Apertura de zanja en la instalación de tuberías

Figura 1. Zanjadora. https://riusa.net/alquiler-de-zanjadoras-en-cantabria/

Las zanjas constituyen excavaciones abiertas y asentadas en el terreno, accesibles a los operarios, y realizadas con medios manuales o mecánicos. La excavación debe hacerse con sumo cuidado para que la alteración de las características mecánicas del suelo sea la mínima inevitable. Su anchura no suele ser mayor a 2 m ni su profundidad superior a 7 m, en cuyo caso se consideraría la excavación un vaciado.

La apertura de una zanja tiene dos fases: una de excavación y otra de entibación, pudiendo presentarse o no esta última en función de las características del terreno, y el tiempo estimado en el que la zanja va a estar abierta. Cuando la excavación de la zanja se realice por medios mecánicos, además, será necesario que el terreno admita talud en corte vertical para esa profundidad y que la separación entre el tajo de la máquina y la entibación no sea mayor de vez y media la profundidad de la zanja en ese punto. Los productos de excavación de la zanja, aprovechables para su relleno posterior, se podrán depositar en caballeros situados a un solo lado de la zanja, y a una separación del borde de la misma de un mínimo de 0,60 m. De emplearse entibación, distancias entre 0,50 y 0,90 m suelen ser suficientes para facilitar la circulación del personal de montaje y reducir la posibilidad de caída de piedras sobre la tubería.

Si bien las zanjas pueden abrirse manualmente, hoy en día la excavación se realiza con maquinaria, fundamentalmente con palas retroexcavadoras de tipo universal y con zanjadoras, máquinas diseñadas exclusivamente para excavar zanjas (Figura 1). De algunos de estos tipos ya hemos hablado en entradas anteriores: zanjadora de brazo inclinable, zanjadora de ruedas de cangilones, incluso cortadora de disco con picas para zanjas estrechas. Estas máquinas proporcionan buenos rendimientos, siempre que se den las condiciones adecuadas. Así, las zanjadoras, cuyos rendimientos son realmente elevados, presentan el inconveniente de que para su utilización es preciso que el terreno sea adecuado, es decir, cuando es tierra franca o terreno de tránsito y no hay demasiados obstáculos. Las retroexcavadoras, aunque obtienen menores rendimientos que las zanjadoras, se pueden utilizar en terrenos más variados, permitiendo su utilización en la carga, descarga y colocación de los tubos y superando mejor los obstáculos del terreno. En las ciudades, generalmente no se presentan los problemas anteriores, pero aparece el problema de la gran cantidad de conducciones en el subsuelo correspondientes a distintos servicios. Ello implica excavar manualmente las zonas de cruce con la zanja y utilizar maquinaria en el resto de zonas.

La anchura mínima del fondo de la zanja depende del espacio que necesitan los operarios para colocar los tubos, por lo que se considera una anchura mínima de 0,60 m. En los puntos donde deba colocarse una junta, se realizan unos ensanchamientos de la zanja cuyas dimensiones dependen del tipo de junta y de la manipulación necesaria para su montaje. La norma UNE-EN 1610 indica el ancho mínimo de la zanja en función del diámetro nominal de la tubería (Tabla 1) y de la profundidad de zanja (Tabla 2).

Figura 2. Espacio de trabajo mínimo. UNE-EN 1610.

La calidad del fondo de la zanja es fundamental para la buena conservación de las canalizaciones, puesto que la presencia en ella de zonas de distinta dureza hace que la tubería no quede en buenas condiciones de sustentación. Por lo anterior, es conveniente no efectuar nunca excavación de más, así como limpiar el fondo de piedras, realizando el refino final cuidadosamente. Por otra parte, si aparecen materiales de rigidez excesiva, como rocas o cimentaciones en desuso, se deberá excavar por debajo de la rasante y realizar un relleno posterior de unos 10-15 cm perfectamente compactado. Además, no se recomienda utilizar como relleno materiales con alto contenido de componentes orgánicos, ni instalar las tuberías en suelos orgánicos sin tomar precauciones especiales (empleo de geotextiles, etc.)

La profundidad de la zanja debe indicarse en el proyecto, pero en cualquier caso, y habida cuenta tanto del efecto de las cargas del tráfico como de las posibles heladas, la separación entre la generatriz superior del tubo y la superficie del terreno debe de tener un valor mínimo de 0,60 m.

