Categoría: hidráulica

La aplicación de la toma de decisiones multicriterio a la gestión de presas

Presa de Aldeadávila. Wikipedia

La gestión del mantenimiento de las presas existentes constituye un proceso complejo que requiere la aplicación de la toma de decisiones atendiendo a  múltiples criterios para evitar las severas consecuencias sociales, económicas y medioambientales que pueden acarrear. A continuación os dejo un artículo científico que nos acaban de publicar al respecto. Realiza una revisión profunda del estado del arte en la materia. Espero que os sea de interés.

El artículo completo lo podéis encontrar aquí:  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652617301051

 

Abstract:

Decisions for aging-dam management requires a transparent process to prevent the dam failure, thus to avoid severe consequences in socio-economic and environmental terms. Multiple criteria analysis arose to model complex problems like this. This paper reviews specific problems, applications and Multi-Criteria Decision Making techniques for dam management. Multi-Attribute Decision Making techniques had a major presence under the single approach, specially the Analytic Hierarchy Process, and its combination with Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution was prominent under the hybrid approach; while a high variety of complementary techniques was identified. A growing hybridization and fuzzification are the two most relevant trends observed. The integration of stakeholders within the decision making process and the inclusion of trade-offs and interactions between components within the evaluation model must receive a deeper exploration. Despite the progressive consolidation of Multi-Criteria Decision Making in dam management, further research is required to differentiate between rational and intuitive decision processes. Additionally, the need to address benefits, opportunities, costs and risks related to repair, upgrading or removal measures in aging dams suggests the Analytic Network Process, not yet explored under this approach, as an interesting path worth investigating.

Keywords:

  • Ageing dams;
  • Dam management;
  • Decision making;
  • Multiple criteria analysis;
  • Risk

Referencia:

ZAMARRÓN-MIEZA, I.; YEPES, V.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (2017). A systematic review of application of multi-criteria decision analysis for aging-dam management. Journal of Cleaner Production, 147:217-230. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652617301051

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La Mina de Daroca: el Renacimiento de los túneles

De Musgosos - Trabajo propio, GFDL, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9976266
De Musgosos – Trabajo propio, GFDL, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9976266

Tras el letargo medieval, los túneles, al igual que la cultura, se ven marcados por el Renacimiento. Leonardo da Vinci concibe niveles subterráneos en sus diseños de ciudades y piensa la posibilidad de perforar montañas para llevar agua a través de canales subterráneos. Pero estas ideas se tenían que llevar a la realidad. Ello fue posible con el primer túnel del Renacimiento, la Mina de Daroca, que se convirtió, posiblemente, en una de las obras públicas más importantes del siglo XVI en Europa. Se trata de un túnel de unos 650 m de longitud y 6,7 m de anchura, con altura variable entre los 7 y 8 m, que atraviesa el cerro de San Jorge. Se construyó entre 1555 y 1560 por el ingeniero, arquitecto y escultor francés Quinto Pierres Bedel, especialista en aquella época en obras hidráulicas, famoso por haber construido el acueducto de Teruel. Dentro del túnel destaca una chimenea de ventilación que salva las presiones de la boca del túnel, zona reforzada con un tramo de bóveda construida en piedra de cantería para evitar la debilidad de la zona. Se trataba de una obra cuya finalidad era conducir y desviar las aguas torrenciales de la villa aragonesa de Daroca hacia el río Jiloca. En efecto, la calle Mayor de Daroca, columna vertebral de la ciudad, coincide con el fondo de un barranco, por lo que las avenidas torrenciales de agua, muy frecuentes, discurrían por el centro de la ciudad, siguiendo el trazado de la calle y ocasionando fuertes daños. Además, esta construcción tiene otros usos, como ruta para el ganado y como camino más corto para ir a la zona de pastos. El decreto de 2-VII-1968 que declara conjunto histórico artístico a la ciudad de Daroca incluye como obras dignas de conservación, entre otras, a su famosa Mina.

Os dejo a continuación un vídeo donde se describe esta obra de ingeniería subterránea. Espero que os interese.

Artificio de Juanelo Turriano

Busto de Juanelo Turriano realizado por Alonso Berruguete. Wikipedia

Juanelo Turriano o Giovanni Torriani (1501  —  1585) fue un ingeniero e inventor italo-español. Turriano se había forjado como maestro relojero en el taller de su padre y adquirida cierta reputación como ingeniero e inventor, por haber fabricado, entre otros, una grúa mecánica para elevar cañones o una dragadora para la laguna de Venecia. 

