Categoría: maquinaria

Secretos de los camiones hormigonera que cambiarán tu forma de ver las obras

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Es una estampa habitual en nuestras ciudades: un camión con un enorme tambor giratorio que avanza con parsimonia hacia una obra. Para la mayoría, no es más que un vehículo pesado de transporte. Sin embargo, bajo esa apariencia ruda se esconde un laboratorio rodante. Desde el punto de vista de la ingeniería civil, estos vehículos no son solo camiones, sino fábricas químicas en movimiento diseñadas para que el material más utilizado del mundo, el hormigón, llegue con las propiedades exactas necesarias para sostener nuestros puentes y edificios.

A continuación, te revelo los secretos técnicos que convierten a estos gigantes en piezas maestras de la logística constructiva.

El secreto de la capacidad variable: ¿agitador o mezclador?

Muchos ignoran que la capacidad de carga de un camión hormigonera no es fija, sino que depende de su función. El camión puede funcionar como agitador o como mezclador, y en cada caso la carga útil permitida varía.

  • Como mezcladora, recibe los componentes secos y el agua de amasado directamente en la central de dosificación. Durante el trayecto, el camión debe realizar el amasado completo. En este caso, su capacidad es menor (por ejemplo, 6,6 m³), ya que se requiere espacio libre en la cuba para que los materiales choquen, caigan y se integren perfectamente.
  • Como agitador, recibe el hormigón ya amasado en planta. Su única función es mantenerlo fluido y evitar la segregación. En este caso, puede aprovechar mucho mejor su volumen y alcanzar capacidades de hasta 8 m³.

No obstante, cuando hablamos de hormigón estructural, hay que tener en cuenta algo fundamental: el Código Estructural prohíbe expresamente la adición de agua (o cualquier otra sustancia) a la masa de hormigón una vez que sale de la planta, con las cantidades exactas de cada componente, que quedan registradas en el albarán de suministro (contenido de cemento, relación agua/cemento, etc.).

El ingenio de Arquímedes y la anatomía del tambor.

El movimiento del hormigón en la cuba no es aleatorio. La «magia» ocurre gracias a dos hileras de espirales helicoidales soldadas entre sí, que operan según el principio del tornillo de Arquímedes.

Físicamente, la cuba es una estructura cilíndrica cónica fabricada en chapa de alta resistencia al desgaste y montada con una inclinación de 15°. Para soportar las enormes fuerzas de torsión y el peso del material, el tambor descansa sobre un preciso sistema de ingeniería: una banda zunchada en la parte superior que se apoya en dos robustos rodillos y un eje inferior que gira sobre cojinetes de alta capacidad de carga. Gracias a este diseño, basta con cambiar el sentido de rotación para que el camión pase de amasar el material en el fondo a elevarlo mecánicamente hacia la tolva de descarga.

Detalle de las espiras de un camión hormigonera

La danza de las revoluciones: el ritmo exacto del hormigón.

El control de la mezcla se realiza mediante el embrague de la cabina. El conductor debe gestionar tres ritmos críticos de rotación, cada uno con un propósito específico para garantizar la integridad del material:

  • Carga y amasado (aproximadamente de 16 a 22 rpm): se utiliza la velocidad más alta (segunda velocidad) para integrar los componentes con rapidez tras la carga o para realizar el amasado final en la obra.
  • Transporte y agitación (aproximadamente de 1 a 6 rpm): según el modelo y el manual de operación, se utiliza una velocidad lenta para mantener el hormigón en movimiento constante y evitar que se segregue o que comience el fraguado prematuramente.
  • Descarga (7-10 rpm): velocidad intermedia que, al invertir el sentido de giro, garantiza un flujo constante y controlado del material hacia la canaleta de distribución.

Conviene recordar que estos valores son orientativos y pueden variar según el fabricante y el modelo del camión.

La carrera contrarreloj: la regla de los 90 minutos.

El transporte de hormigón es una lucha térmica y química.

El fraguado, entendido como el inicio del endurecimiento, no espera a nadie: en climas cálidos puede comenzar antes que en invierno, por lo que el tiempo de transporte y colocación debe controlarse con rigor.

No debe afirmarse que, cuando las distancias son largas, se añade agua al final del trayecto. El Código Estructural prohíbe expresamente añadir agua al hormigón una vez que ha salido de la planta. El depósito de agua del camión se destina principalmente a la limpieza y al lavado de los restos de hormigón al finalizar la descarga.

. La normativa es tajante al respecto:

«El Código Estructural  recomienda que, en condiciones normales, el intervalo de tiempo entre la adición de agua de amasado al cemento y a los áridos y la colocación del hormigón no exceda de una hora y media (90 minutos).»

El corazón independiente: un seguro de vida contra el fraguado.

El mayor temor de un operario es que el hormigón se fragüe en la cuba por una avería del vehículo. En ese caso, la cuba se convertiría en una roca inservible de varias toneladas. Para evitar este desastre económico, la ingeniería ofrece dos sistemas de motorización con ventajas diferentes:

  • Motor auxiliar independiente: un motor diésel dedicado exclusivamente a hacer girar la cuba.
    • Ventaja: permite que la hormigonera siga operando aunque el camión sufra una avería, lo que ayuda a evitar que el hormigón pierda su trabajabilidad.
    • Ventaja: aumenta la vida útil del motor principal del vehículo.
  • Toma de fuerza: utiliza el motor del camión para accionar el tambor.
    • Ventaja: reduce el consumo de combustible al emplear un único motor.
    • Desventaja: requiere camiones con mayor potencia y una transmisión adecuada para el funcionamiento de la cuba.

Conclusión: la ingeniería que sostiene nuestras ciudades.

La próxima vez que veas un camión hormigonera, ya no lo verás como un simple vehículo pesado. Estarás ante una fábrica de alta precisión que combina la geometría milenaria de Arquímedes con las normativas vigentes en materia de seguridad química. Desde la chapa resistente al desgaste de su cuba hasta el control preciso de sus revoluciones, cada detalle está diseñado para garantizar que el hormigón de nuestros cimientos sea perfecto.

¿Volverás a mirar estos gigantes de acero de la misma forma ahora que conoces la física y la química que tienen lugar en su interior?

Os he grabado un vídeo del camión hormigonera. Espero que os guste.

En este audio podrás escuchar una conversación sobre el funcionamiento de esta máquina.

En este vídeo se recogen las ideas básicas sobre los camiones hormigonera.

Concrete_Mixer_Engineering

Referencias:

YEPES, V. (2026). Fabricación y puesta en obra del hormigón. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 434 pp. Ref. 441. ISBN: 978-84-1396-418-8

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Más que solo girar: el ingenioso secreto de las hormigoneras de tambor reversible

https://www.omaer.com/es/hormigoneras/betonniere-a-inversion-de-marche-350-lt-c-500-i/

En el corazón de cualquier obra de infraestructura existe un componente cuya coreografía mecánica suele pasar desapercibida: la hormigonera. Mientras que los modelos basculantes convencionales dependen de una aparatosa inclinación para vaciar su contenido, las hormigoneras de eje horizontal ejecutan un sofisticado «baile de acero» en el que el tambor nunca cambia de ángulo. El espectáculo comienza con el skip, un cucharón de carga que trepa por guías inclinadas, impulsado por un torno eléctrico que acciona una máquina que, mediante un ingenioso diseño electromecánico, puede mezclar y descargar simplemente cambiando el sentido de su rotación. Esta capacidad no solo es una curiosidad técnica, sino también la clave para producir hormigón de alta calidad en grandes cantidades.

