Introducción a la optimización heurística en ingeniería

Este pasado mes de octubre, estando como profesor visitante en la Universidad Católica de Chile, tuve la oportunidad de impartir un seminario introductorio a la optimización heurística en ingeniería. A continuación os paso la presentación. Espero que os guste.

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Tuneladoras EPB: Escudos de presión de tierras

Dulcinea (Herrenknecht EPB Shield S-300). 4.364 toneladas de peso, longitud: 100 m (aprox.), diámetro exterior: 15,20 m, empuje: 316.000 kN, rendimiento máximo: 36 m/día y una potencia de 22.000 kW

Las tuneladoras EPB (en inglés, Earth Preasure Balance),  son escudos de presión de tierras que se utilizan normalmente  en la excavación de terrenos cohesivos. Pertenecen al grupo de tuneladoras que denominamos escudos, y que se diferencian de los topos por la carcasa metálica exterior que sostiene provisionalmente el frente de avance hasta que se coloca el sostenimiento definitivo. Los escudos EPB han sido utilizados con éxito en la construcción de túneles, aunque también puede utilizarse con la técnica de hinca de tubos. Como ventajas se encuentran sus elevados rendimientos, trabajando incluso bajo el nivel freático, su versatilidad y respeto medioambiental, aunque requieren de una elevada inversión económica.

El sostenimiento del frente de excavación se realiza con la propia tierra excavada, que se aloja en una cámara de extracción para mantener la presión sobre el frente y minimizar asientos en superficie. Esta función se puede reforzar añadiendo espumas al material extraído, lo cual amplía la aplicabilidad de la máquina, al aumentar la plasticidad de los terrenos.

El material se extrae mediante un tornillo de Arquímedes, que en función de su velocidad de extracción y bajo el control de la fuerza de avance proporcionada por los cilindros de propulsión, permite controlar la presión de balance de las tieras. El material excavado se deposita en una cinta transportadora a través de un tornillo sinfín. El transporte del material al exterior se realiza mediante vehículos sobre raíles o camiones.

El sostenimiento definitivo del túnel se consigue mediante un revestimiento de dovelas prefabricadas, formadas normalmente por unas siete piezas. En el siguiente enlace, se muestra un esquema con los componentes principales de nuestra tuneladora EPB para la colocación de dovelas.

 

 

Esquema básico de un escudo EPB

 

1.   Rueda de Corte.
2.   Accionamiento.
3.   Cámara de excavación.
4.   Sensor de presión.
5.   Esclusa de aire comprimido.
6.   Erector de dovelas.
7.   Dovelas.
8.   Cilindros de propulsión.
9.   Cinta transportadoras
10. Sinfín de extracción.

 

 

Esta máquina puede dividirse en tres partes principales:  el escudo y rueda de corte, el back up y el tren de avance. El escudo es la parte principal, donde se encuentra la rueda de corte, los cilindros de empuje y los de guía; también se aloja en esta parte el tornillo sinfín y el erector de dovelas, entre otros. El back up, que normalmente tiene más de 80 m de longitud, aloja la cabina de mando, los motores principales, la cinta de extracción de tierras, la ventilación, el transformador eléctrico, el equipo inyector de espuma y mortero así como las vías del tren. Por último, el tren dispone de vagones para el escombro, un vagón para el mortero de relleno y algún vagón para el transporte de material o personal.

Pero una imagen vale más que mil palabras. Os paso varios vídeos sobre el funcionamiento de estas máquinas que espero os gusten.

https://www.youtube.com/watch?v=g4XGQ9H2YP4

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

Construcción de chimeneas mediante la plataforma trepadora Alimak

http://www.subterranea.com.pe/obras.html

La plataforma trepadora ALIMAK se emplea, desde 1957, en la perforación de chimeneas donde no es posible el acceso superior (frente al Jaula Jora o Raise Boring), necesitando un nivel de trabajo en el subsuelo. Es un método flexible y económico. Consta de los siguientes elementos: jaula, plataforma de trabajo, motores de accionamiento, carril guía y elementos auxiliares. La elevación de la plataforma se realiza a través, de un carril guía curvado empleando motores de aire comprimido, eléctricos o diésel. La fijación del carril a la roca se lleva a cabo con pernos de anclaje, y tanto las tuberías de aire como de agua necesarias para la perforación, ventilación y el riego se sitúan en el lado interno del carril guía para su protección.