Pero quizás lo más conocido de este inventor sea una máquina hidráulica diseñada en el siglo XVI para llevar agua del río Tajo a la ciudad de Toledo salvando un desnivel de más de 100 metros . La primera subida de agua tuvo lugar el 23 de febrero de 1569 y suministraba a la ciudad 14 100 litros de agua al día, que era una vez y media lo pactado. Fue uno de los grandes inventos del Renacimiento y alcanzó gran popularidad nacional e internacional y fue mencionado por muchos escritores del Siglo de Oro en sus obras. Baste decir que,  hasta aquella obra sólo se había conseguido subir agua a 40 metros con un tornillo de Arquímedes en Habsburgo.

 

 

Artificio de Juanelo Turriano. Wikipedia

Pero creo que lo mejor será que veáis este vídeo donde se explica el funcionamiento del artificio.

Renovación de tuberías mediante el entubado ajustado (close-fit)

Entubado ajustado. http://www.sinzatec.es/
Entubado ajustado. http://www.sinzatec.es/

El sistema de entubado ajustado (Close-Fit) consiste en la renovación de tuberías de redes urbanas mediante tecnología sin zanja con una nueva tubería el polietileno de alta densidad (PEAD) con un diámetro exterior completamente ajustado a la tubería que se pretende renovar y sin necesidad de rellenar el espacio anular entre ambas. Esta técnica se desarrolló por British Gas a principios de los años 90. Se utiliza en agua potable, saneamiento, petróleo, gas, minería, industria, etc.

La nueva tubería es en forma de U reduciendo su sección un 40%, lo que facilita enormemente su transporte e instalación. Es aplicable a tramos largos (típico 500 m) o cortos (50 m en cruce de puentes), siendo el rango de aplicación de 100 a 1200 mm de diámetro. El nuevo tubo puede ser estructural, semiestructural o un revestimiento. Utiliza una tubería estándar de PEAD con un diámetro ligeramente más grande que el diámetro de la tubería antigua.

Entubado ajustado 4

 

Para instalar la nueva tubería, se instala un equipo de reducción en el inicio de la tubería y un cabestrante de tiro en el punto final, deslizando el cable de tiro en toda la longitud. La nueva tubería se hace pasar por el aro de reducción lo que genera una reducción de diámetro que permite la instalación dentro de la antigua. Una vez instalada la tubería, se retira la tracción del cabrestante y la tubería vuelve a su estado original, ajustándose completamente a la tubería existente.

Entubado ajustado 6

 

Entubado ajustado 2

 

Os dejo a continuación un vídeo de la empresa Sinzatec. Espero que os guste.

Referencias:

UNE-EN ISO 11295:2011. Clasificación e información sobre el diseño de sistemas de canalización en materiales plásticos utilizados en la renovación. (ISO 11295:2010)

Clasificación de las bombas hidráulicas

Bomba de engranaje
Bomba de engranaje

Una bomba es una máquina destinada al transporte y elevación de líquidos, para lo cual absorbe fluido dentro de sí misma a través de un orificio de entrada y lo impulsa hacia fuera a través de una lumbrera de salida. Para accionarlas precisan de la energía proporcionada por un motor, que suele ser en la mayoría de los casos eléctricos, y en otros de combustión.

En ingeniería civil son empleadas para la elevación de agua de pozos para el abastecimiento de poblaciones, agotamientos de niveles freáticos, aspiración de fondos marinos, bombeos de líquidos de un lugar a otro, elevación de aguas negras, etc.

Los parámetros básicos necesarios para seleccionar una bomba son los siguientes:

  1. El caudal de diseño.
  2. Los parámetros que definen el líquido a transportar.
  3. La altura manométrica en el caso de una instalación de bombeo o las necesidades de oxígeno si se trata de un agitador para una planta depuradora.

Las bombas se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios. En la figura siguiente se establece la clasificación habitual de las bombas atendiendo a su forma de trabajo.

Figura
Clasificación de las bombas hidráulicas

Otra posible clasificación se establece atendiendo al régimen de funcionamiento:

  1. Bombas de caudal constante: donde el caudal de salida es proporcional al régimen de giro de la bomba, es decir, que el caudal de líquido desplazado por cada revolución es fijo. Estas máquinas no consideran la necesidad de presión del sistema y por tanto debe existir un medio capaz de reconducir el caudal sobrante. Las bombas de engranajes son de caudal constante.
  2. Bombas de caudal variable: el caudal a la salida es independiente de la velocidad de la bomba, por lo que el caudal de líquido desplazado por cada revolución es variable. En este caso el caudal desplazado es el que necesita el sistema. Las bombas de paletas y pistones pueden ser tanto de caudal constante como variable.