El giro inesperado: un tambor, dos destinos.

El secreto de estas máquinas reside en la «inversión de marcha». En lugar de inclinar una cuba que puede pesar varias toneladas, el sistema simplemente invierte el sentido de giro del motor. Esta solución es mucho más eficiente y económica desde el punto de vista mecánico para grandes volúmenes: mover 9 m³ de hormigón mediante un sistema basculante requeriría una fuerza hidráulica y un refuerzo estructural considerables, mientras que invertir la rotación es una tarea puramente eléctrica o de transmisión.

Este proceso es posible gracias a una arquitectura interna de palas helicoidales fijas. Según la documentación técnica de Rebut:

«Un conjunto eleva el hormigón hacia el centro durante la mezcla y el otro lo empuja hacia la abertura durante la descarga. Las palas están dispuestas en espiral para garantizar una mezcla uniforme y una descarga eficiente».

Las mezcladoras reversibles de sitio suelen manejar lotes de hasta 1 m³, mientras que las unidades industriales de tambor «no inclinable» alcanzan dimensiones cilíndrico-cónicas capaces de gestionar hasta 9 m³ y cuentan con tiempos de mezcla de apenas 40 segundos.

¿Por qué el primer amasado es «el sacrificio» necesario?

Como ingeniero, siempre tengo presente que la precisión del equipo no anula las leyes de la física. Un fenómeno inevitable es la adherencia: parte del mortero de la mezcla se queda pegada a las paredes metálicas de la cuba limpia. Por este motivo, la primera mezcla de la jornada suele ser menos homogénea y de peor calidad.

La recomendación técnica es realizar una «ligera amasada de mortero» antes de comenzar la producción. Este procedimiento no supone un desperdicio, sino una preparación necesaria: el mortero recubre las paredes, «enciende» la máquina y garantiza que, desde el primer lote de hormigón estructural, la dosificación de cemento y finos sea exactamente la que dicta el diseño de la mezcla.

La formulación matemática para un buen hormigón

El éxito de estas máquinas no es azaroso, sino que responde a fórmulas que relacionan la geometría del tambor con la física del amasado. Para obtener un hormigón homogéneo, el tiempo y la velocidad deben ajustarse al diámetro D de la cuba (medido en metros).

Dentro del tambor, operamos bajo dos reglas de oro:

  • El tiempo mínimo de amasado (en segundos) se calcula como t = 90 √D.
  • La velocidad de giro ideal (en revoluciones por minuto) se determina mediante la fórmula: N = 20 / √D.

Estas fórmulas garantizan que el material sea impulsado hacia el centro de la cuba con la energía necesaria para mezclarse sin que la fuerza centrífuga separe los componentes.

Silencio y durabilidad: el fin del contacto metal-metal.

Uno de los avances más significativos en la durabilidad de estas máquinas ha sido el rediseño de sus sistemas de arrastre y de soporte. Tradicionalmente, el contacto entre piñones y coronas provocaba un ruido ensordecedor y un desgaste acelerado. El diseño moderno ofrece dos soluciones:

  • Sistema de corona y piñón: un grupo motorreductor actúa sobre una corona dentada que rodea la cuba.
  • Sistema de fricción: aquí reside la verdadera innovación. El tambor se arrastra mediante rodillos con bandaje de goma o de poliuretano.

El uso de estos rodillos elásticos no solo reduce drásticamente el ruido operativo en la obra, sino que también actúa como un amortiguador que protege la estructura y minimiza el mantenimiento, incluso en máquinas con producciones masivas.

El desafío de la lentitud: el riesgo de la segregación.

A pesar de su sofisticación, el eje horizontal tiene un punto débil físico: la descarga tiende a ser lenta. Esto ocurre porque el material debe ser «empujado» hacia fuera por las palas en lugar de caer por la fuerza de la gravedad. Si la velocidad de giro (N) disminuye o si la mezcla contiene áridos de gran tamaño, puede producirse segregación: el mortero sale primero y los áridos gruesos quedan al final.

Consejo a pie de obra: el operador debe mantener una vigilancia constante durante la fase final del vaciado. Si se observa que el hormigón empieza a salir «descarnado» (solo piedra), hay que detener la descarga y realizar un breve remezclado en sentido de amasado para reincorporar los finos antes de terminar el vertido.

Conclusión: hacia una construcción de alta resistencia.

Las hormigoneras de inversión de marcha son auténticas bestias de carga, capaces de alcanzar producciones de 250 m³/h y capacidades de entre 5 y 9 m³. Su superioridad frente a los modelos basculantes en proyectos de gran envergadura es indiscutible, ya que ofrecen una mayor eficiencia mecánica y una mejor calidad de la mezcla.

No obstante, la ingeniería no se detiene. Para proyectos de hormigón masivo o de ultra alta resistencia, la industria ya empieza a decantarse por los sistemas de doble eje. ¿Será suficiente la optimización del tambor reversible para afrontar los retos del futuro o estamos llegando al límite físico de lo que un solo eje horizontal puede lograr?

Os he grabado un vídeo sobre esta máquina. Espero que os guste.

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre el funcionamiento de esta máquina.

En este vídeo se resumen bien los principios fundamentales de esta hormigonera.

Horizontal_Mixer_Engineering

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2026). Fabricación y puesta en obra del hormigón. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 434 pp. Ref. 441. ISBN: 978-84-1396-418-8

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Lecciones estratégicas sobre el mantenimiento que definen el éxito de una obra

En la ingeniería civil, la espectacularidad de una excavadora desplazando toneladas de tierra o de una grúa de doble vano posicionando estructuras suele acaparar la atención de los directores de proyecto. Sin embargo, el verdadero éxito financiero no se decide en la acción, sino en la quietud de los talleres. Una máquina parada no solo es un equipo inactivo, sino también una pérdida de liquidez y un coste de oportunidad que puede reducir drásticamente el margen de beneficio de cualquier contrato.

La disponibilidad de la flota no es una cuestión de azar, sino una ciencia de precisión basada en la gestión del fondo horario. El ingeniero sabe que el tiempo de permanencia en obra es un recurso finito que debe desglosarse con precisión matemática: desde el tiempo laborable real (Hl), que depende del clima, hasta el tiempo de máquina en disposición (Hd), que depende de la eficacia del equipo de mantenimiento.

La paradoja de la liquidez: el mantenimiento preventivo no es un gasto.

Para una gerencia con visión a corto plazo, el mantenimiento preventivo (sustituir piezas que aún funcionan) parece un lujo innecesario. Sin embargo, el mantenimiento correctivo (reparar después de la avería) es, en realidad, la política más costosa. Las averías inesperadas destruyen la capacidad de programación, provocan paradas en cadena en los equipos dependientes y elevan los costes de mano de obra de emergencia.

Desde la perspectiva de la gestión de activos, el mantenimiento preventivo planificado es una garantía de la operatividad. Permite transformar la incertidumbre en una variable controlada.

«Reparar antes de que se produzca la avería es estratégicamente superior, ya que se evitan daños colaterales, se puede programar la intervención fuera del horario laboral y se reduce el número de piezas que hay que sustituir».

Gestión de riesgos en la compra: el mito de la máquina nueva.

