La sujeción de fachadas mediante apeos se realiza en aquellas ocasiones en que se desea la conservación de la fachada de un edificio, bien por su interés arquitectónico bien por el valor que esta imprime al espacio público que delimita, mientras este se demuele y se reconstruye una nueva estructura que la sustente. El diseño, el cálculo y la ejecución del apeo se realizará para mantener la fachada “colgada” en su posición original garantizando su estabilidad y evitando su desplome por acciones horizontales durante la demolición del edificio y hasta que la fachada este correctamente unida a la nueva estructura.
Os dejo un pequeño vídeo donde se explica este procedimiento constructivo de forma sencilla. Espero que os guste.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.
Las nuevas tecnologías han servido para facilitar la labor docente en la asignatura de “Procedimientos de construcción“. Aún me acuerdo cuando en los años 80 nuestro profesor Hermelando Corbí nos enseñaba catálogos de máquinas y con un proyector de opacos intentaba explicarnos el funcionamiento de algún medio auxiliar. Tarea algo complicada cuando de lo que se trata es explicar la obra en las cuatro paredes del aula. El Power point, los vídeos o las animaciones en 3D han provocado tirar a la basura kilos de transparencias que, hasta hace apenas 10 años, utilizábamos como herramienta habitual en la exposición de nuestras clases.
Hoy día las nuevas tecnologías son capaces de traer las obras no sólo a clase, sino a la casa de todos y cada uno de nuestros futuros ingenieros. Como ejemplo quería mostraros un vídeo sobre el proceso de trepa de una grúa torre, proceso difícil de explicar en la pizarra o con transparencias.
La grúa torre trepadora constituye un medio auxiliar para el izado de cargas que se instala sobre la estructura de una obra en curso de construcción y que se desplaza de abajo hacia arriba por sus propios medios al ritmo y medida que la construcción progresa. Os paso un par de vídeos que espero os gusten y la referencia del libro de apuntes que usamos en clase.
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, 210 pp.
Figura 1. Suelo mejorado con cemento. https://www.360enconcreto.com/blog/detalle/caracteristicas-del-suelo-cemento-que-y-para-que
No siempre se encuentra el suelo adecuado que garantice la estabilidad y durabilidad de una explanada. Si se une a ello la creciente importancia medioambiental y la presión social por minimizar la apertura de nuevos préstamos y vertederos necesarios para el movimiento de tierras de una infraestructura, es evidente el esfuerzo necesario en utilizar materiales calificados como tolerables, marginales e incluso inadecuados. La estabilización permite reemplazar un suelo de baja calidad por otro estabilizado y mejorado. Se trata de una de las técnicas más antiguas y utilizadas en bases y subbases para uso vial. No obstante, el espesor de la capa del suelo a tratar es relativamente pequeño, por lo que algunos autores no la consideran como una técnica de mejora de terrenos.
La estabilización de un suelo mejora o controla su estabilidad volumétrica, aumenta su resistencia y el módulo esfuerzo-deformación, mejora su permeabilidad y durabilidad y reduce su susceptibilidad al agua. Se requieren ensayos de laboratorio y pruebas de campo para evaluar el rendimiento de la técnica. Se aprovechan los suelos de baja calidad, evitando su extracción y transporte a vertedero, aumenta su resistencia a la erosión, a la helada y otros agentes climáticos, permite la circulación por terrenos impracticables y obtiene una plataforma estable de apoyo del firme de infraestructuras lineales que colabore estructuralmente con el mismo.
Figura 2. Maquinaria para la estabilización de suelos. Fuente: M. López-Bachiller
La compactación y el drenaje del agua son los procedimientos más sencillos de estabilización. Asimismo, se puede mezclar dos o más suelos para obtener un suelo de mejor granulometría, plasticidad o grado de permeabilidad. También se logra mediante aditivos que actúan física o químicamente sobre las propiedades del suelo. Los más utilizados son el cemento y la cal, pero también se usan cenizas volantes, escorias granuladas, puzolanas, ligantes hidrocarbonados fluidos, cloruro cálcico, cloruro potásico, etc. Por tanto, la estabilización puede ser mecánica o química.
La estabilización mecánica se emplea en las explanadas de carreteras mediante compactación o por mezcla del suelo existente con otro de aportación. Por ejemplo, en presencia de un suelo granular sin finos se agregaría otro con finos y cierta plasticidad para conseguir una mezcla de mayor cohesión más fácil de compactar y menos permeable.
