Categoría: hidráulica
Microtúneles e hinca de tuberías
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.
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.
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?
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.
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
El pipe ramming es una técnica de instalación de tuberías sin zanja (trenchless) que se utiliza para hincar horizontalmente tuberías de acero de diferentes diámetros. Es un método muy útil en instalaciones bajo estructuras como vías, cuerpos de agua, edificaciones, etc.
El empuje se realiza mediante un martillo neumático o hidráulico que golpea el tubo de acero, el cual penetra en el suelo sin alterarlo. Una vez instalado el tubo, se extrae el material del interior.
Posteriormente, se extrae el material que permanece en el interior del tubo metálico utilizando aire comprimido o agua a presión, de modo que el interior queda disponible para acondicionar la tubería metálica al servicio o utilizarla como protección, pase y colocar una nueva tubería en su interior.
El método constructivo es el mismo que el utilizado para hincar pilotes con tubos de acero, lo que facilita su manejo a quienes ya tienen experiencia en pilotaje. Es importante destacar que se utilizan tubos de acero, ya que este material presenta unas características de resistencia y ductilidad que lo hacen resistir y distribuir mejor las cargas transmitidas por el martillo sin dañar la estructura de la tubería.
- 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.
El demoledor informe ASCE respecto a las redes de abastecimiento de agua potable
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 desastre del embalse del Vajont (Italia)
La presa de Vajont fue construida en 1961 en los Pre-Alpes italianos, a unos 100 km al norte de Venecia. Era una de las presas más altas del mundo, con 262 m de altura, 27 m de grosor en la base y 3,4 m en la cima. Desde el principio, los técnicos ya detectaron problemas de corrimientos de tierras, por lo que recomendaban no llenar el embalse por encima de un determinado nivel de agua. El 9 de octubre de 1963, a las 22.39 h, el tercer llenado del depósito produjo un gigantesco deslizamiento de unos 260 millones de m³ de tierra y roca, que cayeron en el embalse, prácticamente lleno, a unos 110 km/h. El agua desplazada resultante hizo que 50 millones de m³ de agua sobrepasaran la presa en una ola de 90 m de altura. A pesar de ello, la estructura de la presa no recibió daños importantes. La tragedia podría haber sido aún mayor si la presa se hubiera derrumbado, vertiendo otros 50 millones de m³ que, a pesar de todo, permanecieron embalsados. El formidable tsunami consecuencia del deslizamiento destruyó totalmente el pueblo de Longarone y las pequeñas villas de Pirago, Rivalta, Villanova y Faè. Varios pueblos de los territorios de Erto y Casso y el pueblo de Codissago, cerca de Castellavazzo, sufrieron daños importantes. Murieron unas 2000 personas. Los destrozos fueron causados exclusivamente por el desplazamiento de aire al explotar la ola en los pueblos colindantes.
¿Cómo pudo suceder un desastre de tales proporciones? ¿Se pudo evitar? Es mucha la información en distintas webs sobre la tragedia de Vajont. Nos pone en guardia sobre los límites de la técnica y del sentido común. Desgraciadamente, se ha convertido en un ejemplo de cómo el ser humano decidió retar a la naturaleza, quien le avisó de lo que podía suceder. Sin embargo, cuando los responsables decidieron mirar hacia otro lado, el desastre llegó con sus mayores consecuencias. Este es un buen ejemplo de estudio de caso, tanto desde el punto de vista técnico como ético.
En el siguiente enlace podéis descargaros un artículo de 1964 de José Mª Valdés sobre algunas meditaciones acerca de esta catástrofe. Se trata de una conferencia pronunciada el 24 de abril de ese año en el Centro de Estudios Hidrográficos de la Dirección General de Obras Públicas: http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1964/1964_tomoI_2991_01.pdf
En un documental emitido por el canal Historia, una de las víctimas relata que un ingeniero dijo a su abuela: “Recuerde que la presa no se caerá porque está muy bien hecha, pero la montaña cederá, y acabarán atrapados como ratas”. A continuación os dejo varios de estos vídeos al respecto para la reflexión.
