Una de las unidades de obra más habituales en obras de ingeniería civil es la instalación de tubos prefabricados de hormigón. Para ello se realizan zanjas de una profundidad mínima que permita la protección de las tuberías de los efectos del tránsito y de las cargas exteriores, así como de las variaciones térmicas. La anchura de la zanja será la necesaria para que los operarios trabajen en buenas condiciones. Como norma general, se dejará un espacio mínimo de 0.30 m. a cada lado del tubo, medido entre la intersección del talud con la solera y la proyección sobre ésta del riñón del tubo. El talud de las paredes de la zanja depende del tipo de terreno. El valor mínimo, propio de terreno rocoso, será el talud 1/10, y se recomienda para terrenos normales, el talud 1/5. Los tubos no se apoyarán directamente sobre la rasante de la zanja, sino sobre camas. Para la ejecución de la cama de hormigón de extenderá una solera de hormigón pobre, de 0.10 a 0.15 m de espesor, según los diámetros de los tubos, sobre el fondo de la zanja, y sobre esta solera se situarán los tubos, convenientemente calzados. Posteriormente los tubos se bajan al fondo de la zanja.
La técnica Rocket Plough es un procedimiento de instalación de tuberías que utiliza un arado preparado como máquina de tracción. De este modo, se abre un surco en la tierra a través del que se tracciona una tubería premontada en el exterior. El uso habitual es la instalación de tuberías a presión, normalmente de fundición, de hasta 300 mm de diámetro nominal.
Este procedimiento constructivo tiene gran interés cuando existe una gran longitud de tubería a instalar y muy pocas conexiones. Sería el caso de una zona poco poblada donde existan pocas infraestructuras y obstáculos a sortear.
Lo más impresionante es la rapidez con la que se extraen los tubos, con sólo una grieta el 5-10 cm de ancho en la tierra se pueden instalar más de 400 m de tubería en sólo tres horas.
En la figura siguiente se puede observar cómo se realiza la instalación de la tubería. Los componentes del proceso son básicamente el vehículo de tracción, cabestrante del cable y un arado. Se conecta al vehículo de tracción mediante un cable de acero. La brecha inicial, que se inclina descendentemente, conduce el tubo hasta la profundidad de instalación apropiada y una vez la alcanza se conecta a la paleta del arado. Durante este proceso la paleta desplaza el material de excavación al terreno circundante gracias a la fuerza de arrastre del cabestrante del cable, creando una cavidad que se rellena de inmediato con el tubo a instalar.
En esta técnica, es especialmente importante considerar la protección exterior de las tuberías debido a que éstas habitualmente se entierran sin ningún tipo de lubricantes (bentonita o similares). El desconocimiento de las condiciones exactas del suelo aconsejan que esta protección exterior sea capaz de soportar las cargas e impactos exteriores.
Os dejo algunos vídeos para que veáis este procedimiento de instalación de tuberías.
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.
Las estaciones de bombeo son estructuras destinadas a elevar un fluido desde un nivel energético inicial a un nivel energético mayor. Su uso es muy extendido en los varios campos de la ingeniería, así, se utilizan en:
Red de alcantarillado, cuando los centros poblados se sitúan en zonas muy planas, para evitar que las alcantarillas estén a profundidades mayores a los 4 – 5 m;
Sistema de drenaje, cuando el terreno a drenar tiene una cota inferior al recipiente de las aguas drenadas;
En muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como de aguas servidas, cuando no puede disponerse de desniveles suficientes en el terreno;
Un gran número de plantas industriales.
Las estaciones de bombeo tienen por elemento principal a los grupos de bombas. El papel que juegan las mismas es el de proporcionar caudal y presión al conjunto del sistema y es muy importante conocer cómo van a comportarse en el mismo en base a sus curvas motrices. A continuación os dejo un Polimedia de la profesora Petra Amparo López Jimenez donde se describe cómo se llega a las curvas motrices de las bombas desde sus características geométricas y se introduce la teoría que explica el comportamiento de las mismas a partir del conocimiento de sus datos básicos de geometría y velocidad.
