al fondo de la imagen y entre niebla, se puede apreciar la morrena de cierre que evita que el lago drene vertiente abajo.

El potente manto de hielo que un día ocupó esta zona ejerció una fuerte presión contra las paredes del valle glaciar. Cuando el hielo desapareció estas tensiones se relajaron por lo que las montañas tendieron a expandirse lateralmente desencadenando grandes avalanchas y caídas de rocas.

Llaman la atención las acumulaciones de grandes bloques que se encuentran en la base de los principales relieves y bordean los lagos. Estas avalanchas de bloques fueron originadas por el retroceso de los hielos.




En la imagen: till glaciar, detritos y restos triturados de deposición glaciar. Obsérvese el carácter caótico de los materiales en cuanto a su gradación por tamaño y depósito. Se aprecia también la angulosidad que define los cantos.

Las aguas de los lagos se encuentran estratificadas. La capa superficial recibe mucho calor del Sol en verano, apareciendo un gradiente térmico con las aguas más profundas. Con la llegada de los fríos y el incremento de los agentes generadores de turbulencia (principalmente el viento), el enfriamiento de la capa superficial provoca un aumento de su densidad y por consiguiente su hundimiento, alcanzándose la homogeneización térmica de toda la columna de agua, e induciéndose el afloramiento de las aguas más profundas.




Los numerosos bloques sueltos que en su momento formaban parte de la lengua glaciar muestran múltiples fracturas debidas a la acción de cuñas de hielo en la roca. Gelifracción o crioclastia.




No solo se aprecian procesos de rotura por ciclos hielo-deshielo, también se pueden ver formas erosivas propias del modelado glaciar. Las masas de hielo de los glaciares llevan empastadas trozos de roca que arañan las rocas sobre las que fluyen formando las estrías que aparecen en la superficie.



Desde los años setenta existe sumergida una talla de la Vigen de Covadonga en el lago Enol, que se saca en procesión todos los años el día ocho de septiembre, día de Asturias.




CÁLCULO DE LOS DESPRENDIMIENTOS DE ROCA EN COVADONGA

En la zona de Covadonga y partes montañosas de los picos de Europa, tienen lugar caídas de masas de rocas que se encuentran separadas del resto del macizo mediante fracturas verticales. El desprendimiento final de estas rocas, se produce como consecuencia de una fractura inclinada de cizalla que se genera en la zona basal como respuesta al peso de la propia masa de roca, es lo que se denomina rotura tabular.

Estos fenómenos de inestabilidad son propios de rocas resistentes, tendiendo las fracturas a ser planas. El modo más común de producirse va asociado a paredes de valles glaciares donde una retirada del hielo da lugar a un relajación de los esfuerzos laterales en la roca, (también ocurre en valles fluviales en los que hay una profundización intensa y rápida del río en el macizo).

La retirada del hielo del valle provoca una relajación de los esfuerzos compresivos horizontales y, por tanto, una modificación del estado de esfuerzos en cada punto del interior del macizo. En los casos en los que no se alcanza un valor mínimo de estas tensiones en la dirección horizontal, pueden producirse esfuerzos horizontales distensivos en la parte superior de la masa rocosa y, dado que la resistencia de las rocas a esfuerzos distensivos o de tracción es pequeña, podrán aparecer fracturas de extensión verticales paralelas a la superficie del escarpe. Si se producen estas fracturas, la estabilidad de la roca frente a una rotura que conduzca al desprendimiento de la lámina de roca dependerá de la profundidad alcanzada por la erosión en relación con la profundidad alcanzada por las citadas fracturas.

Así podemos hacer los siguientes cálculos apoyándonos en el criterio de Coulomb para fracturas por cizalla, y estimar la altura crítica del escarpe para la cual se produce la fractura de cizalla basal que desencadena el movimiento de la masa de roca.
(* En el cálculo no considero la acumulación de agua en las grietas de la roca, que puede hacer disminuir el esfuerzo normal efectivo actuante sobre el plano potencial de fractura y, como consecuencia, hacer disminuir el rozamiento a lo largo de dicho plano).





sábado, 20 de agosto de 2016

Construcción prefabricada. Viga ménsula.

La prefabricación de elementos en hormigón presenta una enorme variedad de soluciones y posibilidades constructivas. Se puede resolver con relativa facilidad cualquier tipo de sección y longitud de una pieza. Además, el empalme de elementos en obra con soluciones atornilladas, simples y muy eficaces estructuralmente, eliminan cualquier barrera a las exigencias estructurales.
La incorporación de ménsulas, acanaladuras, cambios de sección e incluso zonas para hormigonar in situ, se realiza con una relativa facilidad e implica una enorme versatilidad en las soluciones que se pueden adoptar.

