Sistemas de entibación con cajones de blindaje o escudos

Figura 1. Detalle de cajones de blindaje Robust BOX. Fuente: www.atenko.com

Se utilizan los escudos o cajones de blindaje cuando se busca no sólo un sostenimiento del terreno, sino una buena protección a los trabajadores. Se trata de dos paneles unidos por codales de longitud regulable (Figura 20). La longitud de la plancha oscila entre los 2,00 y 6,00 m. Además, no es apta para entibar con presencia transversal de servicios.

Los blindajes se ensamblan en obra, fuera de la zanja, con anchuras regulables en función de la zanja. Cuando se trata de zanjas profundas, se colocan unos blindajes encima de otros, unidos mediante guías. Los cajones de blindajes se pueden utilizar hasta 4 m de profundidad, incluso en terrenos no cohesivos. A mayor profundidad los cajones se extraen con dificultad, pues se originan grandes esfuerzos sobre los codales y pueden aparecer descompensaciones del terreno totalmente desaconsejables. A partir de ahí, y hasta 6 m, deberían utilizarse cámaras con tablestacas.

Se distinguen dos tipos de sistemas de colocación de cajones de entibación: el método de descenso directo y el método de descenso escalonado.

El método de descenso directo, también llamado método de ajuste, consiste en introducir la entibación hasta el fondo en la zanja ya excavada. Esto es posible con paredes estables, verticales y con una excavación que presente la misma anchura que la entibación (ver Figura 2). El espacio entre la cara exterior del blindaje y el frente de excavación debe ser el mínimo posible, debiéndose rellenar para evitar los movimientos laterales del cajón. Estos escudos se montan en obra con una simple retroexcavadora o con una grúa pequeña.

Figura 2. Montaje del sistema de entibación con cajones de blindaje mediante descenso directo. Fuente: http://www.iguazuri.com/catalogos/entibacion_general.pdf

El método de descenso escalonado, también llamado de “corte y bajada”, se utiliza para la colocación de cajones provistos de bordes cortantes. Consiste en empujar cada panel con la cuchara de una pala excavadora a uno y otro lado de la entibación, alternando el descenso con la excavación y retirada del suelo (Figura 22). El avance en el descenso no debe exceder 0,50 m del borde inferior de la plancha.

Figura 3. Montaje del sistema de entibación con cajones de blindaje mediante el método de “corte y bajada”. Fuente: UNE-EN 13331-1

En el siguiente vídeo se muestra cómo se monta el sistema mediante el método de “corte y bajada”.

Referencias:

OSALAN (2009). Seguridad práctica en la construcción. Instituto Vasco de Seguridad y Salud Laborales, Bilbao, 466 pp.

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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Sistemas de entibación por presión hidráulica

Entibadora hidráulica Pressbox Serie 800. Cortesía SBH Tiefbautechnick

El sistema de entibación por presión hidráulica está formado por una cámara compuesta por paneles, del tipo tablestacas. Su profundidad recomendada de trabajo es de hasta 7 m y su anchura máxima de 1,70 a 4,70 m. Una viga accionada hidráulicamente hinca e iza los paneles, por lo que no se recomienda en terrenos rocosos o con bolos. Ambas caras de la cámara están apuntaladas y sostenidas por unas secciones especiales situadas en los bordes.

Es un sistema especialmente diseñado para reparar conductos o instalar tuberías. También se recomienda para trabajos de arqueología y en cascos antiguos, pues no transmite vibraciones. Una vez instaladas las tuberías, una excavadora mueve la cámara a lo largo de unos carriles hasta la siguiente sección.

Entibación por presión hidráulica. https://www.sbh-verbau.de/es/entibacion-trench-shoring-perfiles-sbh/entibacion/pressbox.html

Referencias:

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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Vibrohincador de pilotes y tablestacas para el acople a retroexcavadora

Figura 1. Vibrohincador acoplado a retroexcavadora. https://www.beenes.com

En un artículo anterior habíamos descrito la hinca por vibración de pilotes y tablestacas. Ahora vamos a detenernos en una forma sencilla y versátil de utilizar los vibrohincadores, que es acoplarlos a una retroexcavadora. En este caso, el vibrohincador se monta en la pluma de una retroexcavadora sustituyendo la cuchara. Las mismas palancas de control de la cuchara son las que sirve para manejar el vibrohincador.

Este equipo no requiere instalaciones eléctricas, son compactos y robustos, de montaje rápido y sencillo y con un alto ratio de potencia/peso del equipo. La misma fuerza disponible en el brazo de la retroexcavadora ayuda en la hinca del perfil. Además, el vibrador sirve también para la extracción de los perfiles.