En la Tabla siguiente se comparan las características más importantes de las bombas hidráulicas.

Comparación de las propiedades generales de las bombas
Comparación de las propiedades generales de las bombas

Os dejo uno vídeos explicativos sobre este tema.

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.

Electrobombas sumergibles para pozos profundos

Electrobomba sumergible para pozos (McNaughton)
Electrobomba sumergible para pozos (McNaughton)

Son bombas con rodetes radiales o semiaxiales de múltiples etapas superpuestas diseñadas para bombear desde pozos profundos (hasta 350 m) y de pequeña sección (4” a 14”). Se pueden impulsar caudales de hasta 450 m3/h. Constan de un motor eléctrico del tipo “jaula de ardilla” de 2 a 250 kW, provisto de estator con bobinado de conducciones especialmente aislado con PVC y compensador de dilataciones y contracciones por cambios de temperatura.

El factor más desfavorable para este tipo de bombas es la presencia de arena (daños a partir de más de 25 g de arena por m3). Análogamente hay que determinar la composición del agua, su pH, el contenido de CO2, etc. Estas circunstancias son importantes en el momento de elegir la bomba adecuada a la presencia de estos componentes corrosivos o abrasivos.

No son imprescindibles los cuidados de mantenimiento, no se producen averías por heladas, ni ocurren problemas de aspiración ni de ruido; estas circunstancias justifican la economía de su uso, siempre que los grupos utilizados estén bien proyectados y sean resistentes y equilibrados. Sin embargo, en caso de avería del motor se debe extraer toda la columna.

Os dejo un par de vídeos sobre la instalación de este tipo de bombas.

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.

Microtúneles e hinca de tuberías

https://geosa.biz/productos-y-servicios/microtuneles-escudo-cerrado/

La excavación con microtuneladoras (microtunnelling) y la hinca de tuberías (pipe jacking) surgen de la necesidad de llevar a cabo el tendido de tuberías sin la excavación de zanja (trenchless) o ejecución “sin trinchera”). El método consiste en empujar la tubería desde un pozo e ir hincándola en el terreno a la vez que un elemento excavador por delante de ella va abriendo el hueco aprovechando el empuje transmitido por dicha tubería. Este método se emplea para diámetros superiores a 500 mm, aunque puede llegarse a diámetros de 1200 a 4000 mm. Se denominan microtúneles porque éstos se realizan sin la presencia de operarios dentro de la perforación, controlándose la perforadora de forma remota.

Microtúneles

El hincado de tuberías de hormigón armado con microtuneladoras es el sistema más empleado. Consta de las siguientes partes principales:

  • Pozo de ataque: debe disponer espacio suficiente para alojar los componentes de la hinca y proteger la zona de trabajo. Su pared posterior ha de ser capaz de resistir los empujes previstos para colocar la tubería.
  • Cabeza perforadora o microtuneladora: formada básicamente por el cabezal de ataque donde van colocados los grupos eléctricos, oleohidráulico y compresor así como los depósitos de aire y combustible y las distintas coronas de corte dependiendo de los terrenos a perforar. La tuneladora avanza asistida por un láser de guiado y los cilindros de orientación, que garantizan la correcta alineación y dirección de la hinca. Los desechos de la excavación se sacan por medio de una banda transportadora hacia el pozo de ataque. Una bomba de inyección de bentonita permite la lubricación de los tubos y favorece el transporte del material de desecho.
  • Elemento de empuje: formado por un sistema de cilindros hidráulicos en número adecuado al diámetro de los tubos que, a través de una corona para repartir esfuerzos, empuja sobre los tubos para introducirlos en la perforación. Dado que los cilindros hidráulicos tienen un recorrido limitado, se colocan unos postizos a medida que el tubo va introduciéndose con el fin de no parar el avance. Cuando la tubería hincada es de una longitud superior a 100 m, se hace necesario la utilización de estaciones intermedias de empuje. Estas constan de un sistema de cilindros hidráulicos de carrera corta, cuyo empuje actúa alternándose con el de la estación principal. La longitud de una perforación viene condicionada por la máxima presión que pueden desarrollar los cilindros y, por otra parte, por la resistencia que ofrece la compresión longitudinal de la tubería.