La ingeniería de fiabilidad nos enseña que una máquina recién salida de fábrica no es sinónimo de infalibilidad. La curva de la bañera describe tres fases críticas que todo gerente de flota debe conocer para proteger su inversión:

  • Mortalidad infantil: una tasa elevada de fallos en el inicio de la vida útil, debida a errores de diseño, fabricación o montaje.
    • Estrategia empresarial: el estratega debe exigir periodos de «purga» o de rodaje preliminar y negociar los SLA (acuerdos de nivel de servicio) de modo que esta fase de fallos precoces se produzca bajo la responsabilidad del proveedor y no en la ruta crítica del proyecto.
  • Vida útil (tasa de fallos constante): periodo de estabilidad operativa durante el cual la fiabilidad depende de un mantenimiento rutinario y riguroso. Es aquí donde se maximiza el retorno de la inversión.
  • Periodo de desgaste: el envejecimiento incrementa los costes. Un tractor que alcanza su vida económica (por ejemplo, 20 000 horas) requiere una decisión estratégica: una gran reparación o una renovación total para evitar el colapso de la productividad.

El factor humano: el sentido de propiedad frente a la optimización de turnos.

La fiabilidad de una máquina es inversamente proporcional a la dilución de la responsabilidad sobre ella. Cuando se añaden turnos adicionales o se comparten conductores para maximizar el uso del fondo horario, el «sentido de propiedad» del operario se desvanece. Sin un responsable único, el cuidado diario (limpieza, engrase e inspección visual) disminuye y aumentan las averías.

Sin embargo, el directivo sénior debe evaluar el dilema:

  • En el caso de la maquinaria pesada, donde el coste del operario es mínimo en comparación con el valor del activo y sus costes fijos, la decisión estratégica suele ser operar en varios turnos. El riesgo de avería se asume como una variable controlada con el fin de acortar plazos y diluir los gastos fijos.
  • En equipos más pequeños, la asignación de un único conductor-propietario sigue siendo la mejor garantía de longevidad.

El clima como jefe de obra: de Hl a Hd.

El éxito de una obra depende de la comprensión de la transición entre lo que el clima permite (Hl, tiempo laborable real) y lo que la gestión de flotas asegura (Hd, tiempo en disposición). La climatología no es una excusa, sino un coeficiente de reducción predecible. Estadísticamente, meses como diciembre o enero pueden ofrecer apenas el 60 % de las horas laborables disponibles que julio.

El impacto de la lluvia es un ejemplo de «geología aplicada al negocio». Una precipitación de 30 mm/día puede suponer la pérdida de un día de trabajo en suelos granulares (gravas), pero detendrá la producción por hasta cuatro días en suelos arcillosos debido a la saturación.

Directrices operacionales de operatividad límite:

Condición Límite técnico Impacto operativo
Mezclas bituminosas < 5 ºC Parada total de pavimentación
Tratamientos superficiales < 10 ºC Riesgo crítico de ejecución
Materiales húmedos < 0 ºC Imposibilidad de manipulación
Precipitación Ligera 1 mm/día Limita unidades sensibles
Precipitación Intensa 10 mm/día Exige protección especial o parada

El lenguaje de la combustión: diagnóstico preventivo por colores.

Un motor diésel no falla en silencio, sino que emite señales visuales que el estratega debe interpretar para tomar decisiones inmediatas sobre el mantenimiento del motor. Ignorar el color del humo del escape equivale a quemar el margen de beneficio en la cámara de combustión.

  • Humo oscuro: indica una combustión incompleta por falta de aire. Es una alerta para revisar los sistemas de admisión, los filtros obstruidos o el reglaje de las válvulas. Supone una pérdida directa de potencia y de eficiencia.
  • Humo azulado: alerta de consumo de lubricante. Los segmentos o las camisas están desgastados, lo que permite que el aceite pase a los cilindros. Anticipa una reparación mayor inminente.
  • Humo blanco: presencia de aceite directamente en el sistema de escape o fallos graves en la inyección. Se requiere una intervención técnica urgente para evitar un fallo catastrófico del bloque del motor.

La dictadura de la «pieza crítica»: sincronización de la disponibilidad.

El objetivo del mantenimiento no es que cada componente alcance su vida útil máxima individual, sino minimizar el número de veces que la máquina deja de estar disponible (Hd). El método de la pieza crítica establece que el componente con la menor esperanza de vida determina el ritmo de todo el sistema.

Si el componente C2 requiere intervención cada 250 horas, el plan de mantenimiento debe sincronizarse en múltiplos de dicho intervalo (500, 750, 1000 horas). Desde el punto de vista financiero, es más inteligente sustituir un componente que aún tiene un 15 % de vida útil si eso permite realizar la intervención simultáneamente con la pieza crítica y así evitar una segunda parada innecesaria apenas unas semanas después. La eficiencia operativa reside en la sincronización, no en el aprovechamiento extremo de cada rodamiento.

Conclusión: hacia el mantenimiento productivo total (TPM).

La excelencia en la gestión de activos culmina en el mantenimiento productivo total (TPM). Esta filosofía exige que la fiabilidad deje de ser una responsabilidad exclusiva del departamento de taller y se convierta en una tarea compartida por todos los miembros de la organización. Desde la alta dirección, que debe basar sus planes de obra en bases de datos históricas de mantenimiento, hasta el operario, que actúa como primer sensor de anomalías.

Al fin y al cabo, la maquinaria de construcción es el motor que impulsa su capital. La pregunta para el líder es clara: ¿Prefiere gobernar sus activos con la ciencia de la fiabilidad o permitir que la incertidumbre de las averías gobierne el destino de sus beneficios?

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.

En este vídeo se resume bien el tema.

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Referencias:

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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Cómo la realidad aumentada está transformando la formación en ingeniería

La ingeniería civil y la minería han sido históricamente industrias definidas por su naturaleza física y ruda, así como por entornos de difícil acceso. Sin embargo, esta realidad está cambiando gracias a la sofisticación de la realidad aumentada, que permite a los ingenieros en formación visualizar lo invisible, desde los desplazamientos tectónicos más profundos hasta los engranajes internos de un camión de extracción. El desafío es evidente: la formación en entornos de alto riesgo y con maquinaria de coste prohibitivo supone una barrera crítica para la educación técnica tradicional.

Frente a este obstáculo, el estudio de Donaire et al. (2026) supone un hito en la Educación 4.0. Su investigación demuestra que la RA no es solo un accesorio visual, sino un motor que impulsa el rendimiento académico. Al trascender el modelo de sustitución tecnológica y alcanzar una auténtica redefinición pedagógica, esta herramienta permite una inmersión segura que mejora sustancialmente la comprensión de procesos geológicos y mecánicos complejos.

El «punto ciego» de la ingeniería en el mapa tecnológico

Al analizar el panorama de las tecnologías inmersivas mediante estudios bibliométricos (figuras 1 y 2), se descubre algo sorprendente. A pesar de la alta complejidad técnica de la industria, la minería se encuentra en una fase inicial de madurez técnica, con un volumen de publicaciones sobre realidad aumentada (RA) significativamente menor que el de la medicina o de la arquitectura.

Este vacío no se debe a una falta de tecnología, sino a la ausencia de una estructura pedagógica sistemática en las aplicaciones existentes. Mientras otras disciplinas han estandarizado el uso de herramientas inmersivas, la minería presentaba un «punto ciego» metodológico. Esta oportunidad permitió el desarrollo del marco SEBAS, diseñado para dotar de rigor académico a la visualización de equipos y la seguridad operativa.