En general, se evitará la entrada de aguas superficiales a las excavaciones, achicándolas lo antes posible cuando se produzcan, y adoptando las soluciones previstas para el saneamiento de las profundas. Debe intentarse que la zanja esté abierta el menor tiempo posible para evitar los peligros de desprendimientos, inundaciones y meteorización del terreno, así como las posibles alteraciones que puede sufrir la tubería ya montada debido a los agentes atmosféricos. Es por ello que es conveniente establecer un programa de ejecución que coordine, por tramos de longitud adecuada, las fases de apertura de zanja, montaje y terraplén. Si fuera preciso mantener la zanja abierta durante algún tiempo, es conveniente, para evitar la meteorización, dejar por lo menos 0,20 m sin excavar, realizando esta excavación poco antes del montaje.

La estabilidad de las paredes de la zanja puede conseguirse dándoles el talud adecuado, pero en algunos casos en que esto no es posible, bien por el coste económico de la excavación, bien por la imposibilidad física de espacio, es preciso la entibación. Las zanjas son especialmente peligrosas para los operarios, por lo que, como regla general, no se debe excavar sin entibación una profundidad mayor a 1,20 m. Si se entiba, la zanja se realiza con paredes verticales, debiendo ser la entibación tanto más compleja cuanto mayor sea la inestabilidad del terreno. Hay que tener presente que existe una altura crítica de una excavación sin entibación. Se realizará la excavación por franjas horizontales de altura no mayor a la separación entre codales más 30 cm, que se entibará a medida que se excava. Además, debe tenerse en cuenta en el diseño de la entibación, que se debe permitir la colocación y el montaje de la tubería. Por último, indicar que mientras se efectúe la consolidación definitiva de las paredes y fondo de la excavación, se conservarán las contenciones, apuntalamientos y apeos realizados para la sujeción de las construcciones y/o terrenos adyacentes, así como de vallas y/o cerramientos.

Os dejo algunos vídeos sobre la excavación de zanjas. Espero que os sean de interés.

Referencias:

AENOR (2000). UNE-EN 805. Abastecimiento de agua. Especificaciones para redes exteriores a los edificios y sus componentes. 

AENOR (2016). UNE-EN 1610. Construcción y ensayos de desagües y redes de alcantarillado.

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Relleno de la zanja en la instalación de tuberías

Figura 1. Colocación de tubería. Gadea Hermanos.

Podemos definir la instalación de una tubería como el conjunto de acciones que hay que realizar para colocarla en su posición definitiva, garantizando el cumplimiento de la función hidráulica y mecánica para la que ha sido diseñada. Una vez realizada la excavación a la profundidad y anchura necesarias, hay que asegurar que el fondo de la excavación se encuentra exento de elementos gruesos, se debe rasantear y nivelar y, en condiciones especiales como un nivel freático alto, se deben colocar geotextiles, material granular y otros elementos.

El relleno de zanja tiene como misión la de garantizar la solidez en la zona de los riñones y los laterales del tubo. La calidad del material de relleno, así como su correcta ejecución, son aspectos que influir en el comportamiento y funcionalidad a lo largo del tiempo de la tubería instalada. La tubería, aunque se haya fabricado y dimensionado correctamente, puede fallar si no se instala adecuadamente, pues debe soportar los esfuerzos de todo tipo.

Según las Normas UNE EN 805 y UNE EN 1610, en una zanja para instalación de tuberías se distinguen las siguientes partes (Figura 2):

  • Cama de apoyo: es el relleno que se extiende en el fondo de la zanja para eliminar desigualdades en su base.
  • Asiento: parte del relleno que proporciona a la tubería el ángulo de apoyo previsto en proyecto.
  • Apoyo: conjunto formado por la cama de apoyo y el asiento del tubo.
  • Relleno lateral: es la zona del relleno lateral de la tubería, comprendida entre el asiento y la generatriz superior de la tubería.
  • Relleno inicial: son los 30 cm de relleno sobre la clave de la tubería.
  • Recubrimiento: zona de relleno alrededor y hasta 30 cm sobre la generatriz superior del tubo.
  • Relleno principal: es la altura de relleno por encima del relleno inicial, hasta alcanzar la rasante del terreno, incluyendo la posible calzada.
  • Altura de relleno: zona que cubre el tubo, desde su generatriz superior hasta la superficie de rodadura de la calzada.
Figura 2. Ejemplo de instalación de zanja (UNE-EN 805)

El apoyo debe realizarse de forma que los tubos reposen a lo largo de toda su caña. En caso necesario, deberá excavarse alojamiento en la capa de apoyo para acomodar a las uniones. El tendido de la cama de arena o material granular debidamente compactado es imprescindible para que la tubería no descanse sobre salientes o piedras que pudieran existir en la base de la zanja. Si el fondo no satisface las condiciones de apoyo de los tubos, deberá sobreexcavarse y rellenar con un material seleccionado adecuado, colocado siguiendo correctamente el perfil longitudinal, y compactado. Solo se puede prescindir de la cama cuando el material del terreno natural de la zanja tenga la calidad y granulometría adecuadas (arenas, zahorras naturales, etc.) según la normativa. También se debe cuidar el ángulo de apoyo previsto en proyecto, soportándose mejor las cargas externas cuando mayor sea el ángulo de apoyo. Para ello es preciso retacar el material de relleno que proporciona el apoyo en la zona inferior de la tubería, asegurando que se consigue el ángulo de apoyo buscado.