Figura 2. Esquema del vibrohincador. https://www.beenes.com

 

Os un vídeo ilustrativo al respecto.

A continuación os dejo un folleto explicativo de la empresa Beenes.

Descargar (PDF, 591KB)

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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Pipe Express: Instalación de tuberías semi-trenchless

Figura 1. Vista frontal del sistema Pipe Express® desarrollado por Herrenknecht.

En algunos artículos anteriores hemos hablado con cierto detalle de tecnologías sin zanja para la instalación de tuberías. Son las denominadas, en inglés, tecnologías “trenchless”. Sin embargo, la tecnología no se detiene y, en esta entrada, quiero describir brevemente una técnica constructiva que se podría llamar “semi-trenchless”. Se trata del Pipe Express®, tecnología desarrollada por la empresa Herrenknecht para la instalación de tuberías.

Con el desarrollo de esta tecnología, Herrenknecht ha establecido un nuevo procedimiento constructivo para la instalación de tuberías a grandes distancias. El método sin zanjas no requiere la bajada de agua subterránea y en comparación con la construcción a cielo abierto, la zona afectada puede ser considerablemente más estrecha. Ello redunda, como no puede ser de otra forma, en mejores rendimientos y menores costes, además de ser un procedimiento respetuoso con el medio ambiente. Dependiendo de las condiciones del proyecto, con esta nueva técnica se puede instalar de forma segura hasta 1.000 m de tubería por día.

Tal y como se puede observar en la Figura 1, se trata de una tuneladora que trabaja bajo tierra y una unidad de excavación como conexión vertical entre la tuneladora y la superficie del terreno. El útil de corte de la tuneladora es el que realiza la excavación del terreno. Un transportador de tornillo interno y una unidad de corte vertical llevan el material excavado a la cinta transportadora pivotante en la superficie.

 

Figura 2. El sistema Pipe Express® desarrollado por Herrenknecht.

Esta tecnología puede ser de gran interés en zonas con suelos inestables, nivel freático elevado y requisitos de instalación profundos. Tal y como indica la empresa, con Pipe Express®, la zona afectada y los correspondientes movimientos de tierra pueden reducirse hasta en un 70% en comparación con el método de corte abierto. Esto supone una menor interferencia con la población, los usuario o los propietarios del terreno, pues se reduce el despliegue de grandes equipos y se acorta el plazo de ejecución. Además, la rápida instalación de tuberías de una sola pasada y la menor necesidad de maquinaria de construcción convencional significan una reducción significativa de las emisiones de gases de los motores de combustión y de ruido.

A continuación os dejo varios vídeos explicativos sobre esta nueva tecnología.

 

También os dejo información adicional del propio fabricante.

Descargar (PDF, 385KB)

 

 

Traílla remolcada

Figura. Traílla remolcable. Imagen: V. Yepes

La traílla remolcada consiste en una caja montada sobre dos ejes con neumáticos; un eje portador en la parte posterior y un eje, con timón de remolque y dirección, en la parte delantera. Se remolca normalmente por medio de un tractor de orugas. El chasis puede llevar en la parte de atrás un tampón de empuje con miras a la utilización de un empujador. Son adecuadas para distancias cortas. Se fabrican hasta de 24 m3 de capacidad, aunque están siendo sustituidas por las mototraíllas. Presentan un mayor esfuerzo de tiro, debido a una buena tracción incluso en pistas de mal estado. Salvo algún caso excepcional, hoy solo se utilizan en trabajos de poca envergadura o de tipo agrícola. En la figura puede verse una traílla remolcada por un tractor agrícola usada en la redistribución de arena en las playas.

Os dejo a continuación un par de vídeos que ilustran bien el modo de trabajo de estas máquinas. En el primer vídeo se puede ver una máquina utilizada en movimiento de tierras, mientras que en el segundo se ve un trabajo de tipo agrícola.

 

Referencias:

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

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Mototraílla de doble tracción

Figura 1. Mototraílla de doble motor

En una entrada anterior ya se comentaron aspectos básicos de las mototraíllas (scrapers, en inglés). Son máquinas utilizadas para la excavación, carga, transporte, descarga y nivelación de materiales de consistencia media tales como tierras, arena, arcilla, rocas disgregadas, zahorras, etc. Consisten en una caja abierta con dispositivo de descenso, corte, ascenso y descarga de tierras. Dicha cuchilla va cortando el terreno, llenándose la caja al avanzar la máquina. En esta ocasión vamos a describir de forma breve la mototraílla de doble tracción.

