Punto de funcionamiento de una bomba centrífuga. Problema resuelto.

Bomba centrífuga. https://es.wikipedia.org/

 

El punto de funcionamiento o de operación de una bomba centrifuga se define como el flujo volumétrico de fluido que esta enviara cuando se instale en un sistema dado. El régimen de trabajo se determina por el punto de intersección de las características de la bomba y de la tubería, y por eso, al ser la característica de la conducción (tubería) invariable, salvo que se actúe sobre la válvula de impulsión, el cambio del número de revoluciones de la bomba provocará el desplazamiento del punto de trabajo a lo largo de la característica de la tubería. Si ésta corta a una parábola de regímenes semejantes, al cambiar el número de revoluciones y pasar a otra curva característica, la semejanza se conservará, pudiéndose considerar en este caso que el cambio del número de revoluciones de la bomba no alterará la semejanza de los regímenes de trabajo.

Para aclarar un poco más este tema, os dejo un problema resuelto con los conceptos básicos resueltos. Espero que os sea de interés.

Referencia:

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.

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Normas de seguridad durante la excavación de una pantalla

http://www.estructurasmaqueda.com

La excavación de un muro pantalla suele realizarse con una cuchara bivalva acoplada a una retroexcavadora. La profundidad de la excavación es variable y los taludes se estabilizan con bentonita, que se va añadiendo según va avanzando la excavación., por lo que hay que tener relacionado el caudal de aportación de bentonita con la velocidad de avance de la excavadora.

La tubería desde la instalación de la bentonita hasta la excavación es de acoplamiento rápido y están en contacto mediante un código de señales acústicas. La profundidad de la excavación se controla por medio de una cadena media, una vez que la excavación está a cota. Hay que esperar 20 o 30 minutos para la sedimentación, pasado este tiempo se procede a la limpieza del fondo quedando lista la excavación para recibir la ferralla. Los productos de la excavación se retiran a vertedero con camiones.

Normas de seguridad:

  • Antes de posicionar la máquina se habrá vallado el entorno quedando aislada la zona de trabajo, de forma que impida el paso de personas ajenas.
  • El itinerario de los camiones debe estar indicado de forma clara y concreta.
  • Se estudiará el emplazamiento de las máquinas observando detenidamente el radio de acción en todas las posiciones, muy especialmente algura de pluma, contrapesos y movimientos de la cuchara. esta operación la hará el encargado del tajo y el maquinista.
  • Los servicios habrán sido desviados y perfectamente señalizados los próximos a la excavación.
  • El maquinista revisará diariamente los cables, ganchos, perrillos, contrapesos, los principales elementos de la cuchara (bielas, cuñero, dientes, patín guía, etc.), poniendo en conocimiento de su jefe los defectos que haya encontrado o parando los trabajos ante el menor obstáculo imprevisto.
  • Se hará el mantenimiento a las máquinas que indique los respectivos manuales de entretenimiento.
  • La cuchara no se guiará con las manos para emboquillarla entre los muretes guías, esta ocupación (si hay que hacerla) se hará por medio de alargaderas que impida la aproximación del ayudante al borde de la excavación.
  • La conducción de la bentonita de tubos será de acoplamiento rápido y buena estanqueidad.
  • El operador de la instalación de bentonita estará protegido contra el polvo que desprende el abastecimiento de la tolva.
  • La bomba de extracción de lodos, estará sujeta a puntos fijos o móviles del exterior de forma que pueda ser fácilmente recuperada del fondo de la zanja.
  • La toma de corriente de la bomba de lodos y demás herramientas eléctricas estará protegida por disyuntor diferencial de alta sensibilidad y puesta a tierra de los cuadros.
  • La línea de alimentación desde el cuadro general, que estará normalmente en la instalación de bentonita, hasta los cuadro de obra será aérea y sustentada por poste de madera.
  • En la instalación de esta línea se prestará la máxima atención a los gálibos en los puntos de cruce y posicionamiento de las máquinas excavadoras, si no está enterrada.
  • Se estudiará con los vecinos las salidas y entradas a sus inmuebles y negocios durante la ejecución de la excavación.
  • El personal que trabaje en la excavación y en las proximidades usará además de la ropa de trabajo, botas de goma y guantes.
  • No se dejará, bajo ningún concepto, excavación o hueco alguno sin tapar con mallazo o proteger con barandillas rígidas colocadas a 0,90 m de altura.
  • Los conductores de los camiones usarán el casco cuando abandonen la cabina de su vehículo.
  • Las cajas de los camiones irán provistas de sus correspondientes trampillas para evitar pérdidas de carga durante el transporte.
  • El vertedero estará acondicionado y los conductores advertidos del peligro que supone levantar el volteo en terreno mal nivelado o que pueda ceder por exceso de humedad.
  • Está prohibido circular con el volteo levantado.

