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Gánguil o pontón

Gánguil BOCAMI – FCC Construcciones, S.A. www.astillerosdeaviles.com

El gánguil, también llamado pontón o barcaza, es una embarcación plana, con una cántara o depósito donde se almacena el material dragado y que sirve para transportarlo hasta el lugar de vertido.

Presenta una capacidad entre 50 y 2000 m3. Pueden ser autopropulsados (mar abierto) o remolcados (aguas poco profundas).

Gangil. http://www.corpsnedmanuals.us

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10 mayo, 2017
 
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Turbina Francis

turbin4La turbina Francis, desarrollada por James B. Francis, es una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto. Son turbinas hidráulicas que se pueden diseñar para un amplio rango de saltos y caudales,  capaces de operar en desniveles que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica en centrales hidroeléctricas.  Son muy costosas de diseñar, fabricar e instalar, pero pueden funcionar durante décadas.

Estas turbinas presentan un diseño hidrodinámico que garantiza un alto rendimiento debido a las bajas pérdidas hidráulicas. Son robustas, con bajo costo de mantenimiento. Sin embargo, no se recomienda su instalación con alturas de agua mayores de 800 m ni cuando existen grandes variaciones de caudal. Asimismo es muy importante controlar la cavitación.

Espiral de entrada de una turbina Francis, Presa Grand Coulee.

Las partes de una turbina Francis son las siguientes:

  • Cámara espiral: distribuye uniformemente el fluido en la entrada del rodete. La forma en espiral o caracol se debe a que la velocidad media del fluido debe permanecer constante en cada punto de la misma. La sección transversal  puede ser rectangular o circular, siendo esta última la más utilizada.
  • Predistribuidor:  formado por álabes fijos que tienen una función netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral y conferirle rigidez transversal, que además poseen una forma hidrodinámica para minimizar las pérdidas hidráulicas.
  • Distribuidor: constituido por álabes móviles directores, cuya misión es dirigir convenientemente el agua hacia los álabes del rodete (fijos) y regular el caudal admitido, modificando de esta forma la potencia de la turbina de manera que se ajuste en lo posible a las variaciones de carga de la red eléctrica, a la vez de direccionar el fluido para mejorar el rendimiento de la máquina. Este recibe el nombre de distribuidor Fink.
  • Rotor o rodete: es el corazón de la turbina, pues aquí tiene lugar el intercambio de energía entre la máquina y el fluido. En forma general, la energía del fluido al momento de pasar por el rodete es una suma de energía cinéticaenergía de presión y energía potencial. La turbina convierte esta energía en energía mecánica que se manifiesta en el giro del rodete. El rodete a su vez transmite esta energía por medio de un eje a un generador eléctrico dónde se realiza la conversión final en energía eléctrica. El rotor puede tener diversas formas dependiendo del número específico de revoluciones para el cual esté diseñada la máquina, que a su vez depende del salto hidráulico y del caudal de diseño.
  • Tubo de aspiración: es la salida de la turbina. Su función es darle continuidad al flujo y recuperar el salto perdido en las instalaciones que están por encima del nivel de agua a la salida. En general se construye en forma de difusor, para generar un efecto de aspiración, el cual recupera parte de la energía que no fuera entregada al rotor en su ausencia.

 

Las turbinas Francis se pueden clasificar en función de la velocidad específica del rotor y de las características del salto:

  • Turbina Francis lenta: para saltos de gran altura, alrededor de 200 m o más
  • Turbina Francis normal: indicada en saltos de altura media, entre 200 y 20 m
  • Turbina Francis rápidas y extrarrápidas: apropiadas para saltos de pequeña altura, inferiores a 20 m

 

A continuación os paso un par de vídeos explicativos que espero os sean de utilidad:

Os paso un vídeo de una Turbina Francis de la Central Hidroeléctrica de la Presa Susqueda en funcionamiento produciendo 27,5 MW por caída hidráulica de 162 m.

 

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 212 pp.

16 enero, 2017
 
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El elevador de cangilones

Elevador de cangilones. A. Zona de carga; B. Zona de descarga.