Una característica clave de este tipo de elementos es que permite levantar edificios en tiempo récord a la vez que recoge cargas diversas y a cualquier nivel: entreplantas, puentes grúa, cubiertas, voladizos, ...

Nudo de encuentro de viga ménsula con viga carril de puente grúa. Nudo articulado.

Imagen de una nave industrial ejecutada en elementos prefabricados de hormigón.

































Ejemplos muy utilizados en la construcción de naves industriales son los pilares, vigas ménsula, vigas Delta, correas, jácenas, paneles... En particular lviga ménsula sobre pilar que trabaja como un voladizo, permite servir de apoyo a otros elementos como son las vigas carril para puentes grúa...etc.

A continuación se detalla el cálculo y armado, conforme a la Instrucción de Hormigón Estructural EHE, de una viga ménsula sometida a cargas de servicio.


CÁLCULO Y ARMADO DE UNA VIGA MÉNSULA DE PILAR PREFABRICADO DE HORMIGÓN.


Estructura de cubierta en elementos prefabricados de hormigón: vigas Delta, correas y paneles.



sábado, 13 de agosto de 2016

Paseo por el Cabo Peñas. Modelado litoral.

El cabo Peñas es el extremo más septentrional de Asturias y divide a la costa asturiana en occidental y oriental. Es una antigua plataforma de abrasión o rasa costera que se ha incorporado al relieve litoral por procesos tectónicos de levantamiento. 

En la imagen el Cabo Peñas,  se observan importantes líneas de fractura y diaclasas en la estructura que lo conforma, manifestación de procesos tectónicos.

El contorno de esta zona de la costa es irregular, debido a la alternancia de sustratos duros y blandos, que han experimentado una erosión diferencial originando ensenadas y promontorios.

En esta imagen la Isla Herbosa al fondo, hoy en día un farallón o islote que tiempo atrás formó parte de la costa.  Se puede apreciar también en primer plano, la formación de un tómbolo incipiente y la presencia de arcos en su base originados por la erosión del mar.

Otra vista de este tómbolo incipiente. Las corrientes y mareas terminarán por desgastar la lengua de tierra y roca que aún lo une al acantilado (restinga), transformándolo en un farallón.

Imagen de una falla. El levantamiento de la costa y los esfuerzos tectónicos han fracturado la línea de costa sobre este plano de debilidad del acantilado. Durante los próximos millones de años, se irá abriendo más configurando una ensenada

Las litologías que encontramos son variadas, abundando los materiales calcáreos en la parte más oriental del cabo y los materiales silíceos hacia el oeste del mismo. El Cabo de Peñas propiamente dicho, esta formado por metacuarcitas, rocas metamórficas con alto contenido en cuarzo que debido a su dureza resisten bien la abrasión. En la imagen, restos de cuarcitas, este tipo de rocas no presentan foliacion a pesar de ser rocas metamórficas.

La serie estratigráfica y los estratos buzan hacia el Este, formando parte del flanco de un anticlinal cuyo eje se encuentra más al oeste del Cabo de Peñas.

Sobre estas líneas, imagen de la coronación del acantilado. Hay un desnivel de 100 metros hasta la superficie del mar, constituyéndose el lugar en una zona de gran inestabilidad y peligro de desplomes.

En el pie del acantilado aparecen restos de bloques desprendidos de más arriba como consecuencia del retroceso del acantilado. La existencia de materiales más blandos en este lugar, calizas margosas, lo ha convertido en un lugar muy socavado por el oleaje, tal y como puede apreciarse en los dos salientes que se observan en la imagen.

miércoles, 10 de agosto de 2016

Cohete A4, "Arma de represalia 2".

Diseñado durante la Segunda Guerra Mundial por el ingeniero alemán Werner Von Braun, el cohete V-2 / A-4Vergeltungswaffe, arma de represalia 2", fue el primer cohete de combate de largo alcance y el primer artefacto creado por el hombre que salió de la atmósfera terrestre iniciando con ello la era espacial
El A-4 / V-2 tenía un alcance de hasta 362 Kilómetros y como no era muy preciso se utilizó contra las grandes ciudades, Londres y Amberes principalmente. Al final de la guerra, la Alemania nazi había lanzado unas 3.000 unidades de las 5.000 que habían sido construidas.