Figura 3. Sección tipo de instalación de tubería. https://www.aristegui.info/caracteristicas-de-las-zanjas-para-tuberias-plasticas-enterradas/

La altura del relleno será tal que se impida la congelación de los tubos; si ello no fuera posible, deberán emplearse otros dispositivos alternativos de protección antihielo. El relleno de la zanja, desde la cama de apoyo hasta 30 cm sobre la clave del tubo, se debe hacer por tongadas de 15-20 cm, compactadas hasta alcanzar el grado de compactación considerado en proyecto, no menor del 95% del Proctor Normal. Debe compactarse por debajo de la tubería y a ambos lados simultáneamente, para impedir movimientos de la tubería. El resto del relleno hasta alcanzar la superficie del terreno natural se debe hacer por tongadas de 30 cm como máximo, con un grado de compactación del 100% del Proctor Normal.

En la compactación del relleno de la zanja, desde la cama hasta 30 cm sobre la generatriz superior del tubo, se deben usar pisones vibradores mecánicos ligeros (peso máximo en funcionamiento de 0,30 kN), o placas vibratorias ligeras (peso máximo en régimen de funcionamiento de 1 kN), y con los espesores adecuados de las capas de tierra a compactar. También se pueden utilizar compactadores específicos como la rueda compactadora de zanjas. Las características del material de relleno serán las siguientes:

  • Que no existan componentes de piedra de granulometría mayor de 50 mm.
  • Para tuberías de diámetro nominal entre 200 y 600 mm, la granulometría máxima será de 30 mm.
  • El material tendrá capacidad portante suficiente y no será cohesivo.
  • Una compactación del 92% del Proctor Normal, por ejemplo, debe garantizar una rigidez de 3 N/mm2.
Figura 4. Instalación con solera de hormigón. https://www.obrasurbanas.es/buenas-practicas-tubos-hormigon/

En el relleno sobre la clave del tubo no se deben utilizar elementos de compactación pesados hasta alcanzar una altura de, al menos, 1 m.

El relleno de las zanjas se debe realizar en dos etapas. La primera es un relleno parcial antes de las pruebas en obra, y la segunda etapa corresponde al terraplenado definitivo después de dichas pruebas.

El material utilizado para el relleno parcial debe situarse uniformemente en la zanja. Hasta una altura de 30 cm por encima de la clave del tubo, el material de relleno debe colocarse en capas de 15 cm muy bien consolidadas lateralmente y asegurando la ausencia de coqueras bajo los riñones del tubo. Las juntas deben quedar libres hasta el relleno definitivo tras las pruebas de obra.

Siempre que el terreno natural tenga la calidad adecuada, se empleará en el relleno el mismo material procedente de la excavación debidamente seleccionado, evitando la caída de piedras u otros objetos que pudieran dañar al golpear los tubos durante el vertido. Cuando las pruebas de presión en obra sean satisfactorias, se procederá al relleno de las juntas descubiertas para completar el relleno de la zona del tubo, cuidando el relleno y retacado en los riñones de manera que no queden coqueras al objeto de que el tubo quede perfectamente apoyado en el ángulo de apoyo previsto en proyecto.

Para terminar el relleno hasta la rasante del suelo, se pueden utilizar materiales ordinarios en los que se hayan eliminado los terrones y piedras gruesas. Este relleno será completado por capas de alrededor de 30 cm de espesor, niveladas y cuidadosamente apisonadas, utilizando pisones mecánicos ligeros o placas vibratorias ligeras.

Los compactadores pesados se permiten a partir de una altura de relleno igual o mayor a 1 m sobre la generatriz superior de la tubería. En tanto las obras no hayan terminado se deberán evitar cargas mayores (por ejemplo, tránsito de vehículos pesados, incluidos los de obra). Estas sobrecargas no están contempladas normalmente en los cálculos de proyecto.

Si por necesidades de obra deben pasar camiones de obra u otro tráfico no previsto o no calculados e proyecto, se deberán realizar cálculos complementarios para comprobar que las tuberías de proyecto son válidas para esas hipótesis de cargas.

