mayo 2015 – El blog de Víctor Yepes

Requerimientos en la ejecución de los barrenos

Perforacion barrenos La perforación realizada en una voladura, consiste en la operación de llevar a cabo varias penetraciones cilíndricas en la superficie del macizo a volar, llamadas barrenos que tendrán una distribución y un ángulo de inclinación diseñados con el fin de producir el arranque, fragmentación y desplazamiento de parte del macizo rocoso. Estos barrenos alojarán las cargas explosivas que se detonarán con una secuencia de disparo diseñada para obtener un tamaño de piedra medio o fragmentación óptimos con mínimas proyecciones y vibraciones.

La correcta ejecución de los barrenos, sea cual sea el sistema de perforación empleado, se caracteriza fundamentalmente por los siguientes factores:

El diámetro del barreno
La longitud o profundidad del barreno
La desviación de la perforación
La estabilidad del barreno

El diámetro del barreno

barreno El diámetro del taladro necesario en una voladura constituye un factor clave a la hora de obtener el coste económico más favorable en el conjunto de operaciones de arranque de la roca. Se determina este valor en función de los equipos de perforación disponibles y de los explosivos a utilizar. Este parámetro se debe combinar con un esquema geométrico de los barrenos que permita una fragmentación adecuada del material para su carga, transporte y posible trituración.

Por tanto el diámetro de perforación idóneo depende de los siguientes factores:

Características del macizo rocoso
Grado de fragmentación requerido
Altura de banco y configuración de las cargas
Economía del proceso de perforación y voladura
Dimensiones del equipo de carga y transporte

Profundidad del barreno

La longitud del barreno se encuentra directamente relacionada con el diseño previsto para la excavación, ya sea a cielo abierto o subterránea. A mayor profundidad de barreno, mayor tamaño del equipo de perforación (perforadora, carro, compresor y barras). Además, hay que tener en cuenta que cuando las longitudes del barreno son muy grandes, pueden presentarse problemas de desviación de los barrenos que afectarán a la fragmentación de la roca y que aumentarán el riesgo de generar fuertes vibraciones, proyecciones y sobreexcavaciones.

Desviación de la perforación

Que los barrenos se encuentren correctamente alineados y rectos es una condición necesaria para que la voladura se desarrolle según lo previsto. Para ello se debe minimizar la desviación de los taladros utilizando barras de perforación rígidas. Además, son necesarios otros factores básicos: la precisión del emboquillado, la fuerza de avance, la compatibilidad entre la barra y la boca y los diversos dispositivos de guía. Como se ha visto en el punto anterior, la desviación aumenta con la longitud de la perforación.

Los factores que causan las desviaciones de los barrenos se pueden clasificar en los siguientes:

Propiedades estructurales de la roca: planos de esquistosidad, diaclasas, cambios de litología, etc.
Diámetro de perforación: si es demasiado grande en relación con el varillaje, se producirán desviaciones por la falta de resistencia de la sarta al pandeo y se desgastará antes.
Errores de alineación y emboquille: es frecuente valores de más de 10 cm o de una distancia igual a la magnitud del diámetro de perforación.

Estabilidad del barreno

Las paredes de la perforación deben permanecer sin derrumbes ni desprendimientos locales hasta que se produzca la operación de carga del explosivo. La estabilidad dependerá de la geología de la roca y de la existencia de agua en el macizo. Si se seleccionan correctamente los útiles de perforación, se podrá garantizar una mejora de la estabilización de los barrenos.

A continuación os paso un Polimedia donde se explican estos conceptos.

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.

Life cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability

Esta es la versión post-print de autor. La publicación se encuentra en: https://riunet.upv.es/handle/10251/49057, siendo el Copyright de Springer Verlag (Germany).

El artículo debe ser citado de la siguiente forma:

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. The International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0

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CO2-Optimization Design of Reinforced Concrete Retaining Walls based on a VNS-Threshold Acceptance Strategy

Esta es la versión post-print de autor. La publicación se encuentra en: https://riunet.upv.es/handle/10251/28631, siendo el Copyright de la American Society of Civil Engineers.

El artículo debe ser citado de la siguiente forma:

Yepes, V.; Gonzalez-Vidosa, F.; Alcalá, J.; Villalba, P. (2012). CO2-Optimization Design of Reinforced Concrete Retaining Walls Based on a VNSThreshold Acceptance Strategy. JOURNAL OF COMPUTING IN CIVIL ENGINEERING. 26(3):378-386. doi:10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000140.