El tipo de suelo, el porcentaje de aditivo y la ejecución de la mezcla influyen en el grado de estabilización química. Se denominan suelos mejorados cuando se añaden pequeñas cantidades de aditivo para mejorar ligeramente el suelo. No obstante, ciertos suelos de buena granulometría y pequeña plasticidad mejoran considerablemente con porcentajes mínimos de aditivo.
La estabilización química puede realizarse “in situ” o bien realizarse la mezcla en central. Asimismo, en función de la profundidad del tratamiento, la estabilización puede considerarse como un método de mezcla profunda (“deep mixing method”) o una estabilización en masa (“mass stabilization”). La mezcla profunda de suelos podría clasificarse también como una técnica de mejora por inclusiones rígidas. También podrían incluirse aquí las mezclas de suelos realizadas mediante inyecciones o mediante jet grouting. También es posible dividir la estabilización de suelos en técnicas de mezcla húmeda (“wet soil mixing”), por ejemplo, en el caso de lechadas de cemento, y mezcla seca (“dry soil mixing”), como es el caso de las mezclas con cal y cemento.
Aquí os he grabado un pequeño vídeo introductorio a esta técnica.
Asimismo, os dejo algunos vídeos al respecto para que veáis el procedimiento constructivo. Espero que os gusten.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.
El sistema de lanzamiento consiste en el desplazamiento horizontal de secciones prefabricadas (vigas o dovelas) de un puente. Para ello se utiliza una viga lanzadora que cubre la distancia entre un estribo y la pila más próxima o entre dos pilas sucesivas. A través de esta lanzadora se desplazan los elementos hasta que son colocados en su posición definitiva.
A continuación os paso un vídeo de la construcción del Viaducto en Egea (Huesca), donde podremos ver el primer tablero hiperestático prefabricado con vano mayor de 60 m montado con lanzavigas. Constituye un hito mundial a nivel constructivo. Destacan los más de 50 m de altura de pilas y una longitud de más de 153 m.
Os paso también un reportaje de Aragón TV sobre el mismo tema:
Figura 1. Compactación dinámica. https://civildigital.com/ground-improvement-techniques-complete-list-of-methods-classifications/
La compactación dinámica (“dynamic compaction”, DC) es una técnica que mejora la capacidad portante de los suelos mediante al dejar caer una masa desde cierta altura. El nombre de compactación dinámica no refleja con exactitud los procesos reales de carga y transmisión de energía, por lo que también suele llamarse compactación dinámica profunda (“deep dynamic compaction”). Uno de los mitos de la compactación dinámica es que se trata de un tratamiento superficial del suelo debido a que las cargas se aplican en la superficie. Pero, a diferencia de la compactación superficial, es un proceso de densificación que llega a profundidades de 10-12 m. Tras el impacto, se crean cráteres de hasta dos metros o más de profundidad, que deben ser rellenarse y compactar. La densificación en profundidad se produce como resultado de la energía de las ondas dinámicas que se transmite a través del suelo. El tratamiento se aplica en edificios industriales, plataformas portuarias y aeroportuarias, terraplenes viarios y ferroviarios, etc. Además, es idóneo para obras extensas, con rendimientos de más de 10000 m2 por mes.
El principio de dejar caer grandes masas sobre la superficie del suelo para mejorarlo en profundidad se ha empleado desde hace tiempo. Menard y Broise (1976) hacen referencia a dibujos muy antiguos que sugieren que la técnica se utilizó en China desde hace centurias. Los romanos también la utilizaron en sus construcciones antes del 100 a.C. En los Estados Unidos se empleó un antiguo cañón para compactar ya en el año 1871 (Lundwall, 1968). También en la antigua Unión Soviética se compactaron loess con buenos resultados, si bien con pesos y alturas de caída mucho menores a las actuales (Faraco, 1980). En los años 40 se empleó este procedimiento constructivo en la construcción de un aeropuerto en China y un área portuaria en Dublín. Sin embargo la técnica actual se puede fechar en 1970, cuando Louis Menard patentó este método en Francia, favorecido sin duda por la aparición de las gigantescas grúas montadas sobre orugas. En Gran Bretaña y en Estados Unidos se empezó a utilizar en los años 1973 y 1975, respectivamente.
