Figura 1. Topo de percusión. http://www.groundforce.uk.com/
La perforación por compactación con topo de percusión (impact moling o earth piercing) consiste en una perforación por impacto empleada en la instalación de tuberías con tecnología sin zanja (trenchless). La perforación se realiza sin necesidad de desplazar el suelo (compaction boring). El proceso de perforación es independiente de la inserción de la tubería.
Se utiliza un dispositivo en forma de torpedo que contiene en la nariz un martillo de movimiento alternativo que, al golpear, provoca una fuerza de impacto que impulsa el torpedo hacia delante. Puede avanzar entre 7 y 120 cm por minuto. Después se inserta un cable que sirve para tirar de la tubería que se va a colocar. Si el tubo es rígido, entonces se empuja a través de un orificio abierto.
Pueden abrirse diámetros de 30 a 180 mm en una sola operación, aunque con múltiples pasadas pueden alcanzarse los 200-250 mm de diámetro. Los martillos neumáticos de perforación horizontal se utilizan normalmente para distancias de entre 5 y 25 m. Este método requiere, aparte de los correspondientes planos actualizados de servicios, el uso de técnicas indirectas de localización de líneas de servicio y tuberías, como el georradar (GPR) y el detector electromagnético de servicios, para evitar afectarlas durante la perforación.
Figura 2. Esquema de la perforación percusiva (impact moling)
A continuación, os dejo algunos vídeos para que veáis cómo funciona este método.
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.
Rotura de la tubería de agua en Boston, 1925. Leslie Jones, Boston Public Library
Llevamos varios artículos reflexionando sobre la necesidad de durabilidad y mantenimiento de las infraestructuras. Ya se ha comentado varias veces que la crisis silenciosa, profunda y demoledora es la actual «crisis de las infraestructuras», con un efecto que, con la política actual de inversiones en mantenimiento, va a provocar en poco tiempo un gran impacto en la calidad de vida de los ciudadanos.
A este respecto, voy a hacerme eco del 2013 Report Card for America’s Infrastructure del ASCE. Se trata de un informe que califica el estado de las infraestructuras de todo tipo en Estados Unidos. En particular, nos centraremos en las infraestructuras de abastecimiento de agua potable, que han obtenido una calificación actual de D, por debajo de lo admisible. Los datos que se citan a continuación constituyen una auténtica bola de cristal que permite vislumbrar claramente lo que puede ocurrir en España con este tipo de infraestructuras. El documento completo lo podéis descargar en pdf aquí: http://www.infrastructurereportcard.org/a/documents/Drinking-Water.pdf
Existen casi 170 000 redes de abastecimiento de agua potable en Estados Unidos, de las cuales 54 000 son sistemas públicos que suministran agua a más de 264 millones de personas. Sin embargo, gran parte de la infraestructura del agua potable de Estados Unidos ha llegado al final de su vida útil y muchas de ellas tienen más de 100 años de antigüedad. Se estima en 240.00 roturas de tuberías de agua al año, lo cual significa que su reemplazamiento puede costar más de 1 billón (1012) de dólares, según datos de la American Water Works Association (AWWA). [No confundir los billones y trillones americanos con los europeos]
Si bien es cierto que se están ampliando continuamente estas redes de suministro, estos sistemas presentan componentes cuya vida útil puede oscilar entre 15 y 95 años. Este dato indica que gran parte de la infraestructura de las ciudades más antiguas del país debería reemplazarse de inmediato. Las roturas y los fallos provocan daños en las carreteras, problemas en caso de incendios, interrupciones en el transporte, el comercio, etc. Se estima que en Estados Unidos existen más de un millón y medio de kilómetros de tuberías enterradas en condiciones desconocidas. Algunas de ellas datan de la guerra de Secesión y no se inspeccionan hasta que existe un problema o una rotura. Las roturas son cada vez más comunes y se estima que superan las 240 000 cada año.
La determinación del estado real de las redes sería rentable, pues permitiría abordar su mantenimiento antes de que se produjeran fallos, lo que supondría un ahorro muy notable de los costes. Además, se podrían evitar sustituciones de tramos que estuviesen en buenas condiciones. La Environmental Protection Agency (EPA) estima que aproximadamente entre 6500 y 8000 kilómetros de tuberías se reemplazan anualmente. Sin embargo, para el año 2035, el pico de reposición anual podría oscilar entre 25 500 y 32 000 km. Además, una parte de las tuberías instaladas a mediados del siglo XX empezará a fallar masivamente.