Las bombas hidráulicas tienen unas curvas motrices características que representan el caudal y presión que pueden proporcionar en una instalación. La instalación de dichas bombas en unas condiciones u otras, su asociación en serie o paralelo, su arranque o condiciones de cebado, determinarán el caudal, presión, potencia absorbida y posibles aplicaciones en las instalaciones concretas. En el siguiente vídeo se describen estos aspectos de las estaciones de bombeo.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
Imagen aérea del complejo hidroeléctrico de La Muela Cortes de Pallás / IBERDROLA
El complejo Cortes-La Muela se ubica en el margen derecho del Júcar, en el término municipal de Cortes de Pallás, en Valencia. La Compañía IBERDROLA ha invertido en esta obra más de 1.500 millones de euros, 165 millones al área de Generación, cuyo principal proyecto es la construcción de La Muela II. El sistema de bombeo permite “subir” agua desde el embalse situado en la parte inferior al superior cuando la demanda de electricidad es baja y hay producción excedente en el sistema. Por ejemplo, en noches de mucho viento. Gracias a la puesta en marcha de los cuatro grupos reversibles que se van a instalar en la central de La Muela II, de cara a aprovechar el desnivel de 500 metros existente entre el depósito artificial de La Muela y el embalse de Cortes de Pallás.
La caverna central tiene una bóveda de 117 metros de longitud, 19,85 metros de anchura y 50 metros de alto construida con hormigón armado que se organiza en tres plantas principales: la planta de acceso, la planta de alternadores y la planta de turbinas. Esta caverna alberga cuatro grupos reversibles que suman 850 MW de potencia total en turbinación y 740 MW en bombeo. De este modo se amplia la potencia del aprovechamiento de los 630 MW actuales en turbinación a 1720, y los 555 MW de bombeo a 1280 MW.
http://www.ciudadfcc.com
Os dejo un vídeo sobre la construcción de esta central hidráulica de bombeo. Espero que os guste.
En este vídeo se muestra la inauguración del complejo hidroeléctrico, el 14 de octubre del 2013.
A lo largo de estos meses hemos repasado aspectos históricos y constructivos de la ingeniería de todos los tiempos (Egipto, Mesopotamia, Grecia, por ejemplo), sin embargo aún no hemos dicho nada de Roma. Ello merece no sólo un post, sino varios (el puente de Alcántara debería contar, por méritos propios, con un post de oro). Es más, yo diría que es un atrevimiento por mi parte intentar contar en tan breve espacio lo más relevante de la ingeniería romana, puesto que, con total seguridad nos dejaremos cosas por el camino. Grandes ingenieros españoles como Fernández Casado abordaron con gran interés estos temas, y hoy día hay verdaderos especialistas en el tema, publicaciones, congresos, páginas web, etc. El propio arquitecto e ingeniero de Julio César, Marco Vitruvio nos ha legado el tratado sobre construcción más antiguo que se conserva De Architectura, en 10 libros (probablemente escrito entre los años 23 y 27 a. C.). Para resolver cómo abordar el problema de divulgar aspectos de interés sobre la ingeniería romana, lo mejor será hacer varias entregas, dejar cuestiones abiertas, dar enlaces a otras páginas web y recibir todas las sugerencias habidas y por haber de los amables lectores. Vamos allá.
La ingeniería tiene un gran desarrollo y perfección en Roma como lo demuestra la construcción de abastecimientos de agua o poblaciones con toda la infraestructura de canales y acueductos que ello conlleva, el saneamiento de las ciudades, las defensas y las vías de comunicación (calzadas y puentes) que tanta importancia tuvieron en el Imperio. Puede decirse que mientras Grecia fue Arquitectura, Roma fue Ingeniería (Fernández, 2001).
