Introducción al movimiento de tierras

La mecanización de las obras públicas es cada vez mayor, y la repercusión en el precio de las diferentes unidades de obra está muy influenciada por los rendimientos de los equipos empleados, por sus precios horarios y por la eficacia de su utilización. Los costes de la maquinaria acaparan un 42% del coste de todas las unidades de obra en una carretera. Las unidades que componen el movimiento de tierras en una obra suponen porcentajes importantes del presupuesto total de dichas obras. En una autovía puede suponer entre el 20 y 30% del coste mientras que en una presa de materiales sueltos, este porcentaje puede subir del 45 al 75%, según los casos.

Se entiende por movimiento de tierras al conjunto de actuaciones a realizarse en un terreno para la ejecución de una obra. Se denomina excavación a la separación o extracción de determinadas partes de dicho volumen, una vez superadas las fuerzas internas que lo mantenían unido: cohesión, adherencia, capilaridad, etc. Llamamos carga a la acción de depositar los productos de excavación en un determinado medio de transporte. Genéricamente, se puede clasificar la maquinaria utilizada en el movimiento de tierras en los siguientes grupos:

  •            Equipos de excavación y empuje:  son equipos de arranque tales como tractores con palas empujadoras: bulldozers.
  •            Equipos de excavación y carga: excavadoras de pala frontal, retroexcavadoras, etc.
  •            Equipos cargadores: palas cargadoras.
  •            Equipos de excavación y refino: Motoniveladoras, traíllas y mototraíllas.
  •            Equipos de acarreo: Camiones volquete, autovolquetes, remolques, camiones góndola, dumpers y motovagones.
  •            Equipos de compactación: Compactadores de ruedas neumáticas, rodillos de “pata de cabra”, compactadores vibratorios.
  •            Otro tipo de equipos: Cucharas bivalvas, dragalinas, topos, dragas, bombas de succión, etc.

Los equipos y medios empleados para la excavación de tierras pueden clasificarse de diversas formas: las que atienden a la traslación de la maquinaria, las que contemplan la resistencia a compresión de los terrenos y las que se refieren a su excavabilidad.

Según el modo de trasladarse, se clasifican en:

  •            Máquinas que excavan y trasladan la carga: tractores con hoja empujadora o con escarificador, motoniveladoras, mototraíllas y palas cargadoras. Efectúan la excavación al desplazarse, o bien, como la pala cargadora, excava y luego traslada la carga.
  •            Máquinas que excavan situadas fijas, sin desplazarse: palas excavadoras hidráulicas o de cables, dragalinas, excavadoras de rueda frontal o de cangilones, dragas de rosario y rozadoras. Cuando la excavación a realizar sale de su alcance, se debe trasladar a una nueva posición de trabajo, si bien no excava durante el desplazamiento.
  •            Máquinas especiales: topos, dragas y bombas de succión, dardos y chorros de agua y fusión térmica. La excavación se realiza mediante otros procedimientos distintos a los anteriores.

Os dejo un vídeo explicativo que sirve de introducción al tema. 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.

Medición del grado de fracturación de un macizo rocoso: el índice RQD

La fracturación de un macizo rocoso se define por el número, espaciado y condiciones de las discontinuidades que presenta, cualquiera que sea su origen y clase. El grado de fracturación se suele expresar mediante el índice RQD (Rock Quality Designation), que representa la relación entre la suma de las longitudes de los framentos de testigo mayores de 10 cm y la longitud total del tramo considerado. Éste índice fue desarrollado por Don U. Deere entre 1963 y 1967, en principio, para rocas ígneas.

 Para estimar el RQD sólo se consideran los fragmentos o trozos de testigo de material fresco, excluyéndose los que presentan un grado de alteración importante. La medida de este índice se realiza en cada maniobra de sondeo o en cada cambio litológico, siendo recomendable que la longitud de maniobra no exceda de 1,5 m. Además, el diámetro mínimo de los testigos debe ser de 48 mm.

Se puede decir que un RQD inferior a 25 indica un macizo rocoso de muy mala calidad, mientras que de 90 a 100, indica una calidad muy buena. Una calidad media en relación a la fracturación podría situarse entre 50 y 75.