No se trata de la tecnología, sino del método: el auge del marco SEBAS.

La eficacia de la RA en ingeniería no depende de la novedad del software, sino de su alineación con objetivos pedagógicos claros. El estudio de Donaire et al. propone el marco SEBAS, una metodología procedimental que garantiza que cada actividad inmersiva cumpla una función estratégica en el aprendizaje.

  • Selección: definición de competencias y objetivos de aprendizaje específicos.
  • Establecimiento: configuración de parámetros técnicos y de estándares de contenido 3D.
  • Boceto: diseño de prototipos interactivos y validación de la interfaz de usuario.
  • Aplicación: implementación de actividades en entornos de aprendizaje auténticos.
  • Síntesis y supervisión: evaluación de resultados y ciclos de retroalimentación para la mejora continua.

«Este marco facilita el desarrollo de actividades de RA estratégicamente diseñadas que mejoran el rendimiento académico y promueven el compromiso cognitivo».

La democratización del éxito académico.

Los resultados cuantitativos del marco SEBAS constituyen una prueba de su impacto. El uso de esta metodología ha permitido elevar la nota media global de 4,31 a 4,70. Un análisis mediante la prueba t de Welch confirmó que estos resultados son estadísticamente significativos (p < 0,01), especialmente en los cursos con mayor integración tecnológica. Además, la dispersión del rendimiento disminuyó, ya que la desviación estándar bajó de 2,16 a 1,75.

El hallazgo más trascendental es la capacidad de la RA para actuar como un «estabilizador» del aprendizaje, lo que favorece una experiencia educativa más equitativa. Al analizar el percentil 25, se observa que los estudiantes con menor rendimiento en el grupo tradicional obtuvieron una media de 2,70, mientras que en el grupo con RA este percentil subió a 4,50. Esto demuestra que la tecnología inmersiva nivela el terreno de juego, ya que permite que incluso los alumnos con mayores dificultades alcancen el éxito académico.

Del escepticismo a la satisfacción total.

Superar la barrera del «miedo a lo complejo» resultó fundamental para el éxito del proyecto. Inicialmente, solo el 37,2 % de los estudiantes confiaba en la utilidad de la RA para comprender los métodos de explotación. Tras el taller, esta percepción dio un giro radical: el 84,1 % mostró plena confianza y el 92,9 % reconoció su aplicabilidad práctica en la industria real.

La clave de esta adopción fue la rentabilidad de la estrategia. Al utilizar herramientas como Blender y CoSpaces, se demostró que es posible generar contenidos de alta fidelidad sin necesidad de realizar inversiones excesivas. El resultado final habla por sí solo: el 60,5 % de los participantes terminó «muy satisfecho», lo que valida que la facilidad de uso y la relevancia del contenido son los pilares de la transformación digital en el aula.

Hacia la Educación 4.0.

El estudio de Donaire et al. (2026) propone un modelo replicable para todas las disciplinas STEM. La realidad aumentada ha demostrado ser el puente definitivo entre la teoría académica y la práctica profesional, ya que permite a los futuros ingenieros desarrollar una comprensión espacial y procedimental sin precedentes.

Estamos ante una visión de futuro en la que las experiencias inmersivas forman parte integral de la formación profesional y preparan a los estudiantes para afrontar los desafíos de la industria moderna con una base científica y metodológica sólida.

Si la tecnología ya ha demostrado que puede igualar las condiciones académicas, ¿qué nos impide implementarla hoy mismo en todas las facultades de ingeniería?

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.

Este vídeo resume bien lo tratado en este artículo.

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Por cierto, podéis descargar el artículo en el enlace de la referencia. Está publicado en abierto.

Referencia:

DONAIRE, S.; BARRAZA, R.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; MARTÍNEZ-SEGURA, M.A.; ÁLVAREZ, L.; YEPES-BELLVER, L.; YEPES, V. (2026). Augmented Reality in Engineering Education: Strategic Design and Evidence-Based Results. Plos One, 21(2), e0341815. DOI:10.1371/journal.pone.0341815

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La herramienta de cálculo del siglo XVII que vuelve a la vida gracias a Python.

Introducción: El arte perdido del cálculo visual.

Vivimos en un mundo donde cualquier cálculo, por complejo que sea, está a un clic de distancia. Dependemos totalmente de las calculadoras digitales y las computadoras, hasta el punto de que resulta difícil imaginar cómo se resolvían problemas de ingeniería complejos antes de la era digital. Sin embargo, hubo una herramienta ingeniosa y puramente visual que dominó el mundo técnico durante décadas: el nomograma.

¿Cómo es posible que una tecnología del siglo XVII, considerada obsoleta durante más de cuarenta años, esté resurgiendo en campos de alta tecnología como la ingeniería minera? La respuesta se halla en una sorprendente sinergia entre la sabiduría analógica del pasado y el poder del código abierto actual.

1. Más allá de la nostalgia: una herramienta antigua para problemas modernos.

Un nomograma es una representación gráfica de una ecuación matemática. Está compuesto por una serie de ejes graduados, rectos o curvos, que representan las variables de la fórmula. Para resolver la ecuación, basta con trazar una línea recta (llamada isopleta) que conecte los valores conocidos en sus respectivos ejes; el punto en el que esta línea corta el eje de la variable desconocida proporciona la solución al instante.

Aunque sus orígenes se remontan al siglo XVII, los nomogramas se convirtieron en herramientas indispensables en el siglo XIX para la navegación astronómica y, más tarde, en la década de 1920, para resolver complejos cálculos de ingeniería relacionados con la presión, el volumen y la temperatura. Durante el resto del siglo XX, vivieron su época dorada en campos como la medicina, la aeronáutica y la química, pero la llegada de los ordenadores en la década de 1980 los dejó relegados al olvido. Hoy, contra todo pronóstico, están volviendo a ser útiles, no como una curiosidad histórica, sino como una herramienta práctica y potente, especialmente en entornos de campo o talleres donde la tecnología digital no siempre es la mejor opción.

2. Ingeniería para todos: resuelve fórmulas complejas solo con una regla.

El beneficio más destacado de los nomogramas es su capacidad para democratizar el cálculo. Permiten que cualquier persona, independientemente de su formación matemática, pueda resolver ecuaciones complejas con gran precisión. Como señala un estudio reciente sobre su aplicación en ingeniería minera:

«Además, los nomogramas permiten que personas sin conocimientos previos resuelvan fórmulas complejas con una precisión adecuada».

Este enfoque es increíblemente poderoso. Elimina la barrera del conocimiento matemático avanzado y reduce drásticamente el riesgo de cometer errores al realizar cálculos manuales en tareas repetitivas. En la práctica, son más rápidos y fáciles de entender que los procedimientos analíticos tradicionales, ya que convierten un problema abstracto en una tarea visual sencilla.

3. A prueba de fallos: la robustez del papel frente a las pantallas.

En un mundo digital, la simplicidad del papel es una ventaja formidable. Los nomogramas destacan en entornos en los que los dispositivos electrónicos no son prácticos, como en operaciones de campo en minería, talleres mecánicos u obras. Sus ventajas son evidentes: son portátiles, resistentes y no necesitan electricidad ni conexión a internet.

Esta robustez los convierte en la herramienta ideal para realizar cálculos repetitivos sobre el terreno. Por ejemplo, un ingeniero de minas podría usar un nomograma impreso para determinar al instante el diseño correcto de una voladura, simplemente conectando líneas entre la densidad de la roca, la velocidad del explosivo y el diámetro de la perforación, y así reducir un cálculo complejo a una tarea visual simple y robusta sobre el papel.