Os dejo a continuación algunos vídeos que espero sean de vuestro interés.

Referencias:

AENOR (2000). UNE-EN 805. Abastecimiento de agua. Especificaciones para redes exteriores a los edificios y sus componentes. 

AENOR (2016). UNE-EN 1610. Construcción y ensayos de desagües y redes de alcantarillado.

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.

YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.

 

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Fluidos bentoníticos como estabilizador de excavaciones

Central de tratamiento de lodos. Imagen de Catalana de Perforacions

La bentonita es el nombre con el que se denominan a ciertos tipos de arcillas que poseen propiedades tixotrópicas cuando se mezclan con el agua. Debe su nombre a su descubrimiento cerca de Fort Benton, en los Estados Unidos en el siglo XIX. Las bentonitas comerciales son silicatos de aluminio hidratados y contienen fundamentalmente el mineral montmorillonita. El nombre de este tipo de arcilla se debe a su descubrimiento en cerca de Montmorillon, en Francia. Hoy día se utilizan distintas clases de bentonita tanto en ingeniería civil como en edificación, pudiendo variar sensiblemente sus propiedades en función de su origen.

Uno de los usos más frecuentes de la bentonita es como fluido estabilizador de excavaciones, donde compite con los fluidos a base de polímeros, fundamentalmente en la ejecución de pilotes. Dentro de este uso, la estabilización de excavaciones de muros pantalla esta ampliamente difundida en España. Los fluidos bentoníticos se utilizan también habitualmente para estabilizar las paredes de la excavación de pilotes excavados de cierto diámetro e incluso en los de pequeño diámetro en competencia con las entibaciones recuperables. En esta aplicación el fluido bentonítico debe se capaz de formar una barrera o bizcocho (cake) en las paredes de la excavación a fin de impedir la pérdida de fluido en el terreno, creando una capa contra la que puede actuar la presión del fluido para contrarrestar las presiones externas del terreno o las aguas freáticas. Otro uso habitual, del cual ya hemos hablado en una entrada anterior, es como fluido de perforación en la Perforación Horizontal Dirigida. También se usa la bentonita en la creación de barreras húmedas en el terreno para contener el agua de zonas contaminadas. Son las pantallas plásticas (Cutter Soil Mixing). En esta aplicación se suele mezclar con cemento u otros materiales a fin de crear un slurry que permanece en estado fluido durante varias horas antes de adquirir mayor consistencia y funcionar como barrera. En ciertas ocasiones se suele introducir una membrana flexible en la barrera. Por último, los fluidos bentoníticos también se utilizan para la contención del frente de excavación en túneles, delate de las tuneladoras y para el transporte de los restos excavados hacia las unidades desarenadoras situadas en la parte posterior del convoy.

Sin embargo, las propiedades de las bentonitas varían y, por tanto, no todas sirven para todos los usos. Por ejemplo, la propiedad de resistencia del estado de gel es importante si el fluido bentonítico esta en reposo y debe ser capaz de contener sólidos en suspensión, y no es por el contrario importante si el fluido es agitado continuamente en un sistema con recirculación. Las propiedades de las bentonitas deben considerarse antes de usar un tipo determinado para una aplicación específica. Independientemente de estas variaciones en cuanto a sus característica, las bentonitas deben cumplir los siguientes requisitos y funciones:

    1. Mantener los frentes de la excavación aportando presión hidrostática a las paredes de la misma.
    2. Mantenerse dentro de la excavación sin fluir hacia el suelo colindante.
    3. Mantener en suspensión los detritus procedentes de la excavación.
    4. Permitir ser desplazados con facilidad y limpiamente por el hormigón, sin una afección significativa a la adherencia armadura-hormigón.
    5. Debe ser posible su limpieza de sólidos en suspensión mediante el bombeo y paso por desarenadoras para su reutilización posterior.
    6. Ser bombeables con facilidad.

En general, las tres primeras propiedades requieren un producto denso y las tres últimas un producto muy fluido. Hay por tanto un conflicto que debe ser resuelto en cada caso antes de la puesta en obra del fluido estabilizador.

En el vídeo que sigue se puede observar la elaboración de bentonita para su uso en un muro pantalla.

En este otro, podéis ver su uso en un pilote.

En el vídeo que os dejo a continuación se profundiza en el uso de los lodos como fluido de perforación. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

 

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Potencia de un martillo a rotopercusión

Figura 1. Martillo en cabeza. http://osebe.es/perforaciones-con-martillo/

En una entrada anterior ya se comentaron los fundamentos básicos de la perforación a rotopercusión. El principio de perforación de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero llamada pistón, sobre un útil, que a su vez transmite la energía al fondo del barreno, por medio de un elemento final denominado boca o bit. Este sistema de perforación suele usarse en terrenos muy duros y semiduros. Estas perforadoras, tal y como se comentó anteriormente, pueden tener el martillo en cabeza o en fondo.