Se entiende por elevador de cangilones el conjunto de una cadena sinfín de la cual van colgados cangilones iguales para el transporte del material. Consta de los siguientes elementos (ver figura):

  • Cangilones de transporte del material.
  • Un elemento sinfín sobre el cual se fijan los cangilones.
  • Una rueda motora superior y otra inferior, cuyos ejes de giro están en la misma vertical.
  • Un grupo motor de accionamiento, acoplado a la rueda superior.
  • Una caja, dentro de la cual se sitúan el elemento sinfín, los cangilones y las ruedas. En su parte superior lleva una boca de descarga, y en la inferior, la de carga.

La forma de los cangilones y la velocidad del elevador depende de los materiales a transportar. Suelen tener forma de cubeta con la parte superior abierta. Los cangilones se sujetan espaciados sobre una banda de algodón y goma o sobre una o dos cadenas. Aunque son normalmente verticales, pueden disponerse en planos inclinados. El sistema de descarga puede ser por gravedad o centrífugo.

 

Las velocidades de elevación varían entre 0.5 y 4 m/seg. La anchura de los cangilones puede llegar a 1,5 m. La altura de elevación puede ser de 50 m y más; y su capacidad, hasta 500 ó 600 m3/hora.

A continuación os dejo una animación de su funcionamiento.

Referencias:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp.

 

15 diciembre, 2016
 
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Trucos de obra: rellenar una barrera doble tipo New Jersey

Imagen: V. Yepes (1991).

Imagen: V. Yepes (1991).

¿Cómo se puede rellenar una doble barrera de hormigón tipo New Jersey de forma rápida y económica? Os voy a explicar un truco que utilizamos en una de mis primeras obras, cuando trabajaba en Dragados y Construcciones, allá por el año 1991. Se trata de la remodelación de la autovía V-30, una vía rápida de circunvalación de la ciudad de Valencia que permite un acceso rápido al Puerto de Valencia desde la A-7 en su tramo del By-pass de Valencia.

La solución fue ingeniosa y sencilla. Montamos en obra una máquina que constaba de una tolva sobre la que los camiones vertían el material. Esta tolva alimentaba una cinta transportadora que, directamente vertía el material entre las dos barreras tipo New Jersey. Esta tolva la empujaba un simple tractor. Al invento le llamamos Sirius 70, y alcanzamos producciones de unos 70 m3/h. Os dejo a continuación algunas fotografías de aquella época para que podáis ver lo que hicimos. Espero que os guste el truco y la anécdota.

Imagen: V. Yepes (1991)

Imagen: V. Yepes (1991)

 

Imagen: V. Yepes (1991)

Imagen: V. Yepes (1991)

 

Imagen: V. Yepes (1991)

Imagen: V. Yepes (1991)

 

Imagen: V. Yepes (1991)

Imagen: V. Yepes (1991)

 

Licencia de Creative Commons
Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Mini robots empleados en la demolición

precisionLa innovación en la maquinaria de la construcción avanza hacia la especialización y la autonomía de los equipos. Así hoy día existen equipos de demolición de elevada potencia capaces de funcionar mediante mando a distancia con bluetooth, incluso a 100 m sin peligro de interferencias y con seguridad para el operario. Esto es especialmente interesante en trabajos en zonas peligrosas con desniveles o con accesos reducidos. Si además funcionan de forma eléctrica, es posible su uso en recintos cerrados al no provocar humos de combustión. Sin embargo los usos también se encuentran fuera de la ingeniería civil, como es el caso de la manipulación de escombros o la realización de trabajos en altas temperaturas como acerías y fundiciones, limpiar hornos en cementeras, o trabajos en túneles y galerías en el sector minero.