4. El Renacimiento digital: cómo el código abierto revivió el nomograma.

Si los nomogramas son tan útiles, ¿por qué desaparecieron? Su principal inconveniente histórico no radicaba en su uso, sino en su creación. La parte más engorrosa era el dibujo matemático de las escalas graduadas, un proceso laborioso y especializado que probablemente fue una de las principales causas de su declive.

Aquí es donde entra en juego el software moderno. El resurgimiento de esta técnica se debe en gran parte a PyNomo y Nomogen, dos herramientas de código abierto basadas en Python. Fueron creadas por Leif Roschier y Trevor Blight, dos de los autores del estudio que ha inspirado este resurgimiento, que han unido así la experiencia académica con la programación moderna. Estas soluciones permiten a cualquier ingeniero o científico generar nomogramas complejos y precisos en cuestión de segundos, eliminando el obstáculo que los había hecho obsoletos.

5. Intuición visual: comprendiendo la relación entre las variables.

Además de su utilidad práctica, los nomogramas ofrecen una ventaja más sutil, pero profunda: fomentan la comprensión conceptual del problema. Mientras que una calculadora o un programa informático suelen funcionar como una «caja negra» que simplemente proporciona un resultado, un nomograma permite ver la relación entre las variables.

Esta visualización intrínseca de los datos permite una comprensión mucho más profunda. Al mover la isopleta (la regla) sobre el gráfico, un ingeniero puede desarrollar una intuición sobre cómo afecta un pequeño cambio en una variable a las demás, algo que se pierde al introducir simplemente números en un software. Por ello, se convierten en una poderosa herramienta didáctica.

Conclusión: lecciones de una sabiduría olvidada.

La historia del nomograma es un ejemplo fascinante de cómo las ideas del pasado pueden recuperar su relevancia gracias a la tecnología moderna. La combinación de una técnica de cálculo del siglo XVII con un software de código abierto del siglo XXI demuestra que no se trata solo de una reliquia, sino de una prueba de que las soluciones más simples y visuales pueden seguir siendo increíblemente valiosas.

Su regreso nos obliga a plantearnos una pregunta importante: en nuestra carrera constante hacia la digitalización, ¿qué otras herramientas analógicas e ingeniosas hemos olvidado que podrían ayudarnos a resolver los problemas del mañana?

Os dejo aquí una conversación en la que se tratan estos conceptos.

En este vídeo se resumen los conceptos más relevantes sobre los nomogramas.

Os dejo la comunicación que presentamos recientemente en el VII Congreso Nacional de Áridos. En ella se ilustran, proporcionan y explican detalladamente siete ejemplos originales de nomogramas que se utilizan para resolver ecuaciones comunes en la industria de la explotación de áridos, como el diseño de voladuras y la estimación de ratios de perforación.

Pincha aquí para descargar

Referencia:

MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; YEPES, V.; ROSCHIER, L.; BLIGHT, T.; BOULET, D.; PERALES, A. (2025). Elaboración y uso de nomogramas para el ámbito de las explotaciones de áridos. Introducción de los códigos abiertos Pynomo y Nomogen. Actas del VII Congreso Nacional de Áridos, Córdoba, pp. 1085-1100. ISBN 978-84-125559-2-9.

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Seis secretos de la perforación horizontal: la tecnología invisible que construye el mundo bajo tus pies

Figura 1. Esquema de Perforación Horizontal Dirigida

Todos conocemos la estampa: una calle principal cortada, el ensordecedor ruido de la maquinaria, el tráfico desviado durante semanas y zanjas abiertas que suponen un obstáculo constante. Estas son las molestias habituales de las obras urbanas tradicionales, una realidad que asumimos como necesaria para mantener y ampliar las infraestructuras que nos prestan servicio. Sin embargo, bajo nuestros pies se está produciendo una revolución silenciosa. Existe una forma de instalar tuberías esenciales para el agua, el gas, la electricidad o las telecomunicaciones sin que apenas nos demos cuenta: las «tecnologías sin zanja».

Una de las más revolucionarias es la Perforación Horizontal Dirigida (PHD). Aunque su trabajo es invisible, su impacto es monumental. Este artículo revela seis aspectos sorprendentes sobre el funcionamiento de esta tecnología que está transformando el subsuelo de nuestras ciudades de manera más inteligente, rápida y respetuosa con el medio ambiente.

Figura 2. Máquina de perforación horizontal ideada por Leonardo da Vinci, antes de 1495. Fuente: http://trenchless-australasia.com/

1. Una idea renacentista: sus orígenes se remontan a Leonardo da Vinci.

Cuando pensamos en una tecnología tan sofisticada, capaz de perforar kilómetros bajo tierra con precisión centimétrica, la asociamos instintivamente al siglo XXI. La realidad es mucho más sorprendente. La idea conceptual de una máquina de perforación horizontal fue concebida nada menos que por Leonardo da Vinci antes de 1495. Aunque tuvieron que pasar casi cinco siglos para que la tecnología madurara, la primera instalación moderna de PHD con una tubería de acero se llevó a cabo en 1971 para cruzar el río Pájaro, en California.

Es fascinante reflexionar sobre cómo una visión renacentista sentó las bases de una de las técnicas de construcción más avanzadas de nuestro tiempo. Este largo camino de innovación demuestra que a menudo las grandes ideas necesitan siglos para encontrar las herramientas adecuadas para hacerse realidad, conectando el genio de un artista del pasado con las necesidades de la ingeniería del futuro.

2. No se trata solo de evitar zanjas, sino de salvar la vida útil de nuestras ciudades.

El principal beneficio que se asocia a la PHD es la comodidad: evitar el caos de las zanjas abiertas. Sin embargo, su verdadero impacto es mucho más profundo y estratégico. El método tradicional de abrir y cerrar zanjas tiene un coste oculto devastador para nuestras infraestructuras. Según los expertos, la simple apertura de una zanja puede reducir la vida útil de un pavimento en un 30 %. Esto significa que las calles que deberían durar décadas se deterioran prematuramente, lo que obliga a realizar reparaciones costosas y constantes.

Por tanto, el beneficio de la PHD va mucho más allá de la simple conveniencia. Se trata de una decisión económica y ecológica fundamental. Al eliminar la necesidad de excavar, no solo se reducen los plazos de ejecución, el impacto ambiental y las restricciones de tráfico, sino que también se preserva la integridad de la infraestructura urbana existente. En última instancia, esto reduce los costes finales de la obra y protege una de las inversiones públicas más importantes: nuestras calles y carreteras.

3. No se perfora a ciegas, sino que se «navega» bajo tierra con precisión centimétrica.

Una de las ideas erróneas más comunes sobre la perforación horizontal dirigida (PHD) es imaginarla como un proceso de perforación «a ciegas». Nada más lejos de la realidad. La cabeza de perforación es, básicamente, un vehículo teledirigido que se «navega» bajo tierra con una precisión asombrosa. La trayectoria se controla en todo momento mediante sistemas de navegación avanzados, lo que permite alcanzar grandes longitudes con una precisión centimétrica.