Werner Von Braun
En el momento de su lanzamiento, la mezcla de combustible y comburente del cohete se ponía en contacto iniciándose su encendido. Los gases quemados salían expulsados por la tobera del cohete a una velocidad de 2.000 m/s. Antes del despegue se probaba el buen funcionamiento del motor arrancándolo con un empuje de 2.947 Kp, empuje que se elevaba a 24.574 Kp en el momento de lanzamiento. 
En su trayectoria durante cuatro segundos y medio después del despegue el cohete subía verticalmente. A partir de ese momento y durante 43 segundos comenzaba a inclinarse progresivamente, siguiendo un programa preestablecido controlado por un temporizador, hasta alcanzar el cohete una inclinación de 47º respecto de la vertical. La trayectoria se mantenía con esta inclinación hasta el momento en que se apagaba el motor, cosa que ocurría a los 67 s, más o menos, después del despegue. A partir de aquí, y desde una altura de 80 a 90 Km, el cohete seguía una trayectoria parabólica de caída libre hacia su objetivo. 

CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS
Longitud
Diámetro parte central
Peso en el lanzamiento
Peso de combustible:
Combustible:
Comburente:

Explosivo:
Gasto de combustible:

Velocidad de expulsión de los gases:
14,30 m
1,65 m
12.870 Kg
8.720 Kg
Alcohol etílico: 3.710 Kg
Agua: 1.235 Kg
Oxígeno líquido: 4.900 Kg
738 Kilogramos de Amatol Fp60/40
120 Kg/s en el despegue
125 Kg/s en vuelo
2.000 m/s

En base a los datos aportados, podemos hacer los siguientes cálculos referentes al movimiento del cohete V2 desde su despegue hasta su caída sobre su objetivo:

1) Cálculo del empuje del motor cohete y aceleración en el momento del despegue
2) Altura alcanzada por el cohete al finalizar el despegue y abandonar la vertical. 
3) Instante contado a partir del despegue en el cual el cohete rompe la velocidad del sonido y altura a la cual lo hace. 
4) Tiempo que tarda en agotar el combustible
5) Altura a la que inicia la trayectoria balística
6) Velocidad máxima alcanzada por el cohete en toda su trayectoria. 
7) Aceleración alcanzada en el momento de máxima velocidad
8) Altura máxima alcanzada por el cohete, ¿sale de la atmósfera terrestre?
9) Tiempo total que tarda el cohete en impactar sobre su objetivo contado desde el instante de lanzamiento. 
10) Velocidad con la que impacta el cohete y ángulo de caída
11) Alcance total del cohete.







A CONTINUACIÓN, ALGUNAS DE LAS IMÁGENES DE ESTE PRODIGIO DE LA INGENIERÍA ALEMANA EN SU BASE DE LANZAMIENTO DE PEENEMÜNDE, EN LA COSTA DEL MAR BÁLTICO:























martes, 2 de agosto de 2016

Las temperaturas de los planetas terrestres.

¿Por qué es Marte demasiado frío para albergar la vida, Venus demasiado cálido y la Tierra ideal?.
El sentido común indica que la Tierra, con una temperatura media de 15 oC, se formó casualmente a la distancia correcta del Sol, mientras que ni Marte (-60 oC) ni Venus (460 oC) tuvieron la misma suerte. Sólo en la superficie de la Tierra se encuentra, pues, el agua en forma líquida, que es crucial para la vida.

Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Relación de tamaños.

Pero no debemos atribuir a la casualidad toda la explicación de las temperaturas de los planetas terrestres, o rocosos. Los tres vecinos del Sistema Solar interior, formados tras la colisión mutua de grandes cantidades de cuerpos conocidos como planetesimales, fueron antaño semejantes en muchos aspectos. Presentaban en su superficie, minerales parecidos y, en su atmósfera, gases similares (entre ellos el dióxido de carbono y el vapor de agua); los tres, además, conocían un clima templado que les permitía mantener agua líquida en su superficie. Si adquirieron luego climas espectacularmente distintos, debióse, en gran parte, a su diferente capacidad para crear un ciclo de dióxido de carbono entre la corteza y la atmósfera.

El dióxido de carbono, como el vapor de agua y otras sustancias, es un gas de "invernadero": permite el paso de la radiación solar a través de él, pero absorbe la radiación infrarroja (calorífica) que procede del planeta reflejando parte de este calor de nuevo hacia la superficie. 

La Tierra ha gozado siempre de un clima moderado en virtud de un mecanismo cíclico que aumenta la cantidad de dióxido de carbono atmosférico cuando la superficie del planeta se enfría y reduce dicha cantidad cuando aumenta la temperatura superficial. Marte esta helado porque ha perdido la capacidad de reciclar el gas a su atmósfera; Venus es un infierno porque experimentó el problema opuesto: no tiene manera de extraer el dióxido de carbono de su atmósfera. Mercurio, el otro planeta terrestre, carece de atmósfera; su temperatura está regulada exclusivamente por el Sol.

CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DE LOS PLANETAS INTERIORES  (con efecto invernadero y sin él)