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A continuación os dejo un vídeo explicativo de los robots de Husqvarna, que espero os sea de utilidad.

husqvarna2

 

 

29 septiembre, 2016
 
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Trituradoras giratorias

755170453_270Estas máquinas trituran el material que se recibe de la cantera. Aparecen en los EE.UU. (1879) y se comercializan a partir de 1881 bajo el nombre de trituradores giratorios Gates y en Europa aparecen a partir de 1920. Son equipos que trituran el material por compresión, al igual que las machacadoras de mandíbulas, pero utilizando una pieza troncocónica, denominada “nuez”, que se mueve excéntricamente en el interior de un espacio limitado por una pared troncocónica invertida, denominada “bastidor”, “carcasa” o “cóncavo”. El eje del cono móvil se suspende por su parte superior a un travesaño en arco que se apoya en el anillo cóncavo de la trituradora. (más…)

24 mayo, 2016
 
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Maquinaria en la Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

Figura 1. Perforación Horizontal Dirigida. http://www.construtec.es/

Figura 1. Perforación Horizontal Dirigida. http://www.construtec.es/

Actualmente existe una gran variedad de máquinas empleadas en la PHD. En la Tabla 1 se recoge una clasificación en función de la fuerza máxima de tiro, el par máximo y el peso (IbSTT, 2013). Más del 90% de las máquinas se pueden clasificar como pequeñas o medianas, con una fuerza máxima de tiro de 250 kN. Con estas características, se pueden colocar diámetros que oscilan entre los 50 mm y los 2200 mm, e incluso llegar a 3 km de conducción si se dan las circunstancias favorables. Aunque las máquinas estándar y más versátiles del mercado suelen tener 500 kN de tracción, las mayores tiran unos 2000 kN. Resulta interesante en este sentido el trabajo de Gierczak (2014) donde se realiza una valoración cualitativa de los riesgos inherentes a los proyectos PHD. Además, estas máquinas presentan una gran variedad de sistemas de guiado, cabezas de perforación, de ensanchamiento y otros accesorios (Figura 2).

Tabla 1. Clasificación de máquinas para la perforación horizontal dirigida (IbSTT, 2013)

Tabla 1. Clasificación de máquinas para la perforación horizontal dirigida (IbSTT, 2013)

Figura 7. Mandriles de cabeza de tiro. Imagen de Terra Trenchless Technologies

Figura 2. Mandriles de cabeza de tiro. Imagen de Terra Trenchless Technologies

Las pequeñas acometidas utilizan sistemas Mini-PHD (Figura 3) en las que la dirección de la cabeza de perforación se logra gracias al corte en bisel que presenta la propia broca. En los sistemas Maxi-PHD se utiliza una camisa doblada para desviar el eje del cabezal de corte, además de un tubo de lavado (“washover”) o una camisa con un gran diámetro interno, dentro de la que se desliza la sarta de perforación. A pesar de la gran variedad de máquinas y fabricantes, los equipos están montados sobre tráiler, sobre orugas o por módulos. El sistema modular suele ser la mejor opción para los equipos de mayor potencia, por su facilidad y rapidez de acoplamiento. Para obras de fácil acceso y para facilitar el transporte, lo mejor sería montar el equipo sobre un tráiler, pero si tenemos problemas de movilidad, mejor sería montarlo sobre orugas.

Figura 8. Mini-PHD para acometidas modelo GRUNDOPIT. Imágenes de Sistemas de Perforación S.L.U.

Figura 3. Mini-PHD para acometidas modelo GRUNDOPIT. Imágenes de Sistemas de Perforación S.L.U.

Los rendimientos de las máquinas PHD dependen del tipo de terreno (ver Tabla 2), pero también de aspectos gerenciales, medioambientales o de las condiciones de la tubería. Zayed y Mahmoud (2013) analizan todos los factores que influyen en la productividad. Predecir la producción y los costes que va a tener un equipo de estas características puede ser complejo (Yepes, 2015); en este sentido Zayed y Mahmoud (2014) proponen técnicas basadas en la lógica difusa para su predicción.

Tabla 2. Valoración de la aplicabilidad de la técnica PHD en función del material (Hair, 1994).

Tabla 2. Valoración de la aplicabilidad de la técnica PHD en función del material (Hair, 1994).