Existen tres tipos principales de sistemas para guiar la perforación:

  • «Walk-Over»: similar a un detector de metales muy avanzado, un operario camina por la superficie siguiendo la trayectoria de la cabeza perforadora en tiempo real.
  • «Wire-Line»: un cable en el interior de la sarta de perforación transmite la información de posición.
  • «Gyro Compass»: un sistema giroscópico, similar al utilizado en aeronáutica, permite una navegación autónoma sin necesidad de acceder a la superficie.
Tabla. Diferentes procedimientos de navegación de PHD (IbSTT, 2013).

Esta precisión no es un lujo, sino una necesidad crítica. No solo garantiza que la perforación llegue al punto de salida exacto, sino que también es fundamental para evitar dañar la maraña de servicios soterrados existente (cables de fibra óptica, tuberías de gas y conducciones de agua). Un error podría acarrear «desorbitados costes legales por daños a terceros», convirtiendo una obra eficiente en un desastre económico y de seguridad.

4. El héroe anónimo: El fluido de perforación es mucho más que «lodo».

En cualquier operación de PHD se puede observar un fluido espeso, que a menudo se denomina «mud» o lodo, que circula constantemente. Podría parecer un simple subproducto, pero en realidad es uno de los componentes con mayor ingeniería de todo el proceso y el verdadero héroe anónimo de la operación, ya que cumple cinco funciones cruciales e irremplazables. Su composición se diseña específicamente para la geología del terreno que se va a atravesar y cumple cinco funciones cruciales e irremplazables:

  • Refrigerar las herramientas de corte, que giran a gran velocidad y generan una intensa fricción.
  • Ayudar en el corte del terreno gracias a la alta presión con la que se inyecta (efecto hidrojet).
  • Transportar los detritos (el material excavado) fuera del túnel y mantenerlo limpio.
  • Lubricar tanto la sarta de perforación como la tubería final durante su instalación.
  • Contener y mantener estables las paredes de la perforación, creando una especie de «revestimiento» temporal que evita derrumbes.

Sin este fluido multifuncional, la técnica sería inviable. Garantiza la estabilidad del túnel, la eficiencia del corte y el éxito de la instalación de la tubería.

Figura 3. Escariador. Imágen de Catalana de Perforacions

5. La paradoja de la rapidez: el éxito depende de una planificación meticulosa.

Una de las grandes ventajas de la PHD es su rapidez de ejecución en comparación con los métodos tradicionales. Sin embargo, esta rapidez en la fase de obra es el resultado de una fase de preparación extraordinariamente exhaustiva. En el sector se utiliza una proporción muy reveladora: «1 día de trabajo, 2 de planificación». El éxito no se improvisa, se diseña.

Antes de que entre en funcionamiento la primera máquina, es imprescindible valorar la viabilidad del proyecto mediante estudios previos. Estos incluyen análisis topográficos detallados y, fundamentalmente, estudios geológicos exhaustivos para conocer a la perfección el subsuelo. Estos estudios, realizados por geólogos expertos en la técnica PHD, pueden incluir perforaciones de investigación, prospecciones geofísicas (como el georradar para detectar servicios enterrados) y pruebas de laboratorio de los materiales del terreno. El objetivo es claro: reducir los riesgos de construcción al mínimo y anticiparse a cualquier obstáculo o cambio en el terreno antes de empezar a perforar. Esta fase de preparación es la que garantiza que la «navegación» subterránea sea un éxito y no un desastre, y evita precisamente los «desorbitados costes legales» que se producirían al dañar servicios existentes.

6. Mucho más que tuberías: creando tomas de agua que protegen los ecosistemas marinos.

Si bien la PHD es una aliada clave en entornos urbanos, algunas de sus aplicaciones más innovadoras y con mayor impacto se encuentran en la protección de ecosistemas sensibles. Dos ejemplos de ello son las tecnologías «APPROACH» y «NEODREN®», que utilizan la PHD como herramienta de ingeniería medioambiental.

  • APPROACH permite realizar conexiones tierra-mar, como emisarios o tomas de agua, sin dañar la zona intermareal y submarina vulnerable. La perforación se realiza desde tierra firme y sale directamente en el punto deseado del fondo marino, evitando así cualquier tipo de excavación en la costa o en el lecho marino.
  • NEODREN® es un sistema revolucionario de captación de agua marina. Su genialidad consiste en que, en lugar de una simple toma de agua marina, convierte el propio subsuelo marino en una planta de filtración natural. Se instalan múltiples drenes horizontales desde la costa hasta una capa permeable bajo el lecho marino. Estos drenes funcionan como un pozo de alto volumen que extrae agua de mar después de que esta se haya filtrado lentamente a través de la arena y las rocas, «consiguiéndose un agua de alta calidad, sin turbidez y de caudal constante», ideal para plantas desalinizadoras. Este método elimina por completo la necesidad de realizar excavaciones en el fondo marino.
Figura 4. Neodren®. https://www.catalanadeperforacions.com/es/soluciones/sistema-neodren/neodren-captacion-de-agua-marina/

El impacto ecológico de estas aplicaciones es enorme, tal y como lo resumen los expertos, al ser una técnica subterránea, se evita trabajar en la zona marítima, que es de difícil maniobra y siempre está expuesta a daños causados por temporales, al mismo tiempo que se protegen zonas de especial valor ecológico, como las praderas de posidonia. Así, la PHD trasciende su papel como técnica de construcción para convertirse en una herramienta que permite desarrollar infraestructuras críticas en perfecta armonía con el entorno y proteger los ecosistemas que antes se sacrificaban en nombre del progreso.

Conclusión: la próxima frontera de la construcción ya está aquí.

La perforación horizontal dirigida es mucho más que un método ingenioso para evitar zanjas. Se trata de una disciplina de alta tecnología con una historia sorprendente, una precisión casi quirúrgica y aplicaciones innovadoras que están redefiniendo la construcción moderna. Nos muestra que el futuro de la infraestructura no radica en dominar la superficie, sino en trabajar de manera inteligente y respetuosa con el entorno que se encuentra debajo, lo que hace que nuestras ciudades y costas sean más eficientes, resilientes y sostenibles.

La próxima vez que camines por una calle sin obras ni atascos o disfrutes de una playa virgen, ¿te preguntarás qué maravillas de la ingeniería se están construyendo silenciosamente bajo tus pies?

A continuación, dejo un audio donde se habla del PHD.

También os dejo este vídeo, donde se resumen conceptos importantes. No obstante, en este blog encontrarás muchos más vídeos y artículos sobre este tema de tanto interés.

Referencias:

Allouche, E., Ariaratnam, S., and Lueke, J. (2000). Horizontal Directional Drilling: Profile of an Emerging Industry. Journal of Construction Engineering and Management, Volume 126, No. 1, pp. 68–76.

Ariaratnam, S. T., and Allouche, E. N. (2000). Suggested practices for installations using horizontal directional drilling. Practice Periodical on Structural Design and Construction, Volume 5, No. 4, pp. 142-149.

Ariaratnam, S. T., and Proszek, J. (2006). Legal consequences of damages to underground facilities by horizontal directional drilling. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, Volume 132, No. 4, pp. 342-354.

IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.

Jaganathan, A. P., Shah, J. N., Allouche, E. N., Kieba, M., and Ziolkowski, C. J. (2011). Modeling of an obstacle detection sensor for horizontal directional drilling (HDD) operations. Automation in Construction, Volume 20, No. 8, pp. 1079-1086.

Lubrecht, M. D. (2012). Horizontal directional drilling: A green and sustainable technology for site remediation. Environmental Science & Technology, Volume 46, No. 5, pp. 2484-2489.

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

Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.