 

En el primer vídeo que os muestro vamos a ver una hinca de tubería, y en los otros dos, microtúneles propiamente dichos. Espero que os gusten. Por cierto, en Youtube podéis activar en algunos casos subtítulos si queréis.

Os dejo a continuación documentación sobre microtúneles gentileza de la empresa Pedraplus Ingenería S.L. Espero que os sea de interés.

Descargar (PDF, 1.25MB)

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

¿Cómo renovar tuberías con el método relining?

Pipe relining. https://www.worldbuild365.com/blog/pipe-relining-vs-pipe-replacement-which-one-is-right-for-you-iFSaC3

El relining o entubado simple es una tecnología sin zanja que consiste en la introducción de tubería nueva dentro de la tubería antigua a sustituir. Esta técnica es particularmente útil cuando existen redes antiguas o deterioradas y se requiere reemplazarlas sin un aumento de diámetro. Es el método de sustitución de tuberías más económico y extendido. Se trata de una técnica que causa mínimos problemas para el tráfico, los residentes de la zona, y reduce sustancialmente la obra civil.

Este sistema es apto para un rango de diámetros de 100 a 2000 mm, con secciones circulares, ovoides o marcos. Se pueden insertar hasta 1000 m de longitud. Existen dos variantes, con tubería en tramos largos o con tubería de módulos. En el primer caso las nuevas tuberías se unen por soladura a tope y son posteriormente insertadas mediante tiro o empuje. En el segundo caso, cada sección se va instalando e insertando mediante empuje en la tubería existente.

La utilización de esta técnica está limitada a conducciones donde pueda disminuirse el diámetro de la tubería existente. Se trata de una técnica cada vez más utilizada, especialmente en aquellos casos en que el consumo de agua potable, y por lo tanto, la producción de aguas residuales, permite una reducción en la cantidad de agua a transportar.

Relining

En la técnica del relining, es imprescindible limpiar la tubería antigua con el objetivo de disminuir la fricción en la medida de lo posible. Para ello, se eliminan las incrustaciones de la pared, se cierran las brechas de las tomas y se aplica un lubricante a la superficie interna. El diámetro máximo exterior suele ser un 10% inferior al interior. Una vez deslizada la nueva tubería, el espacio restante entre ambas tuberías se rellena con material alcalino aislante. Una ventaja adicional es que la antigua tubería colabora estructuralmente con la nueva.

Os paso un vídeo sobre este sistema de renovación de tuberías. Espero que os guste.

Referencias:

UNE-EN ISO 11295:2011. Clasificación e información sobre el diseño de sistemas de canalización en materiales plásticos utilizados en la renovación. (ISO 11295:2010)

Pipe ramming: hincado de tuberías de acero

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El “pipe ramming” es una técnica de instalación de tuberías sin zanja (trenchless) utilizada para hincar horizontalmente tuberías de acero de diferentes diámetros. Es un método muy útil en instalaciones bajo estructuras como vias, cuerpos de agua, edificaciones, etc.

El empuje se realiza mediante un martillo neumático o hidráulico, que golpea el tubo de acero, el cual penetra el suelo sin causar alteración del mismo. Una vez instalado el tubo se remueve el material de su interior.

Posteriormente se desaloja el material que permanece al interior del tubo metálico utilizando para ello aire comprimido o agua a presión, quedando el interior disponible para acondicionar la tubería  metálica al servicio o utilizarla como  protección o pase y colocar una nueva tubería en su interior.

El método constructivo es el mismo utilizado para la hinca de pilotes con tubos de acero lo que facilita su manejo para quienes ya tienen experiencia en pilotaje. Es importante destacar que se utilizan tubos de acero, ya que por las características de resistencia y ductilidad del acero estos resisten y distribuyen mejor las cargas transmitidas por el martillo sin que se dañe la estructura de la tubería.

Características

  • Longitud variable de acuerdo a las condiciones del suelo
  • Diámetros desde 4 hasta 80 pulgadas
  • Fuerza de impacto hasta 2.000 toneladas
  • Se requiere un método eficiente para extraer el material sobrante dentro del tubo
  • Aplicable en todos los suelos excepto roca
  • Requiere de una fuente de aire comprimido

 

A continuación os dejo un par de vídeos sobre este procedimiento constructivo. Espero que os gusten.

Referencias:

YEPES, V. (2015). Maquinaria para sondeos, movimiento de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 242. Valencia, 404 pp.