En 2012, la AWWA estimó que el valor de reposición total de los más de millón y medio de kilómetros de tuberías es de aproximadamente 2,1 billones de dólares (2,1×1012) si se reemplazaran todas las tuberías simultáneamente. Si solo se actuara en los tramos en peor estado en los próximos 25 años, el coste sería de un billón de dólares aproximadamente.
El presupuesto de reposición se duplicará, pasando de los aproximadamente 13 000 millones de dólares anuales a los casi 30 000 millones (en dólares de 2010) en la década de 2040, lo que supondrá un encarecimiento muy importante de la facturación del agua y los impuestos locales. El retraso en la inversión puede degradar el servicio de abastecimiento de agua potable, lo que aumentará las interrupciones del servicio y los gastos en reparaciones de emergencia.
Según la AWWA, en el horizonte de 2050 se necesitarán más de 1,7 billones de dólares. Las previsiones de la EPA son más conservadoras, pues no tienen en cuenta el crecimiento de la población. En 2007, hicieron una previsión a 20 años de 334,8 mil millones de dólares para 53 000 redes públicas y 21 400 redes de entidades sin ánimo de lucro. Se necesitarían 199 mil millones de dólares para los sistemas de distribución, 67 mil millones para los sistemas de tratamiento de aguas y 39 mil millones para el almacenamiento del agua.
Estas necesidades se traducen en más de 1000 dólares por persona en gran parte de los Estados Unidos. Estas necesidades no se están cubriendo al ritmo necesario. En 2008, los gobiernos estatales y locales estimaron un gasto anual total de 93 000 millones de dólares en aguas residuales e infraestructura de agua potable. Las asignaciones del Congreso han disminuido durante el periodo 2008-2012, con una asignación de solo 6,9 mil millones de dólares, con un promedio de 1380 millones de dólares anuales, o lo que es lo mismo, 27,6 mil millones en 20 años. Esto es solo el 8 % de las necesidades identificadas por la EPA.
El puente Canal de Magdeburgo, sobre el río Elba. Wikipedia
El puente Canal de Magdeburgo (Alemania) es famoso por ser el acueducto navegable más largo del mundo, con una longitud total de 918 m. Este puente conecta el canal Elbe-Havel con el canal de Mittelland, que atraviesa el río Elba y sobre el que discurre el canal navegable de Magdeburgo. El objetivo es acortar kilómetros de navegación y favorecerla cuando los calados del río son excesivamente bajos.
Su construcción comenzó en 1997 y abrió sus puertas en octubre de 2003. Su coste aproximado fue de 500 millones de euros y es famoso por ser el acueducto navegable más largo del mundo. Posee una longitud total de 918 m, una anchura de 34 m y una profundidad del canal de 4,25 m. El puente tiene una luz máxima de 106 m y se construyó con cerca de 68 000 m³ de hormigón y 24 000 t de acero.
Fuente: http://discoverytumundo.blogspot.com.es/
Os dejo un par de vídeos sobre el acueducto, el primero de ellos de licitacivil. Espero que os gusten.
Podéis ampliar la información en algunos de los siguientes enlaces:
Las tablestacas de madera ya se utilizaban en la Antigua Roma. En la actualidad, su uso está muy limitado a obras provisionales de excavación poco profunda y por encima del nivel freático. Se pueden utilizar diversos tipos de juntas entre los elementos, en espiga o machihembradas. La presión de las tierras del trasdós sobre la pantalla y el aumento de volumen de la madera mojada tienden a cerrar las juntas.
Para el hincado, se coloca en punta un azuche metálico y, en la cabeza, un casco metálico para protegerse del golpe. Estos tableros suelen reforzarse con pilotes que soportan, generalmente, vigas continuas entre las que deslizan las tablestacas. Tras su ejecución, la tablestaca se suele reforzar con grapas de hierro que impiden que las tablas se separen.
Como inconvenientes de este tipo de tablestacas, cabe destacar su poca longitud (un máximo de 10 m), su escasa resistencia, alta deformabilidad, baja durabilidad y dificultad de hinca. Sus dimensiones son de 8 a 15 cm de espesor y de 25 a 35 cm de anchura.
Las entibaciones de madera están formadas por tablones, tablas y rollizos de madera, siendo el álamo negro el más utilizado. Se emplean como pantallas no estancas, en ausencia de agua. El proceso de excavación y entibación depende del tipo de terreno y su profundidad. Este tipo de entibación se ha sustituido mayoritariamente actualmente por entibaciones metálicas por razones económicas, pues con madera supone un coste importante en mano de obra y una mayor lentitud en su instalación. Sin embargo, aún se utilizan cuando existen zanjas con muchas tuberías o conducciones transversales, o bien cuando no se puede emplear maquinaria que transporte los elementos de otro tipo de entibación hasta el tajo.