Hoy en día, es habitual el uso de pesos que oscilan entre 1 y 30 t, con alturas de caída de entre 10 y 30 m, a veces más. Los pesos son de acero para soportar las fuerzas dinámicas repetitivas. Normalmente, se utiliza una grúa para dejar caer el peso, aunque también existen equipos especiales. Las grúas deben permanecer en buenas condiciones pues no se diseñan para cargas dinámicas repetitivas.
Figura 2. Esquema de la ejecución de la compactación dinámica. Cortesía de Menard
Este tipo de tratamiento depende de las características del suelo y de la energía empleada. En principio, se puede utilizar en suelos granulares, saturados o no. Asimismo, ofrece buenos resultados en rellenos artificiales heterogéneos, que difícilmente se mejorarían con otros procedimientos. La mejora se traduce en un aumento de la capacidad portante y una reducción de los asientos, incluidos los diferenciales. Es un método bien adaptado y empleado para prevenir la licuefacción de suelos. La compactación dinámica permite, incluso, cimentar con zapatas convencionales, pues proporciona una capacidad portante al suelo de hasta 100-150 kPa. Además, es una solución económica cuando se compara con la excavación y sustitución del suelo, la precarga o las inyecciones. Los costes son aproximadamente 2/3 respecto a las columnas de grava, con un ahorro de hasta el 50% comparado con la compactación profunda. Se pueden conseguir rendimientos de 300 a 600 m2/día (García Valcarce et al., 2003).
La compactación dinámica se emplea para densificar suelos flojos, saturados y sin cohesión, reduciendo la potencial licuefacción del terreno. En este sentido, el proceso de densificación es similar al de la vibro-compactación. Es una de las mejores alternativas para densificar rellenos heterogéneos y escombros, que pueden causar problemas a otras técnicas como las columnas de grava o las inclusiones rígidas. También se podría emplear para suelos finos cohesivos, sin embargo, el éxito en este caso es más dudoso, requiriendo atención la generación y disipación de las presiones intersticiales. En ocasiones, esta técnica se emplea de forma conjunta con las columnas de grava para facilitar la disipación de las presiones intersticiales (Bayuk y Walker, 1994).
Los patrones de caída suelen consistir en cuadrículas primarias y secundarias (y ocasionalmente terciarias), como las que se muestran en la Figura 3. Es habitual un espaciamiento entre puntos de impacto de 2 a 3 m en las mazas pequeñas y más de 10 m en el caso de mazas pesadas. Una vez que la profundidad del cráter alcanza aproximadamente 1 m, la abertura se rellena con material granular antes de proceder a nuevas caídas en ese lugar.
Figura 3. Fases en la compactación dinámica. Cortesía de Menard
El tratamiento se da en varias pasadas y la profundidad alcanzada por la densificación se puede relacionar con la energía del golpe mediante la siguiente fórmula empírica (Mayne et al, 1984):
donde:
M = masa de la maza (toneladas)
H = altura de caída (metros)
D = profundidad efectiva de la compactación (metros)
k = factor empírico que depende del tipo de suelo y de las características del tratamiento, que varía entre 0,35 (arenas limosas y limos con IP=10%) y 0,6 (gravas y arenas limpias), aunque un valor usual puede ser 0,5.
Teniendo en cuenta lo anterior, y conociendo las capacidades máximas de las grúas normalmente disponibles (H=30 m, M=20 t), la profundidad efectiva máxima varía entre 7 y 12 m, aproximadamente (Armijo y Blanco, 2017). No obstante, se pueden alcanzar profundidades de tratamiento de hasta 30 m (García Valcarce et al., 2003).
Durante la compactación existe un efecto instantáneo al reducirse el índice de huecos tras el impacto, y un efecto diferido en el caso de suelos saturados al disiparse la sobrepresión intersticial y reestructurarse el material a un estado más denso.
Con todo, la compactación dinámica presenta algunos inconvenientes. En efecto, se necesita una superficie mínima de 15000 m2 para garantizar cierta rentabilidad económica y, además, se debe dejar una distancia mínima de 20 a 30 m a las estructuras próximas para evitar daños (García Valcarce et al., 2003).
El procedimiento de cómo se realiza la compactación dinámica está ampliamente descrito en el trabajo de Liausu (1984).
He grabado un pequeño vídeo explicativo de esta técnica de mejora de terrenos.
A continuación tenéis un folleto explicativo de Menard.
Bayuk, A.A.; Walker, A.D. (1994). “Dynamic Compaction. Two Case Histories Utilizing Innovative Techniques.” In-Situ Deep Soil Improvement, ASCE, Geotechnical Special Publication No.45.