La potencia necesaria de un martillo se puede estimar mediante la siguiente expresión:

donde,

P = potencia del martillo

pf = presión del fluido (aire o aceite) en el interior del cilindro

s = superficie de trabajo del pistón

Ip = carrera del pistón

mp = masa del pistón

Figura 2.- Elementos para el cálculo de la potencia del martillo

Es posible estimar la velocidad de penetración Vp1 para un diámetro dado d1, cuando, utilizando el mismo equipo en similares condiciones, se conoce la velocidad Vp2 que se alcanza para otro diámetro d2.

Referencias:

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Ed. IGME. Madrid, 500 pp.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.

 

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Perforación por extracción de material

Figura 1.- Perforación mecánica (Ingeopress)

Las operaciones necesarias para la ejecución con éxito de perforación con extracción de material son el troceo, la extracción del material propiamente dicha y la contención de las paredes. Estas operaciones se realizan en ocasiones de forma simultánea a la ejecución de la perforación.

 

La rotura o corte del terreno puede realizarse mediante varios procedimientos diferentes. Entre otros, destacan los siguientes:

 

  • Perforación mecánica: se deben aplicar tensiones sobre el material que superen su resistencia de corte. Este efecto puede realizarse por impacto (percusión), presión (empuje), fricción (rotación) o desgaste (barrido), o por efectos combinados de ellos.
  • Perforación térmica: realizada mediante soplete o lanza térmica, plasma, fluido caliente o congelación.
  • Perforación química: realizada mediante microvoladura o por disolución.
  • Perforación hidráulica: provocada por efecto de un chorro de agua a alta presión, por erosión o cavitación.
  • Otros tipos de perforación: eléctrica, sónica, nuclear, etc.

 

La eliminación del detritus puede ser discontinua, en el caso de interrupción de la perforación y la eliminación mecánica del detritus, o continua, empleando un fluido en circulación (aire, agua o lodos) que, a su vez, refrigera el útil de perforación y sostiene las paredes de la perforación. La extracción hidráulica presenta dos variantes, la circulación directa y la circulación inversa.

Cuando se utiliza un fluido para extraer el detritus, la circulación directa se refiere a que el fluido de perforación y el detritus se elevan hacia la superficie entre las paredes del sondeo y el varillaje. La circulación directa es el sistema más empleado en perforaciones relativamente cortas (menos de 50 m) y hasta ahora ha sido universal en los martillos neumáticos.

Figura 2.- Extracción del material en una perforación

En cambio, con la circulación inversa, el fluido y el material se eleva por el interior del varillaje. En este caso se mantiene inundada la perforación, siendo el ascenso del material por depresión o por inyección forzada. Se emplea también con martillos en fondo. Este método tiene interés en formaciones relativamente blandas poco permeables, con fisuración débil, poco abrasivas y de paredes estables (arcillas, algunas formaciones yesíferas y sales potásicas, por ejemplo). Es un método seguro, pero más caro, aunque mejora la limpieza del sondeo, recupera detritus de mayor tamaño y aumenta la velocidad de perforación. Normalmente se emplea un sistema de doble pared, es decir, dos tubos concéntricos: por la cámara exterior se inyecta el fluido y por la interior asciende.

Figura 3.- Esquema de instalación en circulación inversa

La perforación en suelos es más sencilla que en roca, pero en numerosas ocasiones se necesita un sostenimiento de las paredes del sondeo para evitar su derrumbe. El sostenimiento se puede realizar mediante fluidos como el agua (equilibrio hidrostático) o lodos (películas tixotrópicas) que sirven, además, para la eliminación del detritus; o bien mediante entubaciones, que pueden ser provisionales o definitivas.

El lodo es una mezcla de agua y bentonita sódica (a veces, sepiolita) tratada, a la que en ocasiones se añade arcilla y algún aditivo. Esta mezcla forma una lámina o “cake” que impermeabiliza el sondeo, de forma que si se mantiene llena de lodo la perforación, la presión en la cara interna de la pared supera a la existente en el exterior, lo que permite la estabilidad de la pared.

En sondeos y perforaciones helicoidales, el residuo de la perforación se extrae con la propia hélice.

Según la resistencia a compresión de las rocas y el diámetro de perforación, se pueden delimitar distintos métodos de perforación, según se refleja en la Figura 4. Sin embargo, en obras de construcción, lo habitual son los métodos rotopercutivos en la perforación de rocas, mientras que en minería a cielo abierto, también se utiliza la perforación rotativa.