Las mototraíllas de doble tracción poseen dos motores, uno delantero y otro posterior, y por tanto tienen tracción en los dos ejes. Son más potentes que las convencionales, pudiendo trabajar en terrenos más compactos. y con mayores pendientes. Suelen tener una relación capacidad/potencia de 35 l/CV y una relación peso/potencia de 120 kg/CV. Estas máquinas se complementan, en ocasiones, con un segunda mototraílla dispuesta en tándem con la primera, trabajando en pareja y reciben entonces el nombre de mototraíllas de empuje y arrastre (push-pull): presentan en la parte delantera un plato de empuje y un dispositivo de enganche con accionamiento desde la cabina, en la parte posterior dispone de un tope y un gancho fijo. La delantera se llena mediante el empuje de la trasera y cuando está cargada, baja la trasera el gancho y la caja siendo remolcada por la delantera. Cuando está cargada la trasera, emite una señal acústica, se desengancha y la delantera deja de tirar. Desde este momento las traíllas funcionan de forma independiente hasta que se repite el ciclo de carga. Sus distancias de acarreo óptimas se sitúan entre 150-200 m. y 1.600 m.

Figura 2. Equipo de mototraíllas de empuje y arrastre. https://www.cat.com

Os dejo ahora algunos vídeos relacionados con el trabajo de estas máquinas. Espero que os sean de interés.

En estos vídeos se aclara mejor el trabajo de las mototraíllas de empuje y arrastre.

Referencias:

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

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Coeficiente de esponjamiento en movimiento de tierras

Figura 1. Retroexcavadora

Uno de los problemas habituales, pero fáciles de resolver en el cálculo de costes y producciones de los movimientos de tierras es no tener en cuenta los cambios de volumen que experimenta el terreno cuando se excava, transporta y compacta. A continuación os voy a contar algunos de estos conceptos.

El “peso específico de un suelo“, como relación entre el peso y su volumen, es un valor dependiente de la humedad, de los huecos de aire y del peso específico de las partículas sólidas. Para evitar confusiones, las determinaciones de los ensayos de laboratorio facilitan por un lado el “peso específico seco” y por otro la humedad. Fijémonos que este término es diferente de la “densidad del suelo“, que establece una relación entre la masa y el volumen. Por tanto, en las siguientes definiciones, aunque hablemos de densidad, en propiedad deberíamos hablar de peso específico. Sin embargo, a efectos prácticos no hay problemas en los cálculos (uso de kilogramos-masa frente a kilogramos-fuerza o Newtons en el Sistema Internacional).

La densidad de un terreno, esto es, la masa por unidad de volumen, es una característica dependiente del estado del suelo o de las rocas. Los componentes sólidos del terreno, su ordenación, humedad, grado de compactación, índice de huecos, granulometría, son rasgos que alteran la densidad de un terreno, siendo por tanto necesario, referir en cada momento, qué tipo de densidad estamos tratando.

Se denomina densidad aparente a la masa de una porción de terreno por unidad de volumen. Dicha masa estaría constituida por las partículas sólidas más el agua.

Se define densidad en banco o “in situ” dB a la densidad aparente del terreno en su estado natural, antes de su extracción. El movimiento de tierras va a provocar, mediante acciones mecánicas sobre los terrenos, una reordenación de sus elementos integrantes, y por tanto, una variación de dicha densidad aparente, bien sea aumentando el volumen de los mismos (excavación), o bien disminuyéndolos (compactación). Si no existieran incrementos o disminuciones de humedad durante la manipulación del terreno, se mantendría constante el producto del volumen por la densidad aparente, es decir, la masa de la porción del terreno considerado.

Figura 2. Esponjamiento y factores de conversión

La excavación de un material va a provocar un aumento de volumen, y por tanto una disminución de su densidad aparente, que llamaremos densidad del material suelto dL. Esta circunstancia debe ser considerada en los cálculos de producción tanto de excavación como de transporte. Se denomina factor de esponjamiento FW -también llamado “Factor Volumétrico de Conversión FVC”, al cociente entre los volúmenes aparentes en banco y del material suelto. Dicho factor, es evidentemente, menor a la unidad. También se denomina en la bibliografía Factor de Conversión de Esponjamiento (F.C.E.).

donde,

FW = Factor de esponjamiento.

VB = Volumen que ocupa el material en banco.

VL = Volumen que ocupa el material suelto.

Si os interesa, podéis consultar una entrada previa donde os dejé un Laboratorio virtual para el cálculo del peso específico de un suelo.