A continuación os dejo algunos vídeos ilustrativos de esta fase del procedimiento constructivo de un muro pantalla.

https://www.youtube.com/watch?v=x4GPQME5Upk

https://www.youtube.com/watch?v=BwLCIauvu4g

Referencia:

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Altura crítica de una excavación sin entibación

En numerosas ocasiones se plantea en obra la necesidad de entibar una excavación, especialmente cuando la profundidad sobrepasa 1,20 m. Para ello os dejo una formulación basada en la teoría de Rankine donde se calcula la altura crítica anulando el empuje activo del terreno. Como veréis, esta altura solo se puede conseguir con terrenos cohesivos donde no exista nivel freático. También os dejo un par de cuadros donde aparece la resistencia a compresión simple de terrenos cohesivos y una tabla con ángulos de inclinación y pendientes de taludes en función del terreno y de la presencia de agua. Debo advertir que cuando se hace uso de tablas, normalmente se trata de modelos simplificados que, en no pocas veces, sobredimensionan enormemente los fenómenos analizados. Por eso siempre aconsejo realizar un cálculo con datos fiables para contrastar.

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Tabla 1. Altura máxima admisible en metros de taludes libres de solicitaciones, en función del tipo de terreno, del ángulo de inclinación de talud no mayor de 60º y de la resistencia a compresión simple del terreno.

 

Tabla 2. Inclinaciones y pendientes de los taludes, dependiendo de la naturaleza y contenido en agua del terreno

 

Referencias:

http://www.osalan.euskadi.eus/contenidos/libro/seguridad_201210/es_doc/adjuntos/Seguridad%20en%20zanjas.pdf

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/201a300/ntp_278.pdf

http://www.lineaprevencion.com/ProjectMiniSites/Video5/html/cap-2/db-prl-mt/seccion-2-desmonte-y-vaciado-a-cielo-abierto/seccion2desmonteyvaciadoacieloabierto.html

http://www.cepymearagon.es/WebCEPYME%5Cdatos.nsf/0/BB3A397513D24B57C1257DFE0031A982/$FILE/2014-DGA-02.pdf

YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

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Diseño automático de puentes pretensados con algoritmos heurísticos

Acaban de publicarnos un artículo donde se utilizan cuatro algoritmos heurísticos: Descent Local Search, Threshold Accepting Algorithm with Mutation Operation, Genetic Algorithm y Memetic Algorithm para el diseño automático de puentes pretensados.

Se puede descargar gratuitamente este artículo hasta el 10 de junio de 2017 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/a/1UwC15s1QSxbmc

Referencia: 

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. DOI: 10.1016/j.acme.2017.02.006

Abstract:

This paper deals with the cost optimization of road bridges consisting of concrete slabs prepared in situ and two precast-prestressed U-shaped beams of self-compacting concrete. It shows the efficiency of four heuristic algorithms applied to a problem of 59 discrete variables. The four algorithms are the Descent Local Search (DLS), a threshold accepting algorithm with mutation operation (TAMO), the Genetic Algorithm (GA), and the Memetic Algorithm (MA). The heuristic optimization algorithms are applied to a bridge with a span length of 35 m and a width of 12 m. A performance analysis is run for the different heuristics, based on a study of Pareto optimal solutions between execution time and efficiency. The best results were obtained with TAMO for a minimum cost of 104184 euros. Among the key findings of the study, the practical use of these heuristics in real cases stands out. Furthermore, the knowledge gained from the investigation of the algorithms allows a range of values for the design optimization of such structures and pre-dimensioning of the variables to be recommended.

Keywords:

Optimization; Metaheuristics; Bridges; Overpasses; Structural design

 

Rimpull y tracción. Problema resuelto.

La velocidad máxima a la que se puede desplazar una máquina depende de la resistencia a la rodadura del suelo, de forma que no se produzca deslizamiento. Esta fuerza, a partir de la cual se produce el deslizamiento, se denomina rimpull utilizable. Se calcula multiplicando el peso que llega al eje tractor por el coeficiente de adherencia o factor de tracción que depende tanto del tipo de superficie como del tipo de rueda u oruga.