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Method for Planning Graduate Programs in Construction Management

Esta es la versión post-print de autor. La publicación se encuentra en: http://dx.doi.org/10.1016/j.autcon.2014.10.013, siendo el Copyright de la American Society of Civil Engineers.

El artículo debe ser citado de la siguiente forma:

Pellicer, E.; Yepes, V.; Ortega, AJ. (2013). Method for Planning Graduate Programs in Construction Management. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice. 139(1):33-41. doi:10.1061/(ASCE)EI.1943-
5541.0000120.

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Fabricación del cemento

El cemento es un conglomerante formado a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecerse al contacto con el agua. Mezclado con agregados pétreos (grava y arena) y agua, crea una mezcla uniforme, maleable y plástica que fragua y se endurece, adquiriendo consistencia pétrea, denominada hormigón.

Las fases para su fabricación son las siguientes:

Fragmentado y molido. En esta primera fase, la piedra calcárea y la arcilla se fragmentan y se muelen hasta quedar reducidas a polvo.
Dosificación y mezcla. En una gran cuba o cisterna se mezclan las cantidades exactas de cada material y se amasan hasta obtener la textura adecuada.
Cocción. Se efectúa en un horno giratorio en forma de cilindro de hasta 100 m de largo. El material recorre lentamente el tubo y se cuece a una temperatura de 1.300 a 1.500 °C. De él sale en forma de pequeñas bolas; es lo que se llama clínker.
Molido del clínker. El clínker que hemos obtenido se muele hasta que se convierte en un polvo finísimo, que recibe el nombre de cemento.
Almacenamiento y empaquetamiento. El cemento se almacena en silos. Después se empaqueta en sacos de 50 kg, listo para su comercialización y para ser utilizado.

Esquema del proceso de fabricación del cemento Portland, mostrando los posibles puntos de control de calidad, en los cuales el productor extrae muestras.

Sin embargo, para entender mejor este proceso, dejo unos cuantos vídeos explicativos que espero resulten de vuestro interés.

Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm

Esta es la versión post-print de autor. La publicación se encuentra en: http://dx.doi.org/10.1016/j.autcon.2014.10.013, siendo el Copyright de Elsevier.

El artículo debe ser citado de la siguiente forma:

Yepes, V.; Martí, JV.; García-Segura, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction. 49:123-134. doi:10.1016/j.autcon.2014.10.013.

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La ingeniería del valor en la construcción

La ingeniería del valor “value engineering” constituye una metodología para resolver problemas, identificar y eliminar costos inútiles de un producto, al mismo tiempo que mejora los requerimientos funcionales y de calidad. Se trata de aumentar el valor de los productos para suministrarlos a los precios más bajos posibles. Su objetivo es satisfacer los requisitos de rendimiento del producto y las necesidades del cliente con el menor coste posible. En un proyecto de construcción ello implica un estudio cuidadoso de los costes, de la disponibilidad de los materiales, de los métodos constructivos, de los costes de transportes, de las limitaciones o restricciones, de la planificación y organización de la obra o de los análisis de costes/beneficio.

Los conceptos manejados en la ingeniería del valor se emplean, de una u otra forma, en el trabajo realizado por los proyectistas, ya sean arquitectos o ingenieros. En efecto, los proyectistas que no consideran la máxima economía en la selección y uso de los métodos y los materiales de construcción, simplemente no están realizando su trabajo. El análisis del valor de un producto, servicio o proceso es más efectivo cuando se hace en la etapa inicial, donde es posible influir en el diseño, reduciendo costes y mejorando sus prestaciones. Algunos beneficios que pueden obtenerse es la reducción del coste del ciclo de vida, la mejora de la calidad, la reducción de los impactos ambientales, etc.

Sin embargo, es el constructor el que más partido puede sacar a la ingeniería del valor. Así, si bien el proyectista ha decidido los materiales y procedimientos constructivos que mejor pueden adecuarse a la obra tras un análisis de las condiciones medias del mercado, es el constructor el que conoce perfectamente sus equipos, medios humanos y condiciones para hacer frente a la obra. De hecho, en algunas licitaciones de obra pública se valoran las mejoras que puede aportar el licitador en costes, en procedimientos constructivos, etc., de forma que no merme la calidad ni la funcionalidad de la obra.

La metodología de la ingeniería del valor comprende los siguientes aspectos:

Identificar los principales elementos de un producto, servicio o proyecto.