Faraco, C. (1980). “Mejora del terreno de cimentación”, en Jiménez Salas (coord.) Geotecnia y Cimientos III, primera parte, pp. 489-531.
Findlay, J.D.; Sherwood, D.E. (1986).”Improvement of a hydraulic fill site in Bahrain using modified heavy tamping methods” Building on Marginal & Derelict Land., May 7-9.
García Valcarce, A. (dir.) (2003). Manual de edificación: mecánica de los terrenos y cimientos. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L. Madrid, 716 pp.
Liausu, P. (1984) Renforcement de Couches de Sol Compressibles par Substitution Dynamique, In-Situ Soil and Rock Reinforcement Conference, Paris.
Lundwall, N.B. (1968). The Saint George Temple, in “Temples of the Most High, Bookcraft, Salt Lake City, Chapter 3, p. 78.
Mayne, P.W.; Jones, J.S.; Dumas, J.C. (1984). Ground response to dynamic compaction. Journal of Geotechnical Engineering, ASCE, Vol. 110(6), pp. 757-774.
Ministerio de Fomento (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
Menard, L.; Broise Y. (1976). “Theoretical and practical aspects of dynamic consolidation”, Ground Treatment by deep compaction, Institution of Civil Engineers, LONDON, pp. 3-18.
Skempton, A.W. (1986). Standard Penetration Test Procedures and the Effects in Sand of Overburden Pressure, Relative Density, Particle Size, Ageing and Overconsolidation. Geotechnique, 36, pp. 425-437.
Uto, K.; Fuyuki, M. (1981). “Present and Future Trend on Penetration Testing in Japan”, Japanese Soc. SMFE.
Varaksin, S. (1981). “Recent development in soil improvement techniques and their practical applications”. Sol. Soils, Nº 38/39.
La perforación con martillo en fondo (D.T.H. down the hole), desarrollada por Stenuick en 1951, se basa en que un martillo golpea directamente la boca en el fondo de la perforación. De esta forma se evita la pérdida de energía transmitida por la percusión del pistón a través del varillaje (a partir de 15-20 m, los martillos en cabeza dejan de ser efectivos). Hoy se pueden alcanzar profundidades superiores a los 100 m con rendimientos de 60 a 100 m/turno. El martillo en fondo y la boca forman una unidad integrada dentro del barreno. Esto garantiza una velocidad de perforación bastante homogénea con el aumento de la profundidad del taladro, aunque es normal que disminuya la velocidad al reducirse la velocidad de barrido con la profundidad. El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente, mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica.
El martillo DTH consta de un cilindro cuya longitud es función de la carrera del pistón y de diámetro acorde con el diámetro de perforación. En el extremo de este cilindro se aloja la boca de perforación, alojada en un portabocas. El varillaje se sustituye por un tubo hueco que conecta el martillo con el equipo y que se encarga de transmitir el par de rotación y la fuerza de avance. Los barrenos perforados con martillo en fondo acusan mínimas desviaciones, consiguiendo buenos resultados en rocas muy fracturadas. El varillaje, compuesto por tubos de igual diámetro en toda la longitud, no tiene acoplamientos que puedan atascar la perforación. La rotación la realiza un motor neumático o hidráulico montado en el carro, al igual que el sistema de avance. El aire de escape limpia el detritus y lo transporta al exterior.
El campo de aplicación del martillo DTH son las rocas de resistencia a compresión media-alta (60-100 MPa), utilizando como diámetros más frecuentes los comprendidos entre 85 y 200 mm, aunque podrían ampliarse a diámetros mayores entrando en competencia con los sistemas rotopercutivos hidráulicos con martillo en cabeza. La velocidad de penetración de estos martillos, para diámetros entre 105 y 165 mm, es de 0,5 a 0,6 m/min, con presiones de trabajo entre 1800 kPa y 2000 kPa. La frecuencia de golpeo oscila entre 600 y 1600 golpes por minuto. En cuanto al empuje, son necesarios unos 85 kg por cada cm de diámetro. Para hacerse una idea, con diámetros de 125 mm podemos obtener el doble de potencia que con un diámetro de 100 mm, a igualdad de presión y carrera de pistón.
Hoy en día, el sistema DTH, en el rango de 76 a 125 mm, se está sustituyendo por la perforación con martillo hidráulico en cabeza.