Sin embargo, el rimpull disponible, definido como la fuerza de tracción aplicada entre las llantas de las ruedas tractoras y el suelo, depende directamente de la potencia del motor y del coeficiente de rendimiento total del sistema de transmisión, e inversamente proporcional a la velocidad del vehículo. La potencia del motor se debe corregir en función de las condiciones de trabajo reales (altitud, temperatura y humedad en el ambiente). El rimpull utilizable debe ser mayor al disponible para que las ruedas no deslicen.

Referencias:

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

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

Os dejo a continuación un ejemplo resuelto para aclarar estos conceptos. Espero que os sea de interés.

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Limitación y distribución de recursos en la programación de obras

Toda actividad necesita recursos para ejecutarse. La programación de los recursos disponibles constituye un tema crucial para lograr que la obra esté finalizada en los plazos y costes establecidos. Consiste en asociar los recursos a sus tareas respectivas y ver cómo se ensamblan en el conjunto de la obra. Se emplea para ello una representación gráfica de los recursos necesarios a lo largo del tiempo; recibe el nombre de diagrama de carga. Estos histogramas proporcionan un medio gráfico eficaz para observar su evolución temporal y para analizar los períodos de carencia previsibles por superposición con los diagramas de recursos disponibles (véase la figura).

La limitación de recursos en la realización de una obra provoca conflictos que pueden resolverse mediante métodos de nivelación y de asignación. Los primeros laminan el diagrama de cargas sin producir retrasos en el plazo programado. Los métodos de asignación, por otra parte, pretenden que los recursos necesarios no superen los disponibles, pero con la condición de que el retraso provocado sea el mínimo posible. Con ayuda de las diversas técnicas de redes, se habrá establecido un camino crítico y unas holguras para cada una de las actividades. La prioridad en la asignación de los recursos será mayor cuanto menor sea la holgura disponible para cada una de las actividades.

Dada la dificultad de resolver estos problemas, se suelen utilizar métodos heurísticos que proporcionan soluciones suficientemente buenas con tiempos de cálculo razonables. El método de Burgess-Killebrew para la nivelación, o el método de Wiest-Levy para la asignación de recursos constituyen algunos ejemplos de heurísticas.

El algoritmo de Burgess-Killebrew es uno de los algoritmos pioneros en este campo; está considerado también como uno de los más eficientes. El diagrama de carga del recurso busca la actividad no crítica que tenga la fecha temprana de finalización más avanzada. Esta actividad retrasa su finalización unidad a unidad de tiempo hasta agotar su holgura. Se elige como fecha más temprana de finalización de la actividad la que haga mínima la suma de los cuadrados de las cargas. Se repite esta pauta con todas las tareas no críticas, teniendo prioridad aquella actividad que posea mayor holgura, en caso de que la fecha temprana de finalización más avanzada de dos tareas coincida. Una vez realizado con todas, se vuelve a iniciar un nuevo ciclo de iteraciones hasta que finalizada una iteración no resulte posible disminuir la suma de los cuadrados de las cargas.

El algoritmo de Wiest-Levy se sustenta en la programación de las actividades que puedan realizarse con los recursos disponibles. No obstante esta programación puede ser revisada en posteriores iteraciones. Cuando la carga es superior a las disponibilidades, se recurre a retrasar alguna actividad, eligiendo entre las no críticas, la que resuelva el problema con el menor retraso. Si existen dos actividades que reúnen las mismas condiciones, se retrasa primero la de mayor holgura, con lo que las actividades críticas se retrasan cuando no hay otra opción.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V. (2007). Gestión de recursos, en Martínez, G.; Pellicer, E. (ed.): Organización y gestión de proyectos y obras. Ed. McGraw-Hill. Madrid, pp. 13-44. ISBN: 978-84-481-5641-1.

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.

YEPES, V.; PELLICER, E. (2008). Resources Management, in Pellicer, E. et al.: Construction Management. Construction Managers’ Library Leonardo da Vinci: PL/06/B/F/PP/174014. Ed. Warsaw University of Technology, pp. 165-188. ISBN: 83-89780-48-8.

 

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Zanjadora de brazo inclinable

Zanjadora de brazo inclinable (BARTH K 130)
Zanjadora de brazo inclinable (BARTH K 130)

Llamada en cierta bibliografía excavadora “ladder ditcher”, consiste en una serie de cangilones o cuchillas montados generalmente sobre orugas, que excavan en la dirección del eje de avance de la máquina y vierte las tierras, sobre una cinta transportadora dispuesta en dirección transversal a la excavadora. La tierra excavada se deposita en un cordón lateral o se carga en las unidades de transporte.