Figura 4.- Campos de aplicación de los métodos de perforación en función de la resistencia de las rocas y diámetros de los barrenos (ITGE, 1994)

Referencias:

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Ed. IGME. Madrid, 500 pp.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.

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Vagones y carros perforadores

Figura 1.- Vagón perforador montado en llantas BARI-JÚPITER, modelo JRD 120 (B)

En una entrada anterior se describió el sistema de montaje de perforación mediante jumbos. En esta entrada, el sistema de montaje será el de vagones y carros perforadores. Los vagones y carros perforadores son las unidades remolcadas o autoportantes que permiten trasladar martillos medianos o pesados, de accionamiento neumático o hidráulico, y que están pensadas para perforaciones a cielo abierto.

La mayoría de estos equipos disponen de un sistema de avance con potencia suficiente para alcanzar profundidades superiores a 50 m, longitud que rebasa el límite de los 20 m impuesto por las desviaciones que son más habituales en este tipo de perforación.

Los equipos más simples, diseñados para excavación en banco y explotación de minas y canteras, constan de un chasis remolcable sobre el que se apoya un martillo de fondo ligero montado sobre una deslizadera de unos 2-2,5 m con avance de cadena.

Los equipos pesados, con diámetro superior a 12 cm y 3 – 4 t, montados sobre orugas, disponen de una deslizadera de mayor longitud (5-6 m) y de un sistema de avance con la potencia adecuada al peso del varillaje o sarta de tubos que se requiere en perforaciones más profundas.

Figura 2.- Carro perforador FlexiROC D65 de Atlas Copco
Figura 3.- Componentes de un carro perforador Atlas Copco

 

Figura 4.- Perforadora montada sobre camión T455WS SCHRAMM

Os dejo algunos vídeos al respecto:

 

Referencia:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.

 

 

Esto me suena… las tuneladoras y el “Ciudadano García”

Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires [CC BY 2.5 ar (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/deed.en)], via Wikimedia Commons

Va siendo ya habitual colaborar de vez en cuando con el periodista José Antonio García Muñoz, conocido como Ciudadano García, sobre temas de ingeniería. Como ya he comentado en alguna entrada anterior, la labor de divulgación de las ciencias, y en particular de la ingeniería, resulta una tarea agradable y enriquecedora. Hoy hemos hablado sobre tuneladoras.

Tener la oportunidad de comunicar aspectos de nuestra profesión a más de 300.000 oyentes supone todo un reto, más si lo que se busca es transmitir de forma sencilla y para todo el mundo, aspectos técnicos que, a veces, solo somos capaces de hacerlo con colegas o estudiantes. Insisto, todo un reto y una oportunidad que se agradece.

Os dejo a continuación el audio por si queréis escucharlo. Se grabó en directo, y suena tal cual se hizo. Espero que os guste.

 

 

 

Libro Blanco de las Tecnologías sin Zanja

La Asociación Ibérica de Tecnología Sin Zanja (IbSTT) ha recopilado en un libro, en el cual he participado como autor de un capítulo, de las técnicas sin zanja más actuales, guías de Perforación Dirigida, así como Manuales de rehabilitación de tuberías sin zanja y buenas prácticas y casos de éxito a lo largo de un recorrido por 587 páginas distribuidas en 12 capítulos, con más de 500 imágenes a color, recopilando el temario, capítulo por capítulo y módulo por módulo, del Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías SIN zanja que llevamos impartiendo desde 2015 anualmente. En formato muy manejable de 15 cm. x 21 cm y tapa blanda.

Si quieres solicitar un ejemplar, puedes acudir a la página de IbSTT o bien acceder directamente aquí: https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSfIUusGTfTicMUnuzAmhifC1uHDpDrDj6dWW3S2BfSAP7mOlw/viewform 

Os paso a continuación el índice del libro por si os interesa:

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¿Cuáles son los coeficientes de seguridad de los materiales de un encofrado?

https://pl.m.wikipedia.org/wiki/Plik:Cassaforma_rampante_Destil.jpg

Los encofrados están formados por una composición de distintos materiales que, trabajando de forma conjunta, sirven como molde para el hormigón en estado fresco. En la Norma UNE 180201:2016 “Encofrados. Diseño general, requisitos de comportamiento y verificaciones“, se recogen los requisitos que deben cumplir dichos materiales.