Otra relación sería el porcentaje de esponjamiento SW, que expresaría el tanto por ciento entre el incremento de volumen y el del material en banco. Ambos conceptos se podrían referir a las densidades aparentes en banco y suelta, siempre que no hubiese variación de humedad en la manipulación, al no variar la masa total.

donde,

SW = Porcentaje de esponjamiento.

VB = Volumen que ocupa el material en banco.

VL = Volumen que ocupa el material suelto.

 

De la Tabla 1 pueden tomarse valores característicos de peso específico en banco y factor volumétrico de conversión, aconsejándose la determinación real para casos donde precisemos afinar mediciones o productividades.

MATERIAL   gB (t/m3) FW
CALIZA 2,61 0,59
ARCILLA estado natural 2,02 0,83
seca 1,84 0,81
húmeda 2,08 0,80
ARCILLA Y GRAVA seca 1,66 0,86
húmeda 1,84 0,84
ROCA ALTERADA 75% Roca-25% Tierra 2,79 0,70
50% Roca-50% Tierra 2,28 0,75
25% Roca-75% Tierra 1,06 0,80
TIERRA seca 1,90 0,80
húmeda 2,02 0,79
barro 1,54 0,81
GRANITO FRAGMENTADO 2,73 0,61
GRAVA natural 2,17 0,89
seca de 6 a 50 mm. 1,90 0,89
húmeda de 6 a 50 mm. 2,26 0,89
ARENA Y ARCILLA 2,02 0,79
YESO FRAGMENTADO 3,17 0,57
ARENISCA 2,52 0,60
ARENA seca 1,60 0,89
húmeda 1,90 0,89
empapada 2,08 0,89
TIERRA Y GRAVA seca 1,93 0,89
húmeda 2,23 0,91
TIERRA VEGETAL 1,37 0,69

Tabla 1.- Peso específico en banco y factor de esponjamiento para distintos materiales.

La compactación consiste en someter al terreno a esfuerzos de compresión que produzcan movimientos de sus partículas, de modo que le lleven a posiciones de mayor compacidad. Ello, evidentemente, comporta una disminución del volumen aparente del material. Se denominará factor de compresibilidad FC a la relación entre el volumen del material compactado y en banco.

donde,

FC = Factor de compresibilidad.

VC = Volumen que ocupa el material compactado.

VB = Volumen que ocupa el material en banco.

Otro tipo de definiciones usadas para expresar la relación entre los componentes de un terreno, serían las siguientes:

  • Contenido de humedad, : relación entre la masa del agua y de los sólidos.
  • Grado de saturación, Sr: relación entre el volumen de agua y el volumen de huecos.
  • Índice de poros, e: relación entre el volumen de huecos y el volumen de sólidos.
  • Porosidad, n: volumen de huecos referida a la totalidad del volumen.

Os dejo un vídeo donde se explican estos conceptos. Espero que os sea útil.

Referencias:

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

 

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Plantas desarenadoras para la reutilización de los fluidos estabilizadores

Figura 1. Desarenador de lodos. ttps://maquinariacimentaciones.wordpress.com

En artículos anteriores hemos descrito los fluidos estabilizadores de excavaciones. Dentro de este uso, la estabilización de excavaciones de muros pantalla esta ampliamente difundida en España. Los fluidos bentoníticos se utilizan también habitualmente para estabilizar las paredes de la excavación de pilotes excavados de cierto diámetro e incluso en los de pequeño diámetro en competencia con las entibaciones recuperables. También se usan en estos fluidos de perforación en la Perforación Horizontal Dirigida. En cualquier caso, uno de los problemas a resolver es separar las partículas de la excavación del fluido para que pueda ser reutilizado. Para ello se describe a continuación brevemente el funcionamiento de una planta desarenadora.

La misión de las plantas desarenadoras es la de separar las partículas de suelo (sólidos) que se encuentran en suspensión en los fluidos estabilizadores. Son necesarias para la reutilización de los lodos (circuito de recirculación). Además de en cimentaciones profundas se utilizan también en plantas de tratamiento de áridos, obras de túneles, etc.

El contenido de arena y otras partículas en suspensión en los lodos minerales debe ser inferior al 4% del volumen antes de volver a verterlo en la excavación. En el caso de polímeros este porcentaje debe ser inferior al 1%. Antes del hormigonado se permite máximo hasta el 10%.