Sin embargo, los ingenieros romanos tuvieron más que ver con sus antiguos colegas de Egipto y Mesopotamia que con sus predecesores griegos. Los romanos tomaron ideas de los países conquistados para usarlas en la guerra y las obras públicas. Fueron pragmáticos, empleando esclavos y tiempo para sus obras. Las innovaciones romanas en ciencia fueron, comparativamente, más limitadas que las de los griegos; sin embargo, contaron con abundantes soldados, administradores, dirigentes y juristas de gran nivel. Los romanos fueron capaces de poner en práctica muchas de las ideas que les habían precedido y se convirtieron, con toda probabilidad, en los mejores ingenieros de la antigüedad. Quizá no fueron originales, pero aplicaron su técnica ampliamente a lo largo de todo un imperio. Los ingenieros romanos fueron superiores en la aplicación de las técnicas, entre las cuales son notables los puentes que usaron en vías y acueductos. Para juzgar la extensión de los conocimientos técnicos entre las legiones romanas basta leer en los Comentarios de César la descripción de la construcción de puentes de pilotes que tendían sus ejércitos sobre los ríos helados y los terrenos pantanosos.
Existen datos históricos que prueban el conocimiento y empleo de diversos tipos de hormigones en civilizaciones tan antiguas como la egipcia (3000 a.C.), la griega o la cartaginesa. Sin embargo, como en tantas otras ocasiones, es con los romanos cuando la utilización del hormigón en sus más variadas aplicaciones ha dado lugar a innumerables obras, muchas de las cuales -o sus vestigios- han alcanzado nuestro siglo dando fe de ello. Este material les permitía levantar estructuras laminares monolíticas de gran luz, para cúpulas y bóvedas. El hormigón romano se hacía a base de cal mezclada con arena volcánica, llamada puzolana. Se aplicaba en capas, con un material de relleno o árido, como tejas rotas, entre dos superficies de ladrillo que formaban la cara exterior e interior. Al contrario que el hormigón moderno, no iba armado y requería contrafuertes exteriores, al no poder resistir esfuerzos de tracción. Además, no era tan fluido como el actual, lo cual limitaba la complejidad de los encofrados. El hormigón romano constituía un sistema constructivo económico, rápido y eficaz. El encofrado lo construían grupos reducidos de carpinteros expertos; el hormigón se fabricaba y ponía en obra mediante grandes grupos de trabajadores no especializados.
El Puente del Diablo, en Martorell.
Pasemos ahora, brevemente, a los puentes. Una palabra tan familiar hoy día como «Pontífice» tiene su origen en la designación de los ingenieros constructores de puentes, carácter semántico que insiste en el contenido sagrado del trabajo de estos técnicos. Los romanos construyeron muchos puentes de caballete con madera, uno de los cuales se describe con detalle en la obra citada anteriormente de Julio César. Sin embargo, los puentes romanos que se mantienen en pie suelen sustentarse en uno o más arcos de piedra, como el puente de Martorell cerca de Barcelona, en España y el Ponte di Augusto en Rímini, Italia. El Pont du Gard en Nimes, Francia, tiene tres niveles de arquerías que elevan el puente a 48 m sobre el río Gard, con una longitud de 261 m; es el ejemplo mejor conservado de gran puente romano y fue construido en el siglo I a.C. La utilización de arcos de medio punto derivó más tarde en la de arcos apuntados.
Puente de Tiberio de Rímini
Ningún ingeniero hispanorromano excede en renombre al autor del puente de Alcántara. Por la importancia de su obra, de filiación incontrovertible, y por el monumento que honra su memoria, Cayo Julio Lacer ha quedado como representante arquetípico de los antiguos ingenieros españoles. La inscripción que dejó en el arco conmemorativo situado sobre la calzada es explícita acerca de sus intenciones: Pontem Perpetui Mansurum in Saecula: Dejo un puente que permanecerá por los siglos.
Pont du Gard, Francia.