Así, lo más favorable son arcillas homogéneas, mientras que los materiales granulares presentan problemas de estabilidad, sobre todo bajo nivel freático. Además, las gravas pueden acelerar el desgaste de la cabeza de perforación. Wang y Sterling (2007) han estudiado el comportamiento de la PHD en arenas flojas o mezclas de arenas y gravas, que son los terrenos más problemáticos. En el caso de roca, las máquinas deben contar con motores de lodos que accionen las cabezas cortadoras. Existen incluso máquinas con doble varilla en el que el tubo interior hacer rotar la cabeza cortadora de roca y el exterior proporciona la dirección de perforación; sin embargo, estas máquinas son de pequeño diámetro y longitud de perforación. Otra opción es combinar la percusión con el empuje y la rotación.

En cuanto al emplazamiento de las máquinas, éstas se instalan en superficie, aunque en ocasiones se implantan en un foso. Las de superficie se desplazan mediante orugas, aunque si son muy grandes a veces se requieren medios de transporte. Con todo, son necesarios pequeñas excavaciones para conectar los extremos de los tramos de tubería. Las máquinas emplazadas en fosos se usan normalmente para tramos cortos y rectos, con ligeras desviaciones. Esta circunstancia también restringe la longitud de la sarta de perforación.

Las máquinas PHD presentan dos características comunes, un soporte que empuja la sarta de perforación para la perforación piloto y luego tira de ella y del tubo durante el ensanchamiento (Figura 4), y un motor que hace girar la sarta de perforación, junto con la cabeza de perforación o de ensanche. El empuje suele ser hidráulico, y la inclinación del soporte está inclinada entre 10º y 20º respecto a la horizontal. Si la máquina se emplaza en un foso, la reacción necesaria la proporcionan las caras de la excavación. Las máquinas de superficie se anclan al suelo para su estabilización.

Figura 9. Conexión del escariador a la tubería. Imagen de Apollo Trenchless, Inc.

Figura 4. Conexión del escariador a la tubería. Imagen de Apollo Trenchless, Inc.

La sarta de perforación está formada por tubos que están sometidos a grandes esfuerzos, tanto de tracción como de compresión por el empuje y tiro de la máquina, así como de torsión por el par de rotación. Además deben ser flexibles para adaptarse a los cambios de dirección de la perforación y ligeros para facilitar su transporte. Y por supuesto, resistentes a la abrasión y al desgaste. Cheng y Polak (2007) presentan un modelo teórico para el dimensionamiento de las tuberías y Yang et al. (2014) proporcionan un modelo dinámico determinar los esfuerzos de tiro. Las máquinas emplazadas en superficie usan tubos de entre 3 y 9,6 m de longitud, mientras que las situadas en un foso requieren tramos más cortos, entre 0,3 y 1, 5 m. Estos tramos suelen roscarse entre sí, aunque también hay conexiones tipo bayoneta. La tubería se incorpora a la perforación por tramos cargándose por un sistema automático de la máquina (Figura 5). Los tramos se pueden roscar o desenroscar de forma automática para acelerar la producción y seguridad de las operaciones.

Figura 10. Sistema de carga de tramos de tubería. Imagen de Zemin Arastrima Merkezi, Corp.

Figura 5. Sistema de carga de tramos de tubería. Imagen de Zemin Arastrima Merkezi, Corp.

A continuación os dejo un vídeo explicativo que espero sea de vuestro interés.

Referencias:

  • Cheng, E., and Polak, M. A. (2007). Theoretical model for calculating pulling loads for pipes in horizontal directional drilling. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 22, No. 5-6, pp. 633-643.
  • Gierczak, M. (2014). The qualitative risk assessment of mini, midi and maxi horizontal directional drilling projects. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 44, pp. 148-156.
  • IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.
  • Wang, X., and Sterling, R. L. (2007). Stability analysis of a borehole wall during horizontal directional drilling. Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 22, No. 5-6, pp. 620-632.
  • Yang, C. J., Zhu, W. D., Zhang, W. H., Zhu, X. H., and Ren, G. X. (2014). Determination of pipe pullback loads in horizontal directional drilling using an advanced computational dynamic model. Journal of engineering mechanics, Volume 140, No. 8, 04014060.
  • Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
  • Yepes, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp.
  • Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.
  • Zayed, T., and Mahmoud, M. (2013). Data acquisition and factors impacting productivity of horizontal directional drilling (HDD). Tunnelling and Underground Space Technology, Volume 33, pp. 63-72.
  • Zayed, T., and Mahmoud, M. (2014). Neurofuzzy-based productivity prediction model for horizontal directional drilling. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, Volume 5, No. 3, 04014004.
20 abril, 2016
 