Tanto el fabricante del material, como el fabricante de los elementos constitutivos de los encofrados, deben garantizar, mediante los ensayos correspondientes, las características mecánicas que expresan características resistentes de dichos materiales y del propio encofrado en su conjunto, mediante valores característicos obtenidos con un percentil del 5%.

Esos valores característicos se minoran con coeficientes (γM) de ponderación, para cada uno de los materiales, cuando se realizan los cálculos correspondientes al dimensionado de los elementos constitutivos de los encofrados.

  • En el caso del acero, se debe cumplir con la Norma UNE-EN 1993-1-1: “Proyecto de estructuras de acero. Reglas generales y reglas para edificios” (Eurocódigo 3). Para la comprobación en rotura, estado límite último, γM=1,05, salvo en tirantes y uniones, donde γM=1,25. Estos coeficientes se pueden ajustar con el nivel de constatación de la calidad de las características del material. Para la comprobación de la deformación en servicio, estado límite de servicio, γM=1,00.
  • En el caso del aluminio, se debe cumplir con la Norma UNE-EN 1999-1-1: “Proyecto de estructuras de aluminio. Reglas generales y reglas para edificios” (Eurocódigo 9). Para la comprobación en rotura, estado límite último, γM=1,10, salvo en tirantes y uniones, donde γM=1,25. Estos coeficientes se pueden ajustar con el nivel de constatación de la calidad de las características del material. Para la comprobación de la deformación en servicio, estado límite de servicio, γM=1,00.
  • En el caso de la madera, se debe cumplir con la Norma UNE-EN 1995-1-1: “Proyecto de estructuras de madera. Reglas generales y reglas para edificios” (Eurocódigo 5). La madera debe cumplir con una clase de duración corta y una clase de servicio 3. Para la comprobación en rotura, estado límite último, γM=1,30, sobre el que hay que aplicar el coeficiente  kmod con el valor indicado en dicha norma según el tipo y condiciones de madera utilizada. Para la comprobación de la deformación en servicio, estado límite de servicio, el valor del módulo de elasticidad a emplear es el valor medio Emedio sin ponderar, es decir,  γM=1,00.

 

En el caso de materiales compuestos, no existen normas disponibles. En este caso, el fabricante debe garantizar las características mecánicas del material compuesto, obtenidas mediante ensayos, mediante valores característicos obtenidos con un percentil del 5%.

 

¿Qué resistencia tiene que tener el hormigón para poder descimbrar?

En una entrada anterior ya se comentó la importancia que tiene determinar bien el plazo de descimbrado. No es un tema menor, pues existen importantes repercusiones tanto en la economía como en la seguridad del proceso constructivo. La determinación del plazo de descimbrado depende del momento en que el hormigón es capaz de soportar los esfuerzos durante la construcción. Por tanto, la edad mínima para proceder al descimbrado depende de varios factores como son la evolución de la resistencia y del módulo de deformación del hormigón, del curado, de la deformabilidad o de la proporción de la carga permanente que actúa en el momento de descimbrado. Para poder determinar este plazo mínimo se pueden considerar dos métodos. Los primeros se basan en la resistencia a tracción del hormigón y los segundos son los métodos propuestos por la EHE-08 en su artículo 74. Sin embargo, los plazos indicados por la EHE-08 no son compatibles con desencofrados rápidos.

Para realizar un descimbrado lo antes posible, es necesario determinar cómo se desarrollan las resistencias mecánicas del hormigón a corto plazo, lo cual va a depender fundamentalmente de la composición de la mezcla y de la temperatura. La resistencia que está directamente ligada con los fenómenos de anclaje y corte es la resistencia a tracción. Si bien esta resistencia a tracción no se considera directamente en el cálculo de estructuras de hormigón armado, resulta crítica para el cálculo de los plazos de descimbrado. Con todo, en algunos casos resulta ser la adherencia el aspecto crítico, pero a efectos prácticos se puede utilizar la resistencia a tracción como crítica para el descimbrado.

Así, si tenemos una estructura con una acción característica de proyecto y en el momento de descimbrar está sometida a una fracción de esta acción, podremos realizar el descimbrado si se cumple la siguiente condición:

Por simplificar, se llama:

donde fckt,j  es la resistencia a tracción del hormigón a los j días, fckt,28 es la resistencia a tracción del hormigón en curado estándar a los 28 días, γ’fg es el coeficiente de mayoración de acciones aplicable a la situación correspondiente al descimbrado (por tratarse de una situación temporal puede ser menor de la del proyecto, sin ser inferior a 1,25), γfg es el coeficiente de mayoración de acciones de proyecto (1,50 para situación persistente o transitoria de efecto desfavorable para una acción permanente de valor no constante, por ejemplo) y α es la relación entre la carga característica de construcción y la característica de la estructura. Conviene fijarse que γ’fg depende del nivel de control; así Calavera (2002) propone que sea de 1,30 para obras de control de ejecución intenso, de 1,35 para obras de control de ejecución normal y de 1,40 para obras de control reducido.