Sus elementos esenciales son:

  • El brazo de cangilones, móvil mediante cilindros hidráulicos hasta una inclinación máxima de 55º respecto a la horizontal, que tienen montados cangilones con cuchillas para terrenos no rocosos, dientes cónicos o picas en terrenos rocosos y dientes cuadrados en terrenos congelados.
  • Nivelador de fondo, con el que se consiguen zanjas de fondo limpio, llevando una zapata en su estructura que impide a la máquina excavar a más profundidad de la requerida.
  • Transportador de descarga, situado transversalmente al eje longitudinal, y consiste en una cinta transportadora con altura de descarga regulable.
Excavadora de brazo inclinable
Excavadora de brazo inclinable

La máquina empieza excavando sin moverse, descendiendo el brazo de cangilones hasta la profundidad deseada, posteriormente avanza y mantiene una velocidad compatible con la naturaleza del terreno, al igual que la velocidad de los cangilones.

Zanjadora utilizada en la segunda fase del postrasvase den Villena. Fuente: http://www.diarioinformacion.com/elda/2010/03/22/monstruo-terreno/991803.html
Zanjadora utilizada en la segunda fase del postrasvase den Villena. Fuente: http://www.diarioinformacion.com/elda/2010/03/22/monstruo-terreno/991803.html

De las zanjadoras, el de tipo de brazo inclinable es el que permite cavar la trinchera más ancha. Con cangilones normales, esta anchura llega hasta 0,90 m y con los dientes desbordantes, alcanza 1,45 m. El radio de las curvas que pueden abordarse sin levantar el brazo es de unos 25 a 50 m. En zanjas estrechas no se usa esta máquina.

Una de las zanjadoras más grandes del mundo se ha utilizado en Villena para acelerar las obras del post-trasvase Júcar-Vinalopó. Es una máquina de 180 t, con una longitud de 4 m de ancho y 9 m de largo. Con esta máquina se pueden abrir de 100 a 120 m de zanja al día.

Os dejo a continuación varios vídeos que explican el funcionamiento de esta máquina.

Referencias:

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

 

Moldes para hormigón prefabricado

Moldes para hormigón prefabricado. Cortesía: ANDECE
Figura 1. Moldes para hormigón prefabricado. Cortesía: ANDECE

El molde es el elemento que contiene al hormigón fresco, respondiendo su diseño a las exigencias de las piezas que se van a prefabricar. Se exige que los moldes presenten la máxima calidad posible para garantizar la precisión dimensional, la estabilidad, la versatilidad para adaptarse a otras formas, que sean fáciles de usar y durables. Por tanto, los moldes deben mantener su integridad durante el vertido del hormigón y en la aplicación del pretensado, si lo hubiese.

Para elementos lineales como vigas y pilares se usan moldes estáticos, ligeramente elevados del suelo, con gran flexibilidad en cuanto a cantos, ménsulas, longitud, etc. En el caso de paneles de hormigón arquitectónico, lo usual son moldes horizontales, con un sistema de vibración adaptado al molde. En el caso de paneles no vistos, lo más económico son moldes verticales de caras paralelas, pues ocupan menos espacio en la fábrica, apuran el curado y permiten mayor precisión. Para placas alveolares, se fabrican grandes longitudes de placa, bien por extrusión o por moldeadoras continuas.

Los moldes deben reutilizarse el máximo número de veces posible, sin que ello suponga una merma en la calidad, por la repercusión económica que presenta en el producto final. La reutilización se puede realizar con piezas diferentes, aunque es deseable que se mantenga la tipología, cambiando en este caso sólo la longitud o la altura con pequeñas modificaciones. Suelen disponerse en horizontal y de forma continua, aunque también es posible disponerlos en algunos casos en vertical (en batería).

Los moldes suelen ser de acero, pues permite alargar el número de usos y adaptarse a la geometría necesaria. Estos moldes son fáciles de transportar y reubicar dentro de la planta. De hecho, los moldes suelen llenar las plantas de fabricación y a veces es un verdadero problema ubicarlos para facilitar las maniobras y el resto de actividades sin que molesten. El problema que pueden presentar es la corrosión del acero, que puede atenuarse con aditivos inhibidores de la corrosión y con un buen agente desencofrante.