Las ventajas de la perforación con martillo DTH, frente a otros sistemas son:
Velocidad de penetración prácticamente constante con el aumento de la profundidad de perforación
Salvo en rocas muy abrasivas, desgastes de las bocas menores que con martillo en cabeza
Vida más larga de los tubos que de las varillas y manguitos de los martillos en cabeza
Desviaciones pequeñas de los barrenos, por lo que son adecuados para profundidades largas
Menor energía de impacto y más frecuencia, lo cual es apto para macizos muy fracturados o desfavorables
Par y velocidad de rotación menor que otros métodos
No necesitan barras de carga, lo cual permite pequeños carros de perforación para barrenos de gran diámetro y profundidad
Menor coste por metro lineal que con perforación rotativa en diámetros grandes y rocas muy duras
Consumo de aire comprimido más bajo que con martillo en cabeza neumático
Nivel de ruido inferior al estar el martillo dentro de la perforación.
En cuanto a los inconvenientes de este sistema:
Velocidades de penetración bajas
Cada martillo está diseñado para una gama de diámetros muy estrecha que oscila en unos 12 mm
El diámetro más pequeño está limitado por las dimensiones del martillo para un rendimiento aceptable (unos 76 mm)
El costo de un martillo de fondo es muy elevado frente a la pequeña inversión de un tren de varillaje
Riesgo de pérdida del martillo en el interior de la perforación
Se necesitan compresores de alta presión con elevados consumos energéticos.
Os dejo a continuación algunos vídeos de este sistema de perforación. En el primero os dejo un Polimedia que espero os sea útil.
En el siguiente vemos una máquina perforadora neumática Stenuick modelo MD25-60 con motor de rotación Stenuick mod F574, martillo del fondo de 2″, broca de carburo de tungsteno de 2 ¾ ” y 3″ y tubos de perforación de 60 mm de diámetro por 2 m.
En este vemos una perforación de anclajes con martillo de fondo para la estabilización de un talud en roca meteorizada de basalto.
En este otro se puede ver una perforación con DTH a través de estructuras geotécnicas para la ejecución de inyecciones de contacto en una estructura subterránea.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209.
La forma habitual de perforación de una roca a rotopercusión es la perforación con martillo en cabeza. El principio de corte se basa en el impacto realizado en el exterior de la perforación de un pistón de acero sobre una barrena o varillaje, que a su vez transmite la energía al fondo del taladro por medio del elemento final (boca) que fragmenta en esquirlas la roca. Para asegurar una sección circular en el barreno, a cada golpe gira el útil para presentar a su corte nueva roca virgen en el fondo del barreno. Además, es preciso evacuar del barreno los detritus (barrido), lo que se consigue mediante insuflado de aire al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de penetración de la perforación disminuirá con la profundidad del barreno. Es un sistema que conceptualmente es similar al barrenado manual, donde un operario golpea con una maza la cabeza de una barrena.
Se pueden distinguir los martillos manuales de las perforadoras de martillo en cabeza propiamente dichas. Los primeros son equipos sencillos, actualmente en desuso, salvo en demoliciones o perforaciones de pequeña sección no mecanizable. Los segundos son equipos pesados que, en consecuencia, precisan de su montaje en chasis especiales.
Las perforadoras con martillo en cabeza pueden accionarse mediante martillos neumáticos y martillos hidráulicos. El desarrollo de los martillos hidráulicos en los años sesenta y comienzos de los setenta supuso un gran avance tecnológico en la perforación de rocas.
Tanto las perforadoras neumáticas como las hidráulicas constan de los siguientes elementos:
Un cilindro que con su movimiento alternativo golpea el extremo de una barrena
Un mecanismo de rotación incorporado al pistón (barra rifle o rueda trinquete) o independiente de este (motor de rotación)
Un sistema que permite el barrido del barreno mediante una aguja de barrido que atraviesa el pistón o bien por medio de la inyección del fluido de barrido lateralmente en la cabeza frontal de la perforadora
Perforadoras neumáticas
El accionamiento de estas perforadoras es mediante aire comprimido, con una misma presión tanto para el mecanismo de impacto como para el aire de barrido. Son perforadoras que se han empleado de forma tradicional para barrenos de menos de 150 mm de diámetro. Su peso y tamaño son menores que el de las perforadoras hidráulicas. Presentan un consumo de aire de unos 2,1-2,8 m³/min por cada centímetro de diámetro, la velocidad de rotación es de 40-400 rpm y la carrera del pistón de 35-95 mm.