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Rueda compactadora para zanjas

Rueda compactadoraLos compactadores habituales de zanjas consisten en un vehículo con una rueda vibrante adosada. La rueda compacta el fondo de la zanja a medida que el vehículo se desplaza. Las ruedas pueden ser lisas o de patas apisonadoras. Normalmente son accesorios que se adaptan a excavadoras, aunque hay máquinas específicas al efecto.

La rueda compactadora apisona superficies después de instalar líneas de corriente o conductos de agua y otras zanjas poco profundas en patios, campos de golf, etc. Este compactador con ruedas comprime la superficie de zanjas de 10 a 30 cm de ancho y de hasta 122 cm de profundidad. La caja de vibración aislada ofrece un doble engranaje bañado en aceite para que su vida útil sea larga y no presente problemas.

Rueda compactadora 2

Compactadora de zanjas Vermeer

A continuación podéis ver un vídeo de una rueda compactadora con patas apisonadoras.

Referencias:

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp.

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

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág.

6 abril, 2016
 
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Costes de explotación en la maquinaria de obras públicas

Portada costes¿Sabíais que hoy día el éxito económico de una obra pasa por la correcta gestión de la maquinaria empleada? La mecanización del trabajo en cualquier obra civil o de edificación es totalmente necesaria desde la perspectiva técnica, económica, humana e incluso jurídica. Las máquinas, que nacieron con el propósito de liberar al hombre de los trabajos más penosos, se han convertido en herramientas para producir más, más barato y con mejor calidad. Han permitido abreviar la realización de trabajos que en otros tiempos parecían imposibles y, por consiguiente, han conseguido acelerar la acción del hombre sobre su entorno más inmediato. La adjudicación de un contrato suele requerir de la empresa constructora la disposición de la maquinaria adecuada que garantice los plazos, las calidades y la seguridad de la obra. Además, determinadas unidades de obra no son factibles sin el uso de la maquinaria, tales como las inyecciones, el pilotaje, los dragados, cimentaciones por aire comprimido, etc. En otros casos, la realización manual de hormigones, compactaciones de tierras, etc., no podría satisfacer las elevadas exigencias de los pliegos de condiciones técnicas vigentes.

Las máquinas suponen fuertes inversiones para las empresas constructoras, que si bien son menores en obras de edificación, mayores en obras de carreteras e hidráulicas, son importantísimas en obras portuarias. El índice de inversión en maquinaria, calculado como la relación entre el valor anual de adquisición de maquinaria y la obra total anual, varía entre el 3 y el 13%. Se evalúa entre el 13% y el 19% el índice de mecanización -valor del parque de maquinaria respecto a la producción anual- de las firmas constructoras.

¿Cómo podemos calcular los costes de la maquinaria? Os paso un Polimedia divulgativo acerca de los costes de explotación de la maquinaria. Espero que os guste.

Referencias:

YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5.

8 enero, 2016
 
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¿Cómo seleccionar un equipo de compactación?

compactador-monocilindro-41153-4514107¿Por qué es habitual compactar con el primer compactador que tenemos en obra? Grandes errores y pérdidas económicas han sufrido más de una obra de movimiento de tierras por no acertar con el equipo de compactación adecuado. No es un tema fácil, pues requiere conocer con cierto detalle no sólo las características del compactador, sino también el tipo de suelo, sus características de humedad, granulometría, etc., y además, las condiciones de trabajo que vamos a imponer a esta unidad de obra. Vamos, pues, a intentar divulgar algunas ideas en torno a este tema para complementar otros posts anteriores como el que dedicamos a la curva de compactación o al tramo de prueba. (más…)

7 enero, 2016
 
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