Figura 2. Salida de sólidos de una desarenadora (Bauer)

Se pueden distinguir en el mercado dos tipos de desarenadoras; aquellas por las que el fluido a limpiar pasa una única vez por un hidrociclón y las que pasan dos. El de simple ciclonado está recomendado para terrenos poco arenosos o con arenas poco finas; en este caso, los lodos solo pasan una vez por el ciclón tras pasar por una o varias fases de criba con el objeto de eliminar el material de mayor tamaño. El desarenador de doble ciclonado es más eficaz, pues presentan una mayor capacidad de regeneración del fluido, siendo necesario para terrenos arenosos o con muchas arenas finas, incluso limos; normalmente tras pasar a través del ciclón principal pasan por una serie de hidrociclones más pequeños.

Figura 3. Esquema de la recirculación de fluidos (Caltrans)

 

En la Figura 4 se muestra el esquema de una desarenadora con un solo paso a través del ciclón, en el que se distinguen los siguientes elementos:

(1) Motores para las cribas vibratorias.

(2) Criba de gruesos que realiza funciones de “precribado”, retiene partículas > 5mm.

(3) Tanque de almacenamiento del material procedente de la criba de gruesos.

(4) Bomba de alimentación del ciclón a 2-3 bar.

(5) Hidrociclón;.

(6) Salida de sólidos del hidrociclón.

(7) Cribas separadoras del agua del material grueso procedente del hidrociclón.

(8) Salida superior del hidrociclón, con el fluido “limpio”.

(9) Depósito de regulación

(10) Control automático de nivel.

Figura 4. Esquema de funcionamiento de una desarenadora (Bauer)

El rendimiento de una desarenadora se mide en m3/h de fluido estabilizador regenerado. Para determinar la eficiencia se mide a través del punto de corte o “cut point”, que es el d50, que mide el menor tamaño de partícula en suspensión que al menos el 50% puede ser separado del fluido. Se mide en 1/1000 mm o micras.

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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Palas cargadoras

pala cargadoraLa norma ISO 6165:2012 define como cargadora a la máquina autopropulsada sobre ruedas o cadenas con un equipo montado en la parte frontal cuya función principal es la operación de carga (utilizando una cuchara), con la que carga o excava mediante el movimiento de la máquina hacia delante. Por tanto, aparte de la cuchara frontal, su estructura soporte y un sistema de brazos articulados capaz de cargar y excavar mediante su desplazamiento y el movimiento de sus brazos, y de elevar, transportar y descargar materiales.

Son máquinas diseñadas para la excavación, carga y pequeño transporte de material. Se denominan genéricamente palas cargadoras, aunque otros nombres podrían ser la de pala tractora o cargadora frontal. Se trata de un tractor al que se le acopla una cuchara que se llena por empuje de la máquina sobre el terreno, dotada de un dispositivo de elevación y otro de volteo para manipular las tierras. Estas máquinas tienen como funciones principales las de cargar en las unidades de transporte materiales sueltos o la alimentación de tolvas, acopiar productos, efectuar operaciones de excavación en terrenos no muy duros o compactos, elevación y manejo de cargas y acarreos a distancias pequeñas de materiales (no más de 30 o 50 m. si no se quiere bajar rápidamente su producción). Atendiendo a su sistema de desplazamiento se dividen en palas cargadoras sobre neumáticos y sobre orugas.

Como una imagen vale más que mil palabras, os dejo unos vídeos para que veáis cómo trabaja esta máquina. En este vídeo podemos ver un Volvo L350F cargando.

Referencias:AENOR (2012). UNE-EN ISO 6165 “Maquinaria para movimiento de tierras. Tipos básicos. Identificación, términos y definiciones”.

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

 

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Tractor sobre ruedas: el turnadozer

Figura 1. Turnadozer Caterpillar 824

El turnadozer es un tractor montado sobre neumáticos. A diferencia de los tractores montados sobre orugas, los buldóceres (bulldozers, en inglés), los turnadozers transmiten mayor presión específica sobre el terreno (0,35 MPa). Presentan una tracción de hasta 82 t, necesitan tracción a las cuatro ruedas y son más veloces que los buldóceres (hasta 60 km/h), por lo que presentarían cierta ventaja en el desplazamiento de tierras a mayores distancias (aunque entraría en competencia con las cargadoras). Sin embargo, no son aconsejables en terrenos rocosos por el desgaste y los cortes de neumáticos. Es por ello que no son muy frecuentes en las obras. En una de mis primeras obras tuve la ocasión de utilizar uno de ellos, debido a exigencias de uso del parque de maquinaria de la empresa, pero se usaba principalmente para labores auxiliares de limpieza de la zona de carga y en el mantenimiento de pistas y caminos de obra.

Un vídeo antiguo sobre esta máquina, que espero os guste.

Aquí tenéis otro vídeo ilustrativo:

En este otro podemos ver un turnadozer con múltiples ejes de ruedas.

Referencias:

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

 

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