Las fases en la construcción de la chimenea son las siguientes:

  1. perforación y carga de los barrenos (operación realizada con martillo perforador)
  2. descenso de la plataforma y voladura (cada vez que hay una voladura, hay que retirar la plataforma)
  3. ventilación y riego
  4. elevación de la plataforma y saneo del techo.

 

Entre las ventajas de estos equipos se encuentran las siguientes: se pueden usar en chimeneas de pequeña o gran longitud y en cualquier inclinación (la chimenea más larga efectuada hasta ahora tiene 1.040 m y una inclinación de 45º; es posible cambiar la sección y geometría de la chimenea cambiando la plataforma; se pueden excavar secciones desde 3 a 30 m2; es posible cambiar la dirección e inclinacion de las chimeneas mediante el uso de carriles curvos y, además, es fácil extraer los detritus.

Os dejo un pequeño vídeo donde se puede ver este procedimiento constructivo.

Referencias:

López Jimeno, C. (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. 2ª edición. Instituto Tecnológico Geominero de España, IGME. Madrid.
Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.

Construction Management. Wiley Blackwell

Construction Management

Eugenio Pellicer, Víctor Yepes, José C. Teixeira, Helder P. Moura, Joaquín Catalá
ISBN: 978-1-118-53957-6
336 pages
November 2013, Wiley-Blackwell

Human beings build houses, roads, bridges, tunnels, ports, airports, factories, shopping centres, offices, warehouses, etc. Public and private organisations participate in the execution of these projects with the collaboration of architects, engineers, companies, financial entities, etc. The scope of the “construction” term includes the primary sector (quarries), secondary sector (equipment and construction materials) and tertiary sector (engineering and architecture consulting companies), that is, industrial, commercial and service activities. Therefore, it includes private initiatives and the activities of the public administrations.

Construction is set within a sensitive socio-political environment, affected by the need to protect the fundamental rights of persons, such as public health, homes, road safety, environmental integration, etc. It is easy to understand the problems in establishing a set of economic activities in an ordered and coherent framework, taking place in an environment with many players from various sectors , with conflicting interests and branches towards many other economic sectors. In a broader sense, construction is an important motor and, at times, an obstacle to economic growth.

In view of this scenario, this book is focused exclusively in the construction phase of that process. The contractor’s point of view is chosen, even though the links with the owner are always taken into account. An envisioned outline of the management at the construction site is looked for, from the signing of the contract to the beginning of the operational phase.

Aiming to develop a useful and applied text for students in post-graduate construction programmes, five authors work together. They all have a wide experience in the construction industry; in fact, this book is based on their previous experience in several Leonardo da Vinci projects financed by the European Union. Four of the authors develop their main task as professors in two different universities: Eugenio Pellicer, Víctor Yepes and Joaquín Catalá at the Universitat Politècnica de València, and José Teixeira at the Universidade do Minho; Helder Moura works for the Portuguese Highway Agency. Each author has led those chapters in which they can add more value to the work due to their professional and academic practice. Nevertheless, all of us have contributed to the whole. Continue reading “Construction Management. Wiley Blackwell”

¿Qué son las machacadoras de mandíbulas?

Machacadora tipo DaltonLas trituradoras de mandíbulas están diseñadas para superar las necesidades de trituración primaria de los clientes de los sectores de canteras, minería y reciclaje. Se aplica principalmente en la trituración gruesa y media de las materias de resistencia a compresión no mayor a 320MPa, caracterizada por alta relación de reducción, alta producción, granulosidad homogénea, estructura sencilla, funcionamiento fiable, mantenimiento fácil, coste de operación económico, etc.