Si bien la fórmula anterior es correcta, la dificultad estriba en conocer con precisión los valores correspondientes. Así, un método de fácil ejecución en laboratorio consiste en averiguar la resistencia a tracción indirecta del hormigón mediante el ensayo brasileño. Para ello se deben curar las probetas en condiciones análogas a las de la estructuras, y mediante su ensayo a diferentes edades podemos determinar el momento en el que se alcanza el valor mínimo para poder descimbrar.

Otra forma de calcular el plazo de descimbrado consiste en utilizar curvas de referencia, que proporcionan la evolución de la resistencia a tracción en función de la temperatura y del tipo de cemento empleado. En la Figura 1, por ejemplo, se pueden ver las curvas confeccionadas por Alvarado et al. (2005) para un hormigón con resistencia característica a compresión de 25 MPa y endurecimiento normal. Para adecuar la evolución de la temperatura del hormigón en obra, se utiliza el método de madurez, que es una forma de evaluar la resistencia de hormigón recién colocado, relacionando el tiempo y las mediciones de temperatura a valores de resistencia reales. La norma UNE 83160-1 IN proporciona en su Anexo A un ejemplo de aplicación práctica de los métodos de madurez.

Figura 1. Curvas para determinar el plazo de descimbrado para un hormigón de 25 MPa y cemento de endurecimiento normal (Alvarado et al., 2005)

Por último, podríamos utilizar la relación que existe entre la resistencia a tracción directa y la resistencia a compresión. Así, la EHE-08 propone la siguiente relación, cuyo mayor inconveniente es que solo es válida para edades superiores a 7 días y para hormigones de resistencia característica menor o igual a 50 MPa:

sustituyendo las expresiones que relacionan la resistencia a tracción con la resistencia a compresión a edades jóvenes, se obtiene la siguiente condición de la EHE-08 (solo válida para edades superiores a 7 días):

Por otra parte, sabiendo que la resistencia a tracción pura ( fckt) está relacionada con la resistencia a tracción indirecta obtenida en el ensayo brasileño (f ‘ckt ) mediante la siguiente relación aproximada:

se puede concluir que la condición de descimbrado, en función de la resistencia a tracción el ensayo brasileño, sería la siguiente (solo válido para edades superiores a 7 días):

Sin embargo, esta expresión de la EHE-08 donde se requiere una resistencia característica mínima a compresión en el momento de descimbrar puede resultar poco restrictiva para determinados tipos de cementos. Para un cemento CEM II/A-V 42.5, Alvarado et al (2005) proponen la siguiente ecuación, más ajustada que la anterior, para determinar la resistencia a compresión necesaria para el momento del descimbrado:

Por último, como medida de precaución, a pesar de todo lo anteriormente expuesto, se recomiendo un plazo que no baje de 3 días para tener en consideración la incertidumbre inherente al cálculo de la evolución de resistencias del hormigón a edades jóvenes. Asimismo, tampoco se debería descimbrar con resistencias inferiores a los 10 N/mm2 por condiciones estéticas (cambio de color, desconchones, textura, etc.) si el paramento de hormigón tiene una finalidad concreta.

Referencias:

Alvarado YA, Calderón PA, Pallarés FJ, Pellicer T (2005). “Estimation of shore removal times in bidirectional in situ concrete floor slabs applying the maturity method”, Bangkok, Thailand.

Alvarado YA, Calderón PA, Adam JM, Payá IJ, Pellicer T, Pallares FJ, Moragues JJ, (2009). “An experimental study into the evolution of loads on shores and slabs during construction of multistory buildings using partial striking”, Engineering Structures, 31(9):2132-2140.

Calavera J (2002). “Calculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edificación”, INTEMAC, Madrid.

Calavera J, Fernández J (1991). “Cuaderno Nº 3: Criterios para el descimbrado de estructuras de hormigón”, INTEMAC, Madrid.

Calderón PA, Alvarado YA, Adam JM, (2011). “A new simplified procedure to estimate loads on slabs and shoring during the construction of multistorey buildings”, Engineering Structures (2011),

Fernández J (1986). “Estudio experimental de la evolución de las características mecánicas del hormigón curado en diversas condiciones y su aplicación al cálculo de los procesos de descimbrado”, Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Ministerio de Fomento (2008). “Instrucción de hormigón estructural. EHE-08”, Comisión Permanente del Hormigón, Madrid.