Aunque este índice es muy utilizado, hay que tener en cuenta que no tiene en cuenta aspectos tan importantes como la orientación del sondeo, separación, rellenos y demás condiciones de las discontinuidades, por lo que no es suficiente para describir completamente las características de la fracturación de un macizo rocoso.

Si no se dispone de datos de sondeos, el RQD aproximado puede estimarse por medio de la siguiente fórmula:

RQD ≈ 115 – 3,3 Jv

donde Jv es el número de fracturas observado por metro cúbico de roca.

Os recomiendo el artículo de Enrique Montalar acerca de éste índice. Recojo las referencias de dicho artículo.

Referencias:

 

Curso en línea de “Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso online sobre “Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”. El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 50 horas de dedicación del estudiante. Empieza el 9 de septiembre de 2019 y termina el 21 de octubre de 2019. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-procedimientos-de-construccion-de-cimentaciones-y-estructuras-de-contencion-en-obra-civil-y-edificacion/?v=04c19fa1e772

Os paso un vídeo explicativo y os doy algo de información tras el vídeo.

Este es un curso básico de construcción, cimentaciones y estructuras de contención en obras civiles y de edificación. Se trata de un curso que no requiere conocimientos previos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado de modo que el estudiante puede profundizar en aquellos aspectos que más les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.

En este curso aprenderás las distintas tipologías y aplicabilidad de los cimientos y las estructuras de contención utilizados en obras de ingeniería civil y de edificación. El curso índice especialmente en la comprensión de los procedimientos constructivos y la maquinaria específica necesaria para la ejecución de los distintos tipos de cimentación (zapatas, losas de cimentación, pilotes, micropilotes, cajones, etc.) así como los distintos tipos de estructuras de contención (muros pantalla, pantallas de pilotes y micropilotes, tablestacas, entibaciones, muros, etc.). Es un curso de espectro amplio que incide especialmente en el conocimiento de la maquinaria y procesos constructivos, y por tanto, resulta de especial interés desarrollar el pensamiento crítico del estudiante en relación con la selección de las mejores soluciones constructivas para un problema determinado. El curso trata llenar el hueco que deja la bibliografía habitual donde los aspectos de proyecto, geotecnia, estructuras de hormigón, etc., oscurecen los aspectos puramente constructivos. Además, está diseñado para que el estudiante pueda ampliar por sí mismo la profundidad de los conocimientos adquiridos en función de su experiencia previa o sus objetivos personales o de empresa.

El contenido del curso está organizado en 20 unidades didácticas, que constituyen cada una de ellas una secuencia de aprendizaje completa. La dedicación aproximada para cada unidad se estima en 2-3 horas, en función del interés del estudiante para ampliar los temas con el material adicional. Además, al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante afronta una batería de preguntas cuyo objetivo fundamental es afianzar los conceptos básicos y provocar la duda o el interés por aspectos determinados del tema abordado. Al final se han diseñado cuatro unidades didácticas adicionales cuyo objetivo fundamental consiste en afianzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, donde lo importante es desarrollar el espíritu crítico y la argumentación a la hora de decidir la conveniencia de un procedimiento constructivo. Por último, al finalizar el curso se realiza una batería de preguntas tipo test cuyo objetivo es conocer el aprovechamiento del curso, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está programado para una dedicación de 50 horas de dedicación por parte del estudiante. Se pretende un ritmo moderado, con una dedicación semanal de 6 a 10 horas, dependiendo de la profundidad de aprendizaje requerida por el estudiante, con una duración total de 6 semanas de aprendizaje.

Objetivos

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

  1. Comprender la utilidad y las limitaciones de las cimentaciones y estructuras de contenciónempleadas en la construcción de obras civiles y de edificación
  2. Evaluar y seleccionar el mejor tipo de cimentación y estructura de contención necesario para una construcción en unas condiciones determinadas, considerando la economía, la seguridad y los aspectos medioambientales