La rotación del varillaje puede realizarse mediante:
Barra estriada o rueda de trinquete: Muy generalizado en perforadoras ligeras
Motor independiente: Barrenos de gran diámetro
Las longitudes de perforación con este sistema no superan habitualmente los 30 m debido a las importantes pérdidas de energía debidas a la transmisión de la onda de choque y a las desviaciones de los barrenos. Lo normal es utilizar barrenos cortos, con longitudes entre 2 y 15 m y el empleo de diámetros pequeños, entre 38 y 100 mm. Además, a medida que aumenta la longitud del barreno, se precisa de una mayor presión de aire de barrido.
Entre las ventajas de las perforadoras neumáticas cabe destacar las siguientes:
Gran simplicidad
Fiabilidad y bajo mantenimiento
Facilidad de reparación
Precios de adquisición bajos
Perforadoras hidráulicas
Estos equipos se introdujeron al principio en los trabajos subterráneos, pero poco a poco, se están imponiendo en la perforación en superficie. Estructuralmente, la perforadora hidráulica es similar a la neumática, aunque el accionamiento se realiza mediante un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que impulsa los componentes. Además, estas unidades van equipadas con un compresor cuya función es suministrar aire para el barrido del detritus, pudiéndose incrementar la presión del aire con la profundidad del barreno. La presión de trabajo de estos equipos ronda entre 7,5 y 25 MPa, la potencia de impacto entre 6 y 20 kW y la velocidad de rotación entre 0 y 500 rpm. Aquí el consumo relativo de aire comprimido es menor, entre 0,6 y 0,9 m³/min por cada centímetro de diámetro.
Respecto a las neumáticas, necesitan de una mayor inversión inicial, siendo las reparaciones más complejas y costosas, y requiriendo una mejor organización y formación del personal de mantenimiento. En cambio, las ventajas tecnológicas de las perforadoras hidráulicas son las siguientes:
Menor consumo de energía: tres veces menos
Menor coste de accesorios de perforación: incremento del 20% de la vida útil del varillaje
Mayor capacidad de perforación: velocidades de penetración entre un 50 y un 100% mayores
Mejores condiciones ambientales: más limpios y silenciosos
Mayor elasticidad en la operación: posibilidad de variar la presión de accionamiento, la energía y la frecuencia de golpeo
Mayor facilidad para la automatización: cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.
Carro para martillo en fondo semihidráulico AirROC D45 (Atlas Copco)
Os dejo un Polimedia explicativo sobre este sistema de perforación que espero os sea útil.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.
Tricono de dientes para formación blanda. Wikipedia
Trépano es la herramienta de corte localizado en el extremo inferior de la sarta de perforación que se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotatoria. Actualmente los trépanos más utilizados son los trépanos triturantes o triconos. Esta herramienta apareció en 1910, sin embargo su utilización masiva se introdujo cuando se perfeccionaron los equipos de rotación en la década de los 60. Este tipo de perforación al principio se utilizó al principio en rocas blandas o de poca resistencia, pero actualmente estos sistemas ya son competitivos en rocas duras. Con este sistema de perforación se alcanzan buenos rendimientos, del orden de 60-100 m/turno, en profundidades de hasta 200 m. Se utiliza en ingeniería civil con diámetros entre 100 y 300 mm. Sin embargo, estos límites se superan, por ejemplo en perforaciones petrolíferas, donde en España se han superado los 4500 m de profundidad.
El principio de perforación se basa en dos acciones combinadas:
Indentación: Los dientes o insertos penetran en la roca debido al empuje sobre la boca. Este mecanismo tritura la roca.
Corte: La roca se fragmenta debido al movimiento lateral de desgarre de los conos al girar sobre el fondo del barreno.
La fuerza de avance se produce al introducir los botones del tricono en la roca. Este empuje se transmite al varillaje mediante una cadena de accionamiento hidráulico. La magnitud del empuje no debe sobrepasar cierto umbral para evitar el agarrotamiento del trépano sobre la roca y otro tipo de fallos. La limpieza de la perforación se realiza mediante un fluido, generalmente lodo, aunque en ocasiones se usa agua o aire comprimido, que se inyecta por el interior de la columna de barras hacia el fondo del barreno. Este caudal, aparte de barrer el detritus, permite la refrigeración y lubricación de los rodamientos del tricono.