Se pueden establecer dos tipos diferentes de entibaciones de madera:
Entibaciones con tablas horizontales: son útiles en terrenos cohesivos, que sean autoestables al excavar. Se suele alternar la excavación cada 0,80-1,30 m con la propia entibación. La entibación se realiza apuntalando de lado a lado de las tablas con un codal o rollizo, hasta alcanzar la profundidad total.
Entibaciones con tablas verticales: se emplean en terrenos sin cohesión, como arenas sueltas, o incluso en lodazales. Las tablas verticales, con punta, se hincan con una maza antes de excavar. A medida que se completa la hinca, se coloca la primera correa o cabecero en cabeza de zanja y se apuntala de lado a lado. Se alcanza la profundidad en sucesivas etapas.
Entibación de madera con tablas horizontales
Entibación de madera con tablas verticales
La entibación de madera recibe distintos nombres en función del porcentaje de superficie de excavación cubierta:
Entibación cuajada: cubre el 100% de las paredes de la excavación. Los tablones se sitúan uno a continuación del otro.
Entibación semicuajada: cubre el 50% de las paredes de la excavación. Los tablones distan entre sí unos 0,75 m.
Entibación ligera: cubre menos del 50% de las paredes de la excavación. En este caso los tablones distan de 1,5 a 2 m.
Para todas las entibaciones anteriores, se suele dejar 1 m de separación vertical entre correas o largueros y de 1,5 a 2 m en horizontal entre codales. La Norma Tecnológica NTE ADZ/1976 recomienda, en función del tipo de terreno, la solicitación y la profundidad de corte, los tipos de entibaciones de madera que figuran en la tabla.
Tipo de terreno
Solicitación
Profundidad P de corte en m
< 1,30
1,30 – 2,00
2,00 – 2,50
> 2,50
Coherente
Sin solicitación
No necesaria
Ligera
Semicuajada
Cuajada
Solicitación vial
Ligera
Semicuajada
Cuajada
Cuajada
Suelto
Solicitación de cimentación
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Indistintamente
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Cuajada
Asimismo, dicha norma establece la sección y separación de los elementos del tablero, cabeceros y codales.
Os dejo un vídeo explicativo sobre el tema. Espero que os sea de interés.
En los trabajos ejecutados en zanjas se producen frecuentemente accidentes graves o mortales debidos al desprendimiento de tierras. Podemos considerar, con carácter general, peligrosa toda excavación que, en terrenos corrientes, alcance una profundidad de 0,80 m y 1,30 m en terrenos consistentes.
El Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Madrid nos ofrece el siguiente documento (enlace) donde se definen las líneas generales de las medidas de seguridad y procedimientos de trabajo, que garanticen la seguridad de los trabajadores que tienen que llevar a cabo labores en el interior de zanjas y pozos, haciendo hincapié en los sistemas de entibación, como garantes de la estabilidad de las paredes de la excavación. Otro documento de interés es el NTP 278: Zanjas: prevención del desprendimiento de tierras, del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo.
Os dejo un vídeo que grabé para mis estudiantes donde hago una introducción a las entibaciones.
A continuación os presento un vídeo del profesor José Ramón Ruiz, de la UPV, donde se explican los conceptos básicos de las entibaciones y las diferencias entre entibaciones cuajadas, entibaciones semicuajadas y entibaciones ligeras.
En este vídeo podemos ver alguna de las recomendaciones más importantes relacionadas con la seguridad en la ejecución de zanjas y entibaciones.
Igual os sorprende este vídeo sobre entibaciones realizado de forma original.
Referencias:
GARCÍA VALCARCE, A. (dir.) (2003). Manual de edificación: mecánica de los terrenos y cimientos. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L. Madrid, 716 pp.
GONZÁLEZ CABALLERO, M. (2001). El terreno. Edicions UPC, Barcelona, 309 pp.
IZQUIERDO, F.A. (2001). Cuestiones de geotecnia y cimientos. Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 227 pp.
LAMBE, T.W.; WHITMAN, R.V. (1996). Mecánica de suelos. Limusa, México, D.F., 582 pp.
MINISTERIO DE FOMENTO (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
La perforación dirigida horizontal es un método de perforación empleado para la instalación de tuberías que evita la apertura de zanjas a cielo abierto minimizando el movimiento de tierras. Se utiliza fundamentalmente para la instalación de líneas de comunicación (fibra óptica, cables de datos), líneas eléctricas, gaseoductos, oleoductos y conducciones de agua a presión.