Con todo, también existen moldes de otros materiales como el polietileno expandido, que son desechables. Este material es ligero, barato y permite ahorros de tiempo, aunque su uso está muy centrado en piezas ornamentales. También es cierto que este tipo de materiales, junto con otros como el poliéster o la fibra de vidrio, permite reducir la disipación del calor interno durante el fraguado, lo que permite acelerar el proceso de curado.

Por tanto, una forma de acelerar el curado es usar moldes de acero calefactados. En ellos se permite un aporte de energía que garantice una temperatura fija o una curva de temperatura de curado adecuada a la reacción química interna del hormigón. Los moldes de acero también pueden ser “autorresistentes” en el caso de piezas pretensadas, donde el propio molde puede contener los elementos de anclaje de las armaduras activas, sirviendo de bancada de pretensado. Otra forma de acelerar disminuir el tiempo de desencofrado es utilizar aceleradores como aditivos en el hormigón que adelanten el fraguado, el endurecimiento o ambos.

También los moldes pueden disponer de un sistema de vibradores laterales o internos, de forma que se permita eliminar las burbujas de aire y mejorara la distribución de los áridos. Sin embargo, estos vibradores no se utilizan en el caso de emplear hormigón autocompactante. Además, como puede verse en la figura inferior, los moldes suelen presentar unas plataformas y accesos laterales para facilitar el acceso seguro de los operarios.

Molde prefabricado 2
Apertura de caras laterales antes de retirar la viga prefabricada. Escaleras de acceso a la plataforma lateral para el control del proceso. Cortesía: ANDECE.

Con el uso repetido de los moldes, éstos se deforman, pierden sección y cogen holguras en sus fijaciones. Todo ello perjudica la calidad de las piezas, por lo que resulta de gran importancia disponer de un buen plan de control y mantenimiento de estos moldes. De todas las operaciones, hay que cuidar la limpieza tras el uso. En el caso de elementos de gran longitud, hay que cuidar la alineación del conjunto del molde y su inmovilización para mantener la pieza dentro de las tolerancias exigidas.

En el siguiente vídeo, de Vifesa Fabricados Industriales, podemos ver moldes modulares para el prefabricado de marcos de hormigón de distintos tamaños.

Hormigón proyectado con fibras

Fuente: http://esp.sika.com

Cada vez se está imponiendo más, sobre todo en reparación de estructuras de hormigón, el hormigón o mortero proyectado reforzado con fibras. Estas fibras, metálicas o plásticas, al proyectarse quedan distribuidas en todas direcciones, resultando un material con buenas prestaciones a tracción, flexión, impacto, fatiga y fisuración. Las fibras se mezclan en la masa y fluyen sin problema por el cañón de lanzamiento. Se trata de una solución de gran interés en el caso de la fisuración que permite sustituir las soluciones clásicas de mallas electrosoldadas y telas de gallinero.

Una aplicación interesante es la reparación de estructuras dañadas por el fuego, en recrecidos, en revestimientos de túneles, consolidación de taludes y reparación de presas. Si se usan fibras de acero inoxidable, áridos refractarios y cemento aluminoso, se pueden revestir hornos y conductos de gases a elevadas temperaturas.

Lo habitual es utilizar fibras de acero de bajo contenido en carbono, de unos 30 mm de longitud y diámetros entre 0,3 y 0,5 mm. Su proporción es inferior al 1% en volumen (menos de 80 kg/m3). La fibras suelen ser rectas o con los extremos conformados, más usadas, pues mejoran el anclaje en la masa y permite el uso de fibras más cortas, y por tanto, mezclas más dóciles.

Se pueden usar fibras distintas a las de acero. La fibra de carbono presenta tiene propiedades ideales, pero su precio es muy alto para su uso habitual. La fibra de vidrio es adecuada en aplicaciones de partículas finas especiales, debiendo cumplir con los requisitos especiales para su comportamiento a largo plazo. La fibra de polímero se fundamentalmente para reparar el hormigón, pues mejora la cohesión interna del hormigón proyectado y reduce el agrietamiento por contracción durante el desarrollo de la resistencia inicial. La fibra plástica mejora la resistencia al fuego del hormigón en general.

Os dejo un vídeo donde se puede ver la aplicación del hormigón proyectado con fibras.

Os paso a continuación un vídeo de una conferencia de Markus Jahn, Ingeniero de Producto de Sika, donde nos cuenta cuáles son los últimos desarrollos en aditivos acelerantes para el hormigón lanzado y cuáles son las nuevas tecnologías para transportar concretos en largas distancias dentro de túneles. Espero que os sea de interés.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.