La velocidad de penetración de este sistema depende de la dureza o resistencia de la roca y de las variables de operación, que son las siguientes:
Velocidad de rotación
Fuerza de empuje
Diámetro de la perforación
Velocidad y caudal del aire de barrido
Desgaste de los trépanos
Tricono de insertos. https://www.talleresegovia.com
Se pueden distinguir dos tipos de triconos: de dientes y de insertos de carburo de tungsteno. Los triconos de dientes tienen un coste económico menor, aproximadamente una quinta parte menos que los de insertos. Sin embargo éstos últimos presentan claras ventajas:
Mantienen la velocidad de penetración durante la vida útil
Requieren menos empuje para una determinada velocidad de penetración
Necesitan menos par, disminuyendo las tensiones sobre los motores de rotación
Reducen las vibraciones, con menos fatiga sobre la perforadora y el varillaje
Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra
Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de bocas y menores daños en las roscas.
Un Polimedia explicativo es el siguiente:
Os dejo a continuación algunos vídeos sobre triconos que espero os sean útiles.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
La draga de succión con cabezal cortador, también conocida como cutter suction dredger o simplemente cutter en inglés, es un tipo de draga que tienen un cabezal cortador sumergible, capaces de manejar materiales compactos con una alta producción volumétrica. Gracias a sus equipos de succión, el material se transporta a bordo para su inmediato bombeo. Su campo de aplicación es muy amplio, desde restauración de terrenos a rellenos hidráulicos.
Estas dragas funcionan estacionariamente, pero pueden ser remolcadas sobre pontonas o incluso autopropulsadas (especialmente las más grandes). La combinación de características mecánicas e hidráulicas permite que estas dragas utilicen un dispositivo mecánico para cortar el material y un sistema hidráulico para su transporte y vertido a través de tuberías.
Puede dragar cualquier tipo de material, excepto rocas de elevada dureza. El dragado de bolos y piedra quebrantada en tamaños grandes presenta dificultades, pues el material debe pasar por el cortador y las bombas centrífugas. Además, el dragado de materiales cohesivos como la arcilla puede obstruir y cerrar el cortador, reduciendo drásticamente la producción.
La draga cuenta con un spud en la popa para operar y mantener su posición, así como con dos anclas en la proa. Gracias a las anclas, la embarcación puede realizar movimientos transversales de borneo durante su operación, mientras que el spud de popa le permite avanzar longitudinalmente. Además, el tubo de succión está ubicado en la proa. Muchas dragas están equipadas con una pluma en la proa que les permite mover las anclas de borneo por sí mismas.
Ciclo de trabajo:
Navegación hacia el área de operación
Fijación de la embarcación (basada en el número de anclas o spuds disponibles)
Duración del proceso de carga (que depende del espesor y tipo de terreno)
Descarga sobre el gánguil, o bombeo por tubería
Desplazamiento de los anclajes o spuds
Figura 2. Ciclo de trabajo de la draga de succión con cortador (Bray et al., 1997)
Una vez que la pontona se ubica en la zona de dragado, las spuds se anclan y, en caso de emplear tubería, se conecta desde la embarcación hasta el punto de descarga. Luego, se hace bajar la cabeza cortadora hasta alcanzar la profundidad deseada, se encienden las bombas de dragado y se activa el motor del cortador. Con materiales blandos, el grosor de corte es igual al diámetro de la cabeza cortadora. No obstante, con rocas y arcillas duras, la profundidad de corte es menor que el diámetro del cabezal. Por lo tanto, en este caso, se suelen dar varias pasadas antes de avanzar el equipo. En general, para completar el proceso de corte, se realiza una última pasada hasta alcanzar la altura del cortador. Una vez terminado el corte de esta sección, se levanta el spud y se desplaza el equipo hacia adelante, repitiendo el proceso.
Las producciones son moderadamente elevadas y están determinadas por la eficiencia de las bombas, la potencia del cortador y la distancia de bombeo. El diámetro de la tubería de succión oscila entre los 150 mm y los 1.100 mm, y el poder de corte de la cabeza cortadora varía entre 15 kW y 4.500 kW. La instalación de una bomba en la escala de la draga mantiene la producción sin variaciones significativas, independientemente de la profundidad. A pesar de que la adquisición de estos equipos requiere una inversión considerable y el costo del personal es medio, la producción elevada reduce el costo unitario de manera significativa.