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Guía para principiantes sobre la compactación de suelos.

1. ¿Qué es la compactación y por qué es importante?

La compactación de suelos es el proceso de aumentar la densidad de un terreno aplicando energía mecánica. En términos sencillos, consiste en hacer circular cargas elevadas sobre capas de suelo el número de veces necesario para alcanzar la densidad especificada. Al reducir los vacíos de aire en el suelo, se aumenta su resistencia, se reduce su capacidad de deformación y se disminuye su permeabilidad.

El objetivo principal de la compactación es mejorar las propiedades geotécnicas del suelo para garantizar la seguridad y durabilidad de las estructuras construidas sobre él, como carreteras, edificios o presas. La elección del equipo y del método de compactación no es universal, sino que depende de factores clave como la naturaleza del terreno, su contenido de humedad y la función que desempeñará el relleno compactado.

Para seleccionar y utilizar correctamente estos equipos, es esencial comprender los principios fundamentales que rigen su funcionamiento.

Figura 1. Distintos tipos de compactadores. https://www.noticiasmaquinaria.com/nuevos-modelos-de-la-serie-de-rodillos-tandem-de-hamm-en-conexpo/

2. Los cuatro esfuerzos elementales de la compactación.

Toda la maquinaria de compactación, desde un pequeño pisón manual hasta un rodillo de varias toneladas, aplica una combinación de cuatro esfuerzos básicos para densificar el suelo. Comprender estos mecanismos es el primer paso para dominar el proceso.

Tipo de esfuerzo Mecanismo y efecto principal
Estático vertical Aplica el peso de la máquina para comprimir el suelo. Produce tensiones fundamentalmente verticales que aprietan las partículas entre sí.
Amasado Genera tensiones en múltiples direcciones, «amasando» el suelo para reordenar partículas. Es especialmente útil para romper terrones en suelos cohesivos.
Impacto Aplica una fuerza súbita que propaga una onda de presión, alcanzando mayor profundidad que el esfuerzo estático.
Vibratorio Aplica una sucesión rápida de impactos que reduce la fricción interna entre partículas, facilitando su reacomodo en una configuración más densa.

Es importante destacar que el tipo de esfuerzo aplicado influye directamente en la estructura final de las partículas del suelo. Un terreno más compactado presenta partículas más orientadas y ordenadas (menos «floculadas»). El efecto de ordenamiento es progresivamente mayor al aplicar esfuerzos en el siguiente orden: estático, vibratorio, de impacto y, por último, de amasado.

Ahora que conocemos la teoría que hay detrás de la compactación, podemos explorar los equipos que aplican estos esfuerzos en la práctica.

3. Tipos principales de equipos de compactación.

Los equipos de compactación se pueden clasificar según el principio de trabajo predominante que utilizan: la fuerza estática de su propio peso o la energía dinámica de la vibración.

3.1. Compactadores estáticos: la fuerza del peso.

Estos equipos dependen principalmente de su peso para compactar el suelo.

3.1.1. Apisonadoras de rodillos lisos

  • Principio de funcionamiento: utilizan cilindros metálicos lisos para aplicar presión estática. Su mecanismo de compactación es «de arriba hacia abajo», por lo que la capa superior recibe la mayor energía.
  • Suelos adecuados: arenas y gravas bien graduadas, limos y arcillas de baja plasticidad. No se recomiendan para arenas uniformes o arcillas blandas.
  • Limitación principal: existe el riesgo de compactar en exceso la superficie y crear una costra rígida conocida como «encarpetamiento», mientras que las capas inferiores quedan menos densas.
Figura 2. Apisonadora estática de rodillo liso tipo triciclo. Imagen: V. Yepes

3.1.2. Compactadores de patas apisonadoras («pata de cabra»)

  • Principio de funcionamiento: en lugar de un rodillo liso, utilizan cilindros con múltiples «patas» o salientes que penetran en el suelo. Esto concentra la presión y compacta el terreno «de abajo hacia arriba».
  • Suelos adecuados: son especialmente efectivos en arenas y gravas con más del 20% de finos, así como en la mayoría de los suelos de grano fino (suelos limo-arcillosos, arenas limosas y arcillosas).
  • Ventaja principal: la acción de las patas rompe los terrones y grumos del suelo, a la vez que mejora la trabazón (unión) entre las sucesivas capas de material compactado.
Figura 3. Rodillo remolcado pata de cabra. Imagen: V. Yepes (2021)

3.1.3. Compactadores de ruedas neumáticas

  • Principio de funcionamiento: combinan el esfuerzo estático de su peso con el efecto de amasado que se produce por la deformación de sus neumáticos de goma, un proceso que reordena las partículas sin romperlas ni aplastarlas.
  • Suelos adecuados: son eficaces en suelos algo cohesivos y rellenos de limos poco plásticos.
  • Ventaja clave: son muy versátiles. Se puede ajustar su efecto modificando dos variables principales:
    • Aumentar la presión de inflado: incrementa la compactación en la superficie.
    • Aumentar la carga por rueda: aumenta el efecto de compactación en profundidad.
Figura 4. Compactador con neumáticos con dibujo. http://www.corinsa.es/tecnologia/compactacion/compactacion-de-tierras/

3.2. Compactadores vibratorios: reduciendo la fricción interna

Estos equipos añaden una fuerza dinámica a su peso estático, lo que los hace extremadamente eficientes.

3.2.1. Principio de funcionamiento

  • Mecanismo: la vibración de un cilindro o una placa, lo que elimina en gran medida la fricción interna entre las partículas del suelo. Así, las partículas se reordenan y alcanzan una mayor densidad con menos esfuerzo y en capas de mayor espesor. Es especialmente eficaz en terrenos granulares (arenas y gravas). Para hacerse una idea de su eficacia, la acción de un rodillo vibrante puede equivaler a la de un rodillo estático mucho más pesado: hasta ocho veces en suelos cohesivos y hasta doce veces en gravas y escolleras.
  • Regla de oro para su uso:
    • Materiales granulares (arenas, gravas): se compactan mejor con frecuencia alta y amplitud reducida.
    • Materiales cohesivos (arcillas, limos): prefieren más amplitud y menor frecuencia.

3.2.2. Tipos más comunes

Existen diversos modelos: los monocilíndricos (con rodillo liso o de patas), los de dos rodillos (tándem) y los mixtos (un rodillo y ruedas neumáticas). De todos ellos, los monocilíndricos autopropulsados son los más versátiles en la mayoría de las obras de movimiento de tierras.

Figura 5. Rodillo compactador vibratorio hidráulico de un solo tambor LSD216H. http://changlin.es/3-2-6-hydraulic-road-roller.html

3.3. Equipos para trabajos específicos

Para tareas específicas o en áreas de difícil acceso, se utilizan equipos más especializados.

3.3.1. Placas y pisones vibrantes

Son máquinas de pequeño tamaño que son guiadas por un operario. Su principal ventaja es que pueden trabajar en espacios reducidos a los que no pueden acceder máquinas más grandes, por ejemplo, en la compactación de rellenos en zanjas o trasdoses de muros.

3.3.2. Compactadores por impactos de gran energía

Este sistema es una alternativa más intensa que los rodillos vibratorios convencionales. Utiliza rodillos de perfil irregular (no cilíndricos) que, al girar a gran velocidad, generan impactos de alta energía. Su principal ventaja es la profundidad de su efecto, que puede alcanzar hasta cuatro o cinco metros.