Programa

  • – Unidad 1. Concepto y clasificación de cimentaciones
  • – Unidad 2. Cimentaciones superficiales. Parte 1
  • – Unidad 3. Cimentaciones superficiales. Parte 2
  • – Unidad 4. Cimentaciones por pozos y cajones
  • – Unidad 5. Conceptos fundamentales y clasificación de pilotes
  • – Unidad 6. Pilotes de desplazamiento prefabricados
  • – Unidad 7. Pilotes de desplazamiento hormigonados “in situ”
  • – Unidad 8. Pilotes perforados hormigonados “in situ”. Parte 1
  • – Unidad 9. Pilotes perforados hormigonados “in situ”. Parte 2
  • – Unidad 10. Equipos para la perforación de pilotes
  • – Unidad 11. Estructuras de contención de tierras. Muros
  • – Unidad 12. Pantallas de hormigón
  • – Unidad 13. Estabilidad de las excavaciones. Entibaciones.
  • – Unidad 14. Tablestacas y anclajes
  • – Unidad 15. Hinca de pilotes y tablestacas
  • – Unidad 16. Descabezado de pilotes y muros pantalla
  • – Unidad 17. Caso práctico 1
  • – Unidad 18. Caso práctico 2
  • – Unidad 19. Caso práctico 3 d
  • – Unidad 20. Cuestionario final del curso

Profesorado

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Su experiencia profesional se ha desarrollado fundamentalmente en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) como jefe de obra y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 5 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 84 artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 8 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 12 tesis doctorales, con 4 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Tiene experiencia contrastada en cursos a distancia, destacando el curso MOOC denominado “Introducción a los encofrados y las cimbras en obra civil y edificación”, curso que ya ha tenido tres ediciones con más de 4000 estudiantes inscritos.

 

 

 

Perforación con hélice corta

Hélice cortaCuando se trata de perforaciones de diámetros elevados y la extracción del material se realiza de forma discontinua, se utiliza la perforación con hélice corta (intermittent augering).

Con este procedimiento se pueden abrir perforaciones de hasta unos 2,5 m de diámetro y profundidades de hasta unos 50 m. El terreno debe ser lo suficientemente seco y cohesivo para evitar derrumbes en las paredes. En caso contrario, se debería recurrir a la perforación con lodos y extracción con cazo.

 

 

 

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.

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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Abatimiento del nivel freático con wellpoints

El sistema de bombeo por generación de vacío, conocido “Wellpoint”, es un método de control de descenso de agua subterránea, aplicable en terrenos granulares de diversa densidad y graduación. Es un sistema simple, versátil y de costo razonable.

Este sistema de agotamiento de agua puede resultar de gran eficiencia y utilidad en excavaciones cuya cota se encuentra por debajo del nivel freático. Por ejemplo, en la ejecución de sótanos o zanjas para colectores.

Tiene aplicación en un amplio rango de terrenos granulares, aunque su funcionamiento óptimo se produce cuando se instala en arenas de grano medio sin presencia de finos. En otro tipo de terrenos pueden ser necesarias operaciones adicionales de montaje (perforación previa y ejecución de filtro granular).

La aspiración del agua se produce por vacío a través de numerosos puntos de captación, tantos como lanzas colocadas, a través de los filtros existentes en los extremos de las mismas. Consiste básicamente en unas lanzas de 2,5 a 6 m de longitud que se hincan separadas entre 1 y 1,5 m de forma paralela a la zanja que se quiere excavar. Estas lanzas se conectan a una bomba de succión. Cuando se hincan se impulsa agua a presión para introducir con facilidad la laza. Una vez instalada, se succiona el agua para abatir el nivel freático. La limitación se encuentra en la altura de aspiración, por lo que si se quiere profundizar más, deberán realizarse escalonamientos.

El montaje del equipo no es complicado. La hinca de las lanzas se realiza mediante inyección de agua a presión a través de las mismas. Una vez colocadas se conectan al colector principal, que a su vez irá conectado a la bomba de vacío, desde donde se conducirá el agua extraída al punto de vertido (con la ayuda de dos bombas incorporadas). El accionamiento y control del funcionamiento del equipo es muy sencillo.

Los componentes del sistema son:

  • Bomba de hinca
  • Lanzas o agujas
  • Mangueras de presión
  • Colectores (para la tubería perimetral)
  • Bomba de vacío
  • Manguitos de unión
  • Accesorios (codos, tes, tapones tubos bifurcados, uniones, mangueras flexibles)
  • Cuadro eléctrico (380 V, 36 A)
  • Alargadores

Una página interesante es la de la empresa ISCHEBECK. Os paso algunos vídeos sobre la ejecución de esta técnica.

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. Valencia

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 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.

Licencia de Creative Commons
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