Además de los notables puentes de los acueductos, visibles en Europa y Asia y de los cuales son ejemplos famosos el acueducto de Segovia, y el Pont du Gard, cerca de Nimes, con 50 m de altura y 300 de largo, son altamente notables las famosas vías imperiales como la Via Appia y la Via Flaminia, que atraviesan Italia longitudinalmente. La Vía Appia, que se inicio en 312 a.C., y fue la primera carretera importante recubierta de Europa. Al principio, la carretera medía 260 km e iba desde Roma hasta Capua, pero en 244 a.C., se alargó hasta Brindisi, siendo entonces una obra de prestigio tal, que la aristocracia flanqueó con monumentos funerarios ambos lados del camino a la salida de Capua. Además, tal era la densidad de tráfico pesado en aquella época que el propio Julio César prohibió que ningún vehículo de cuatro ruedas circulara por las calles de Roma, medida moderna a la vista de nuestros problemas actuales. En la cumbre del poder romano la red de carreteras cubría 290,000 km. desde Escocia hasta Persia.
Los ingenieros romanos mejoraron significativamente la construcción de las carreteras, tanto como herramienta al servicio del mantenimiento del poder imperial como por el hecho de que una carretera bien construida implicaba menores costes de mantenimiento a largo plazo. Esta idea de coste del ciclo de vida, tan vigente hoy día, ya era sobradamente conocida por los ingenieros romanos, pues sus carreteras podían durar cien años sin necesitar grandes reparaciones. Es apenas hasta fechas recientes que la construcción de carreteras ha vuelto a la base de “alto costo inicial – poco mantenimiento”.
Las calzadas romanas podía estar enlosadas (stratus lapidibus), afirmadas (iniecta glarea) o simplemente explanadas y sin firme (terrenae). Las sucesivas capas de firme: el statumen o cimiento de piedra gruesa, el rudus, de piedra machacada y el nucleus, de tierra. En ocasiones se disponía de la suma cresta, de grava cementada con cal, o incluso con enlosado. En este tipo de secciones se constata muchas veces una capa inicial compuesta de canto grueso, con grandes bolos en los flancos, a modo de caja y asiento de las capas superiores. Las calzadas romanas eran construidas con zahorras naturales como material básico. Cada capa tiene en torno a 15 cm, entre otras razones porque la energía de compactación que podía aplicarse en aquella época era casi nula y se reduciría al uso del agua sumado a un simple planchado con un rodillo más o menos pesado. El empleo de cal en la estabilización de suelos, terraplenes y capas de firme es también frecuente, y se debería sobre todo a la imposibilidad de dotar al material de la densidad adecuada con aporte exterior de energía de compactación. Era el factor tiempo y el agua los que realizaban la compactación. Las vías romanas estaban dotadas sistemáticamente de firme, y además adecuado tanto al tráfico rodado como al de caballerías. Incluso cuando se asentaban directamente sobre el sustrato rocoso debían de disponer de una capa mínima de rodadura compuesta por material pétreo de grano fino. Según Moreno (2001), muchos de los caminos empedrados que se imputan a los romanos no poseen las características técnicas que las vías romanas poseían, infravalorándose en numerosas ocasiones la capacidad técnica de los ingenieros romanos. Para aquellos que queráis profundizar más en la ingeniería y técnica constructiva de las vías romanas, os recomiendo la referencia de Moreno (2004) y la página: http://www.viasromanas.net/
Nos dejamos para otros artículos aspectos de la ingeniería romana relacionados con la hidráulica, las obras marítimas, las cimentaciones o los grandes edificios.
Referencias:
ADAM, J.P. (2002). La construcción romana. Materiales y técnicas. Editorial de los Oficios, 2ª edición, León.
FERNÁNDEZ, M. (2001). Ingeniería militar e ingeniería civil, dos ingeniería íntimamente vinculadas. Revista de Obras Públicas, 3.413: 47-57.
FERNÁNDEZ CASADO, C. (1983). Ingeniería hidráulica romana. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid.
MORENO, I. (2001). Características de la infraestructura viaria romana. OP ingeniería y territorio, 56: 4-13.
MORENO, I. (2004). Vías romanas. Ingeniería y técnica constructiva. Ed. Ministerio de Fomento CEDEX-CEHOPU.
YEPES, V. (2009). Breve historia de la ingeniería civil y sus procedimientos. Universidad Politécnica de Valencia.