Sustitución de tuberías con torpedo rompedor (pipe bursting)
La fractura de tubería por tiro con barras, reventamiento de tuberías, (pipe bursting) consiste en la instalación de una tubería nueva en el espacio ocupado por el tubo antiguo, el cual es destruido previamente e incorporado al suelo circundante. Es una tecnología sin zanja (trenchless) recomendada para la sustitución de líneas de agua potable y gas en suelos sensibles, donde otras canalizaciones subterráneas o edificios se encuentran cercanos (dimensiones posibles entre 50 y 1200 mm). Es capaz de sustituir tuberías de hormigón, acero o fundición dúctil sin disminución de sección, permitiéndose incluso ciertos incrementos de sección.
Las barras articuladas de tiro son empujadas desde el pozo de tiro a través de la vieja tubería hacia el pozo de inserción de la nueva tubería. Una vez llegan las barras a este pozo, se acopla una cuchilla de corte, un cono expansor y la nueva tubería, normalmente de polietileno. Los equipos presentan entre 40 y 400 toneladas de capacidad de tiro.
La tubería a reemplazar se rompe con una cabeza de ruptura o se corta con un rodillo de corte. Los fragmentos ocasionados se desplazan contra el terreno circundante y la cavidad se amplía, de forma que un nuevo tubo pueda introducirse en ella. La tubería de substitución puede tener el mismo diámetro que la antigua o incluso mayor. En el caso de que pueda tener un diámetro menor, la técnica de relining sería una alternativa a tener en cuenta.
El equipo de trabajo consiste en un cabezal rompedor en forma de cuchilla capaz de seccionar la tubería existente e instalar la nueva. Una estación hidráulica de unas 40 toneladas de tiro situada en el pozo de llegada es la artífice del proceso. Si los pozos de registro tienen dimensión suficiente puede realizarse la sustitución desde ellos, sin necesidad de excavaciones.
Para realizar la sustitución se procede a la excavación de las catas de tiro e inserción. Los trabajos de instalación de maquinaria, sustitución y retirada tienen una duración aproximada de 3 horas, por lo que la sustitución completa de un tramo de 150-200 m puede llevarse a cabo en una jornada de trabajo.
Procedimiento
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A continuación os dejo un mapa conceptual del procedimiento de sustitución de tuberías:
Os paso algunos vídeos donde queda descrito este método constructivo.
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)
¿Qué es una central hidroeléctrica?
En una central hidroeléctrica se aprovecha la energía hidráulica para generar electricidad. Estas centrales aprovechan la energía potencial gravitatoria de la masa de agua de un cauce natural debido a un desnivel, también conocido como salto geodésico. El agua en su caída entre dos niveles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica, la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica.
Podemos clasificar las centrales hidroeléctricas en tres tipos: de embalse, de fluye o de pasada, y de bombeo:
- En las centrales de embalse, el esquema funcional incluye una presa que intercepta la corriente de agua y permite que se acumule hasta alcanzar una determinada cota o altura. El agua fluye del embalse por la gravedad y viaja a través de una tubería de descarga hasta las máquinas de la central, donde, mediante turbinas hidráulicas, se produce electricidad en alternadores.
- Las centrales fluyentes o de pasada. Estas funcionan igual que las centrales hidroeléctricas de embalse, pero no tienen capacidad de almacenamiento del agua.
- Las centrales reversibles o de bombeo constan de dos embalses situados a distintas cotas y sus máquinas tienen la peculiaridad de poder funcionar indistintamente como turbinas y como bombas. En los momentos en que el sistema eléctrico demanda más electricidad, el agua del embalse superior se dirige al embalse inferior, generando electricidad. Cuando la demanda de energía eléctrica es baja, el agua se bombea al embalse superior.
Pero quizás sea mejor ver unos vídeos explicativos sobre el tema. Espero que os gusten.
http://externo.canalendesa.tv/index_acc.php?idioma=esp&MetaDataID=16506
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Construcción de la presa de Aldeadávila (Salamanca)
Hoy, 17 de octubre de 2014, se cumplen 50 años de la inauguración oficial de la presa de Aldeadávila. Un hito de la ingeniería civil española. No podíamos dejar pasar la ocasión para recordar esta obra en nuestro blog.
El embalse, la central y la presa de Aldeadávila (también conocida como salto de Aldeadávila) son una obra de ingeniería hidroeléctrica construida en el curso medio del río Duero, a 7 km de la localidad de Aldeadávila de la Ribera (Salamanca). La presa es un arco de gravedad de hormigón de 139,50 m de altura. Constituye la central hidroeléctrica más importante de España en cuanto a potencia instalada y de producción. El conjunto de trabajos realizados para llevar a cabo esta infraestructura se llevó a cabo entre 1956 y 1963. Dispone de un aliviadero de superficie con ocho compuertas de segmento de 14,00 m por 8,30 m. Además, posee un túnel aliviadero con dos compuertas tipo segmento de 12,50 m x 9,70 m.