Constan de una cámara, llamada “de machaqueo” de forma prismática. Sus caras superior (por donde entra el material) en inferior (por donde sale triturado) son abiertas. De las otras caras, dos forman mandíbulas dispuestas en “V”: una fija y otra oscilante por biela excéntrica y placas de articulación. El retroceso de la mandíbula móvil se debe a un vástago con muelle. Las mandíbulas se protegen piezas de acero al manganeso para evitar un desgaste prematuro.

La rotura fundamental es por compresión. El retroceso de la mandíbula permite a los fragmentos descender hasta la parte más estrecha. Se obtiene un material lajoso y con tendencia a ser un material uniforme con pocos finos (mal graduadas). Normalmente no se admiten bloque que sean superiores a 0,75 veces el tamaño de la boca.

No se aconsejable la trituración de material pegajoso, pues atascaría el aparato y disminuiría la producción. El número de compresiones por minuto habitualmente oscila entre 150 y 300, aunque pueden ampliarse este rango de 50 a 750. La razón de reducción alcanzada está entre 4 y 8.

Si disminuimos la salida, conseguimos un tamaño menor del producto resultante, aumentamos los finos y la energía necesaria, mejoramos la forma del producto, pero reducimos la producción. Ésta producción depende, entre otros factores, del tipo de alimentación (la clase de material, la distribución del tamaño, sus características de fractura o su contenido de humedad), del tipo de operación (disposición de la alimentación) y del reglaje de descarga.

Se pueden clasificar las machacadoras de mandíbulas en doble efecto (también llamadas tipo “Blake” o de doble articulación) y las de simple efecto (tipo “Dalton” o de articulación única).

Machacadora de mandíbulas de doble efecto

Se trata de una mandíbula móvil accionada por un balancín articulado en su parte superior. Son un 20-30% más pesadas que las de simple efecto, más caras y de menor producción. No presenta movimientos de deslizamiento entre mandíbulas (como en simple efecto). Por ello sólo son usadas con material extraduro o muy abrasivo, nunca con materiales plásticos.

Machacadora Blake
Machacadora de mandíbulas de doble efecto, o tipo “Blake”

 

Machacadora de simple efecto

Trituradora de mandibula de simple efecto o tipo “Dalton” difiere de la anterior en que la mandíbula móvil va montada directamente sobre un balancín que está suspendido en la parte superior por el eje, excéntricamente y el movimiento está dado por el motor. La mandíbula simple hace de “biela” en un movimiento elíptico.

Tritura por compresión (parte superior) y por fricción (parte inferior). Son más utilizadas por su mayor producción, menor precio y menor apelmazamiento en la cámara. No es adecuada para materiales abrasivos. Da un producto triturado más fino.

Machacadora de mandíbulas de simple efecto, o tipo “Dalton”

 

Os paso a continuación varios vídeos explicativos que espero que os sean de interés.

 

Referencias:

FUEYO, L. (1999). Equipos de trituración, molienda y clasificación: tecnología, diseño y aplicación. Editorial Rocas y Minerales. 1ª edición. Fueyo Editores. Madrid, 371 pp. ISBN: 84-923128-2-3.

LÓPEZ JIMENO, C. (1998). Manual de áridos. 3ª edición. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 607 pp. ISBN: 84-605-1266-5.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia.

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

¿Qué ingeniería podemos destacar en el periodo bizantino?

Santa Sofía, en Estambul

La ingeniería romana declinó después de 100 d.C., siendo a partir de ese momento sus avances modestos. De hecho, hay quien opina que uno de los factores clave que contribuyeron a la caída del Imperio Romano, fue, precisamente, el estancamiento producido en la ciencia y la ingeniería. Aunque el año 476 d.C. indica dicha caída, es probable que las leyes impuestas cerca de 301 d.C. por Diocleciano, por las que pretendía reformar el control de precios y salarios, fuesen el inicio del declive. Dichas leyes, orientadas a proporcionar estabilidad económica, obligaban a todo hombre del imperio a seguir el oficio de su padre. No deja de sorprender cómo las crisis económicas no son algo nuevo. Pero sigamos con lo que estamos. Continue reading “¿Qué ingeniería podemos destacar en el periodo bizantino?”