Analizar las funciones que realizan los elementos del proyecto.
Desarrollar diseños alternativos para ejecutar esas funciones.
Evaluar las alternativas.
Asignar costes a las alternativas.
Desarrollar las alternativas prometedoras.

El constructor puede aplicar dicha metodología en la mejora de los procedimientos constructivos, lo cual puede aportar reducciones significativas en los costes del proyecto. Esta reducción de costes puede beneficiar al promotor de la obra que, si facilita la transparencia y la libre competencia entre las empresas constructoras, puede adjudicar la obra a aquel que presente costes más bajos.

Os dejo algún vídeo sobre el tema.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

Perforación a percusión con cable

La perforación a percusión con cable se basa en el golpeteo con una pesada herramienta de corte (trépano) que se eleva con un cable y que cae por gravedad, fragmentando el suelo. Resulta evidente, por tanto, que los sondeos realizados por esta máquina deben ser verticales.

Este sistema empezó a utilizarse en China en el 4000 A.C., consistiendo en un balancín que se contrapesaba con un grupo de hombres que efectuaban el tiro en un extremo de una cuerda mientras que de otra colgaba la sarta de perforación construida con cañas de bambú.

Su ámbito de aplicación se centra en terrenos de dureza media a baja o bien en aquellos otros duros que sean frágiles. Sin embargo, se encuentran contraindicados en terrenos detríticos no cohesionados, muy duros, abrasivos y plásticos.

La frecuencia de golpeo se encuentra en el entorno de 40 a 50 impactos/minuto, en función de los parámetros mecánicos del suelo perforado. Con ello se consiguen unos rendimientos medios de 2 a 4 m/día en materiales duros y de 10 a 20 m/día en materiales blandos. La percusión se consigue mediante un movimiento de balancín y manivela proporcionado por la máquina. La altura de caída del trépano dependerá de la dureza del terreno y de la profundidad del fondo de perforación. En máquinas normales, esta altura oscila entre 20 y 60 cm.

La perforación comienza hincando un tramo de tubería, generalmente de longitud inferior a 2 m y con un diámetro mayor al diámetro a perforar (700-800 mm), de forma que sirva de guía inicial al trépano. La entubación sólo es necesaria en casos de inestabilidad del terreno, en cuyo caso se entuban tuberías auxiliares recuperables aprovechando la percusión.

Con este sistema de perforación se hace necesario el uso de agua para facilitar la recogida del detritus formado. Este suelo fragmentado mezclado con agua forma un lodo viscoso que se recoge periódicamente mediante una válvula o cuchara de limpieza que se introduce cuando se detiene el golpeteo.

Estas cucharas consisten en una tubería terminada en su parte inferior en una válvula, que puede ser plana o de dardo. La plana, también llamada de charnela o de chapeta, hace mejor la limpieza del sondeo. La de dardo o lanza se usa fundamentalmente en pruebas de caudal.

La sarta de perforación se encuentra compuesta por los siguientes elementos:

Trépano: Se trata de la herramienta de corte, que permite la perforación. Su peso permite penetrar, triturar, escariar y mezclar el terreno.
Barra de carga o barrón: Es una barra cilíndrica de acero forjado que provee a la sarta de perforación del peso necesario y también guía el movimiento alternativo de la sarta. Lleva en su parte inferior una rosca hembra para recibir la rosca macho del trépano, y en su parte superior una rosca macho que conecta con la tijera o montera en su caso. Su longitud varía entre 3 y 5 m, con un peso entre 400 y 1000 kg.
Tijera o destrabador: Elemento situado encima del barrón que sirve para desatrancar la herramienta en caso de atasco. Está formada por dos eslabones que permiten un cierto juego longitudinal del orden de 10 a 20 cm.
Montera o giratoria: Es el elemento de unión entre la sarta y el cable, permitiendo el giro alrededor de su eje longitudinal.

TERRENO	PESO RELATIVO DE LA SARTA COMPLETA
Blando	1.5-2.5 kg/mm diámetro
Medio	3.0-4.0 kg/mm diámetro
Duro	4.0-6.0 kg/mm diámetro
Muy duro	6.0-8.0 kg/mm diámetro

Movimiento balancín-biela: Entre sus aplicaciones principales de la perforación a percusión con cable se encuentra la captación de aguas subterráneas. Otros usos menos frecuentes, pero que igualmente encuentran eficiencia óptima son en el área de las perforaciones con fines de recarga artificial de aguas subterráneas, procedente de las lluvias o de otras perforaciones de captación próximas, pues su mayor diámetro permite espacios anulares que posibilitan tanto la ejecución de potencias cementadas, sellos o empaques graduados, así como la instalación de tuberías y filtros adecuados.