Construida entre 1958 y 1965 —justo tras el periodo de autarquía y al comienzo de la apertura española al exterior—, se trata de una de las presas más emblemáticas de la ingeniería de presas tanto a nivel español como mundial. Se conocen los rodajes de las tomas iniciales y finales de la película Doctor Zhivago, realizados en julio de 1965 en la presa.
Os dejo el siguiente enlace para que tengáis más detalles sobre la obra: http://ropdigital.ciccp.es/pdf/publico/1964/1964_tomoI_2988_21.pdf. Además, aunque los vídeos son antiguos, os los paso para ver los procesos constructivos de la época. Espero que os gusten.
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
El Canal de Suez
El canal de Suez es una vía artificial de navegación situada en Egipto que une el mar Mediterráneo con el mar Rojo. Su longitud es de 163 km entre Puerto Saíd (en la ribera mediterránea) y Suez (en la costa del mar Rojo). Esto hizo posible permitir un tránsito marítimo directo entre Europa y Asia, eliminando la necesidad de rodear toda África como venía siendo habitual hasta entonces, lo que impulsó un gran crecimiento en el comercio entre los dos continentes.
Las obras de excavación del canal se iniciaron oficialmente el 10 de abril de 1859 promovidas por el francés Ferdinand de Lesseps, autorizado por las autoridades egipcias de la época. Fue inaugurado en 1869. En el momento fue realizada una de las más grandes obras de la ingeniería del mundo por decenas de miles de nativos (fellahs) llevados por la fuerza desde todas las regiones de Egipto. Al principio no se disponía de maquinaria y todo tenía que hacerse a mano. Mueren miles de personas por fatiga, ritmo de trabajo, clima tórrido, cólera, zona sin agua, etc. El trabajo se aceleró después de la introducción de las dragas de cangilones. Al final de 1865 se contabilizan, entre Puerto Saíd y Suez 50 dragas, 20 grúas de vapor, 129 barcazas, 30 aparatos elevadores y 20 locomotoras. El 17 de febrero de 1867 un primer barco atravesó el canal, aunque la inauguración oficial se realizó el 17 de noviembre de 1869 con la presencia de la emperatriz Eugenia de Montijo.
La construcción del canal de Suez marcó un hito en la historia de la tecnología ya que, por primera vez, se emplearon máquinas de excavación especialmente diseñadas para estas obras, con rendimientos desconocidos hasta esa época. En algo más de dos años se excavaron más de 50 millones de metros cúbicos, de los 75 millones del total de la obra.
La ingeniería española también estuvo implicada en la construcción del canal con Cipriano Segundo Montesino, Eduardo Saavedra y Nemesio Artola. En este enlace podéis leer un poco más al respecto. Para conocer más detalles sobre el Canal de Suez, puedes visitar la web oficial de Suez Canal Authority (en inglés, pero altamente recomendable).
Algunos datos desde su inauguración:
- 1869, inauguración
- 1875, gobierno británico compra las acciones egipcias
- 1888, por convenio internacional canal abierto a todas las naciones
- 1936, Británicos reciben los derechos de mantener fuerzas militares en el canal
- 1948, egipcios regulan uso de canal por barcos que sirven a puertos israelitas
- 1954, acuerdo para retirada británica a los 7 años
- 1956, junio, retirada británica
- 1956, 26 de julio, Egipto nacionaliza el canal
- 1956, 31 de octubre, ataques de Francia y Gran Bretaña para abrir el canal a todos los barcos. Egipto amenaza con hundir 40 barcos que había en el canal
- 1957, marzo, reapertura del canal, O.N.U. interviene
- 1967, junio, guerra de los seis días, cierre del canal
- 1975, 5 de junio, reapertura del canal
- 1979, uso sin restricciones para Israel tras acuerdo de paz
Pero lo mejor será ver el vídeo que nos presenta la serie Megaestructuras, del Canal Historia. Espero que os guste.
También os dejo un «timelapse» sobre el recorrido del canal.