En cuanto a las ventajas de esta draga, se destacan las siguientes: la capacidad de dragar una amplia variedad de materiales, incluyendo roca, y transportándolos directamente mediante bombeo a las áreas de descarga o restauración. Además, esta draga es efectiva en zonas con un radio de acción limitado, también puede operar en aguas poco profundas, permitiendo nivelar el fondo marino y lograr altos volúmenes de producción. Para los equipos más avanzados, también existe la posibilidad de realizar operaciones de dragado siguiendo un perfil predeterminado.
La draga presenta una serie de desafíos en su funcionamiento. Es muy sensible a las condiciones marítimas debido al uso exclusivo de un spud, lo que provoca una menor precisión del dragado en comparación con sistemas que utilizan anclas. La profundidad máxima de dragado se limita a unos 35 m. Además, el oleaje puede afectar la dilución del material dragado y limitar la profundidad de este proceso. Desde un punto de vista económico, la distancia de transporte del material se ve limitada debido a los elevados costos de desplazamiento de la draga.
Las cabezas cortadoras más empleadas son las de tipo corona, compuestas por un grupo de cuchillas diseñadas especialmente para cortar o romper el fondo marino y dirigir el material hacia la entrada del tubo de succión. Hay tres tipos de cuchillas más comunes:
Cuchilla con hojas de filo plano, ideal para materiales blandos como arena, sedimentos y arcilla.
Cuchilla con hojas de filo aserrado, usadas para materiales consolidados como arcillas duras, arenas densas y, en algunos casos, para trabajar con rocas muy débiles y altamente meteorizadas.
Cuchillas para roca, con hojas diseñadas para mantener el mayor número de dientes en contacto con la capa, independientemente de la profundidad de dragado. La forma de la cuchilla varía en función del material a trabajar y puede ser en forma de trépano para arcillas compactas y rocas débiles, o en forma de pica para rocas de dureza moderada.
La eficacia de las dragas depende de sus características específicas, sin embargo, se pueden establecer unos parámetros mínimos para determinar su viabilidad económica en términos de operación. Para que una draga sea considerada viable, debe tener una profundidad mínima de trabajo de 0,75 m y una profundidad máxima de dragado de 35 m. Además, la anchura máxima de corte debe ser de 175 m, la altura máxima de las olas debe ser de 2 m, la velocidad máxima de la corriente debe ser de 2 nudos, el espesor máximo de la capa de hielo debe ser de 200 mm, el tamaño máximo de la partícula debe ser de 500 mm y la resistencia máxima de compresión del terreno debe ser de 50 MPa.
Es importante tener en cuenta que cuando las operaciones de dragado se realizan en aguas confinadas donde el flujo de agua es insuficiente para el bombeo de la draga, el nivel del agua puede disminuir continuamente, lo que puede causar problemas operacionales y graves impactos ambientales. Es relevante destacar que incluso las dragas más pequeñas son capaces de remover 300 m3/h, lo que demuestra su poder y capacidad de impacto.
Os paso los siguientes vídeos donde se puede ver cómo trabaja esta máquina:
A continuación os paso un vídeo sobre Artemis, la segunda draga de succión cortadora autopropulsada construida para Van Oord en los Países Bajos.
Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
El puente colgante sobre el Vinalopó, en Elche, es una estructura diseñada por FHECOR (Hugo Corres y José Romo) y construida por FCC Construcción. Se trata de un tablero metálico asimétrico, con un canto transversal variable de 0,75 a 0,52 m, de 164,50 m de longitud y 23 m de ancho que se cuelga con 54 péndolas cogidas de dos catenarias de ocho cables cada una. Los cables parten de una estructura contrapeso anclada a tierra, que se eleva hasta una silla desviadora metálica situada en un mástil de hormigón de 43 m de altura, bajando en catenaria hasta el contrapeso de estribo opuesto y salvando una distancia de 244 m entre contrapesos.
Los cables principales se montaron con un sistema de cable guía. Las péndolas y sus conexiones con el cable principal han sido montadas con un sistema especialmente diseñado que circulaba sobre los cables principales previamente instalados. El tablero metálico se montó con grúas, dejando articuladas las uniones de los paños entre sí. El hormigonado de la losa se realizó de una vez, utilizando un hormigón con retardador de fraguado para que tuviera lugar cuando el tablero estuviera totalmente hormigonado. La conexión entre acero y hormigón se realizó mediante pernos conectadores tipo Nelson.