Como ventajas más importantes de este sistema de perforación es el empleo de maquinaria de coste moderado, la simplicidad de las operaciones, la necesidad de poco personal, el escaso consumo de agua, no usar lodos o mezclas tixotrópicas y la consecución de diámetros importantes de perforación (1.100 mm). Como inconvenientes se podría señalar la necesidad de personal cualificado, la interrupción de la perforación para la limpieza, el avance lento en rocas duras, la dificultad de avance en materiales no consolidados, la pérdida de diámetro en materiales abrasivos, las entubaciones frecuentes y la limitación de la profundidad práctica de perforación, que no resulta económica a partir de 150 m.

En el Polimedia que os presento a continuación os dejo las ideas más importantes de este sistema de perforación a percusión con cable. Espero que os sea útil.

Os dejo algunos vídeos donde podéis ver el trabajo de esta perforadora. Espero que os gusten.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 2009.

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

Muros construidos mediante la técnica del tapial

Se denomina tapia a un muro macizo construido apisonando tierra arcillosa húmeda dentro de un molde de madera. Se trata de de una técnica milenaria empleada con profusión en la Península Ibérica, tanto en la arquitectura monumental –baste recordar el complejo de la Alhambra de Granada- como popular, aunque llegó a desaparecer casi por completo en España a mediados del siglo XX. Sin embargo, a mediados de los años ochenta del siglo pasado comienza a renacer el interés por esta técnica.

Se utiliza el material del propio lugar, generalmente tierra -minimizando el coste de adquisición y transporte de materiales- que se conforma por apisonado dentro de una cajonera denominada tapial. Una vez colocado el tapial sobre el cimiento, se vierte el barro en su interior y se prensa. Antiguamente se vertía la tierra con espuertas que se elevaban con la ayuda de una polea sujeta al tapial. Cuando esta formado el muro, la cajonera se retira y se deja secar al aire libre. La tapia puede conformar enteramente el muro o bien quedar entre pilares de otros materiales.

El tapial tiene un excelente comportamiento térmico por su bajo índice de conductividad calórica, cálido en invierno y fresco en verano, siendo un buen aislante acústico, sobre todo cuando el acabado es rugoso (reducción de unos 50-60 decibelios para un muro de 40 cm , para una frecuencia de 500 Hz). También es resistente al desgaste y punzonamiento, como se puede comprobar en las reformas de casas antiguas. Con el fuego, este material mejora su dureza, pues se convierte en ladrillo cocido.

Pero mejor será que os deje un vídeo explicativo de la profesora Laliana Palaia Pérez, de la Universitat Politècnica de València. Espero que os sea de interés.

Os dejo también otros vídeos al respecto.

Referencias:

Cuchí, A. (1996). La técnica tradicional del tapial. Actas del Primer Congreso Nacional de Historia de la Construcción, Madrid, 19-21 septiembre 1996, eds. A. de las Casas, S. Huerta, E. Rabasa, Madrid: I. Juan de Herrera, CEHOPU, pp. 159-165. (enlace)

Font, E.; Hidalgo, P. (2011). La tapia en España. Técnicas actuales y ejemplos. Informes de la Construcción, 63(523):21-34. (enlace)

¿Qué es el diferencial? ¿Para qué se utiliza en la maquinaria de construcción?

Un diferencial es el elemento mecánico que permite compensar las diferencias en la velocidad de giro de las ruedas exteriores e interiores de un vehículo, según éste se encuentre tomando una curva hacia un lado o hacia el otro. Permite, por tanto, la transmisión de par a distintas revoluciones a ambas ruedas simultáneamente. Sus inventores fueron los chinos, que hace ya 3.000 años ya utilizaban un mecanismo diferencial en sus carros. Gracias al diferencial la conducción es más predecible, los neumáticos se gastan menos y no hay tensiones extra en chasis y ejes, así que, en definitiva, tenemos una conducción más segura.

El diferencial consta de engranajes dispuestos en forma de “U” en el eje. Cuando ambas ruedas recorren el mismo camino, por ir el vehículo en línea recta, el engranaje se mantiene en situación neutra. Sin embargo, en una curva los engranajes se desplazan ligeramente, compensando con ello las diferentes velocidades de giro de las ruedas.

Os paso a continuación varios vídeos explicativos sobre este elemento (algunos en inglés). Espero que os sean útiles.

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.