Esta tecnología opera mediante una máquina que perfora el suelo a lo largo de toda la trayectoria de la instalación, siendo orientada y seguida desde la superficie mediante un localizador que indica la posición, sin necesidad de pozos verticales, ya que la obra comienza desde la superficie.
El procedimiento constructivo se puede describir de la siguiente forma: una vez instalada la máquina para que la cabeza de perforación se introduzca en el suelo, se procede a lo siguiente: (1) ejecución de la perforación guía o piloto, (2) ampliación del diámetro de la perforación piloto mediante los escariadores adecuados, y (3) instalación de la tubería en el interior de la perforación realizada.
Os paso varios vídeos para que podáis ver la ejecución de este procedimiento constructivo. En el primero veremos la PDH de mayor longitud y tamaño realizada hasta la fecha. Se realizó en Alcira (Valencia) en el 2007. Se trataba de la instalación de una nueva conducción para el abastecimiento de agua potable. Espero que os gusten.
[politube2]65102:450:350[/politube2]
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
Dentro del ámbito del aeropuerto de Madrid se encuentra el proyecto de oleoducto Torrejón-Barajas. La obra, realizada por Acciona, consiste en la construcción del tramo 2 del oleoducto que abastece a la red de hidrantes del aeropuerto desde las instalaciones de almacenamiento que CLH dispone en Torrejón de Ardoz. La conducción, de unos 5 km de longitud, consta de dos tuberías de acero de 24 pulgadas de diámetro, dispuestas en diversas tipologías constructivas, según los condicionantes de paso. Esta obra permite desmantelar los 13 tanques de queroseno del aeropuerto de Barajas, que almacenan más de 70 millones de litros de queroseno.
http://radiotubo.blogspot.com.es/
A continuación os dejo un vídeo realizado por voxelstudios los procesos constructivos empleados para la construcción del segundo tramo del Oleoducto Torrejón-Barajas diferenciando las tres tipologías constructivas empleadas según los condicionantes de paso, zanja a cielo abierto, hinca horizontal y perforación horizontal dirigida.
Una forma de excavar zanjas en terrenos flojos a profundidades de 3-7 m o incluso más, es el uso de entibaciones con guías deslizantes. Se trata de reforzar la entibación con una estructura con guías laterales que permite el deslizamiento de paneles de acero. Las planchas se deslizan con mínimas fuerzas, sin golpes o sacudidas, incluso a gran profundidad. Además, se eliminan posibles problemas de asentamiento o desplazamiento de terreno tanto en la excavación como en la extracción; la entibación no se acuña ni se atasca. Su gran flexibilidad permite su empleo tanto en zonas de difícil acceso como en amplias conducciones subterráneas.
Mediante el uso de paneles en planos distintos que los superiores, es posible lograr mayores profundidades y de dimensión variable. Además, esto permite extraer los paneles inferiores sin mover los superiores, lo que involucra una gran eficiencia en el proceso de rellenos compactados.
Os dejo algunas guías de distintas empresas que os pueden ser de utilidad: IguazuriIschebeckMecanotubo. Asimismo, os dejo algunos vídeos explicativos, que espero os gusten:
A veces resulta ventajoso el uso de tablestacas arriostradas con tirantes respecto a las arriostradas mediante perfilería metálica cuando no existen obstáculos en la excavación y puesta en obra en el interior del recinto o zanja.
En este caso, es posible alcanzar profundidades elevadas de excavación sin necesidad de perfiles o codales. Es ideal para zanjas que necesiten arriostramiento y sirvan para colocar tubos en tramos de gran longitud, imposibles de colocar con la existencia de codales. Asimismo, su empleo estaría recomendado cuando fuese necesario realizar la excavación en más de una fase, para realizar el montaje de los tirantes y la viga de atado.
Este arriostramiento se ejecuta normalmente con tirantes formados por barras de acero macizas. Estos tirantes limitan las deformaciones en las pantallas. Además, todo este material (tablestacas principal y trasera, tirantes y piezas auxiliares) es recuperable.
Uno de los condicionantes del procedimiento constructivo, tal y como se ve en la figura anexa, es la necesidad de espacio en obra para colocar una pantalla de tablestacas trasera a la principal, de forma que sea capaz de transmitir al terreno la reacción en el arriostramiento, al estar ambas pantallas conectadas por dichos tirantes.