Figura 6. Compactador de impacto de gran energía.

Una vez conocidos los tipos de equipos disponibles, el siguiente paso lógico es aprender a decidir cuál es el más adecuado para cada situación.

4. ¿Cómo elegir el equipo de compactación adecuado?

La elección del compactador no tiene una solución única, ya que depende de múltiples factores y, en última instancia, es una decisión económica. No obstante, para poder tomar una decisión técnica fundamentada, hay que tener en cuenta tres factores determinantes:

  • La naturaleza del material: es el factor más importante. Los suelos se pueden clasificar en tres grandes grupos:
    1. Suelos finos: limos y arcillas.
    2. Suelos de grano grueso: arenas y gravas.
    3. Pedraplenes: materiales rocosos.
  • El estado del material: principalmente, su contenido de humedad. La humedad actúa como un lubricante entre partículas, pero un exceso o defecto puede dificultar enormemente la compactación.
  • El volumen, la forma de la zona a compactar y el ritmo de la obra: Un área grande y abierta permite el uso de máquinas de alto rendimiento. De hecho, suelen elegirse compactadores con una capacidad de producción superior a la de los equipos de excavación y transporte, para evitar que la compactación se convierta en un «cuello de botella» que retrase todo el proyecto.

La siguiente tabla ofrece una guía simplificada para la selección inicial del equipo en función del tipo de suelo.

Guía rápida para la selección de equipos por tipo de suelo.

Tipo de suelo Equipos recomendados Consideración clave
Suelos finos (limos y arcillas) • Compactadores de patas apisonadoras

• Compactadores de neumáticos

 El control preciso de la humedad es fundamental. Estos suelos son sensibles a un exceso o defecto de agua.
Suelos de grano grueso (arenas y gravas) • Rodillos vibratorios

• Compactadores de neumáticos pesados

 La vibración es extremadamente efectiva para reordenar las partículas en este tipo de material.
Pedraplenes (roca) • Equipos vibratorios pesados (más de 10 toneladas) Se necesita una gran energía de compactación debido al gran tamaño de los elementos rocosos.

Elegir el equipo adecuado no solo garantiza que se alcancen las especificaciones de densidad, sino que también optimiza el rendimiento y los costes del proyecto.

5. Conclusión: principios clave para el éxito de una compactación.

La compactación es una de las operaciones más importantes en la construcción, ya que de ella dependen la estabilidad y durabilidad de casi cualquier estructura. Aunque se trata de un tema amplio, un principiante puede sentar unas bases sólidas de conocimiento si se centra en dos principios fundamentales.

  • Para lograr una compactación eficaz, es esencial comprender y dominar los cuatro tipos de esfuerzos básicos (estático, de amasado, de impacto y vibratorio), así como la forma en que cada máquina los aplica.
  • Además, es importante entender que la elección del equipo depende principalmente del tipo de suelo. No hay una máquina universal: la clave del éxito es adaptar la herramienta al material con el que se trabaja.

Aquí tienes un vídeo introductorio a los compactadores.

A continuación, os dejo un resumen de las ideas más relevantes que un principiante debería conocer sobre la compactación de suelos. Espero que os resulte interesante.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 253 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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Unidades VSM (Vertical Shaft Sinking Machine) para perforación de pozos

Figura 1. Simulación de la Vertical Shaft Sinking Machine (VSM) de Herrenknetch trabajando con el pozo inundado a través de un terreno blando (cortesía de Herrenknetch).

Las unidades VSM (Vertical Shaft Sinking Machine) son equipos mecanizados diseñados para la construcción de pozos verticales en condiciones difíciles, como terrenos blandos intercalados con materiales más estables, suelos con resistencias a la compresión de hasta 140 MPa, presencia de aguas subterráneas o espacios confinados. Se utilizan en proyectos de túneles, accesos subterráneos, minería y soluciones urbanas, como aparcamientos subterráneos.

La VSM fue desarrollada por fabricantes como Herrenknecht a mediados de la década de 2000 y su uso se ha extendido internacionalmente debido a las ventajas en materia de seguridad y productividad que ofrece frente a los métodos convencionales. Su diseño modular le permite adaptarse a diferentes diámetros y profundidades, y su capacidad para operar en entornos urbanos y espacios confinados ha sido fundamental en proyectos como el sistema de túneles de Singapur y el metro de Nápoles.

 

Componentes principales:

Una unidad VSM se compone de:

  1. La VSM propiamente dicha, que incluye el bastidor, el cabezal de corte o tambor rozador equipado con picas y el brazo giratorio telescópico con capacidad de extensión de aproximadamente 1 m, que permite la excavación por «rebanadas» mediante un giro de 360°.
  2. Elementos auxiliares externos, encargados de controlar el descenso y la estabilidad, como zapatas de apoyo, winches y sistemas de control.

Estas máquinas suelen ser modulares y se adaptan al diámetro y a la profundidad requeridos. También pueden incorporar sistemas de monitorización digital para controlar el par de corte, el consumo de energía y las propiedades del lodo durante la excavación. Además, algunos modelos incluyen sensores avanzados que permiten predecir el desgaste de las picas y optimizar el rendimiento energético, lo que incrementa la eficiencia en obras de gran profundidad.

Figura 2. Elementos principales del Vertical Shaft Sinking Machine (VSM) de Herrenknetch (cortesía de Herrenknetch).

Proceso constructivo

El procedimiento de excavación y construcción con VSM consta de varias fases:

  • Inicio y excavación: la máquina se instala en el pozo de ataque y se fija a las paredes mediante brazos estabilizadores. El tambor rozador excava justo por debajo del anillo inferior metálico, facilitando el descenso de la estructura de hormigón.
  • Evacuación del material: el material excavado (detritos) se mezcla con agua para formar lodos, que son extraídos mediante bombas sumergibles de 200–400 m³/h. Posteriormente, los lodos se conducen a una planta de tratamiento externa, donde se separa el agua y se acondiciona el material sobrante para su gestión. En proyectos recientes, se ha implementado un sistema de reciclaje de lodos que reduce el consumo de agua hasta en un 40 %.
  • Estructura del pozo: el anillo inferior es de acero biselado, permitiendo que los anillos de hormigón se deslicen a medida que avanza la excavación. Los anillos prefabricados de hormigón se añaden desde la superficie y son empujados por cilindros hidráulicos (3 o 4 unidades habituales), conectados a través de cables de acero que soportan el peso total de la estructura.
  • Coordinación excavación-anillado: la excavación, el bombeo de ripios y el montaje de anillos deben sincronizarse cuidadosamente para evitar paradas prolongadas que comprometan la estabilidad del pozo. En obras internacionales, se ha documentado la integración de software de control automatizado que permite coordinar en tiempo real la excavación, el bombeo y el anillado, lo que aumenta la seguridad y reduce los retrasos.

Rendimientos y capacidades

  • Diámetros: las VSM pueden construir pozos de entre 4,5 y 19 m, en función del modelo y de las condiciones de la obra.
  • Profundidad: habitualmente alcanzan profundidades de hasta 85 m en terrenos heterogéneos, con registros documentados en proyectos internacionales.
  • Avance: la tasa de excavación varía entre 1 y 5 m/día, en función de la geología, el diámetro y el estado hidrogeológico. En terrenos blandos o con alta presencia de agua, el avance puede ser menor debido al mayor control de lodos requerido.

Gestión de lodos y sellado

Durante la excavación, el pozo permanece inundado con lodos bentoníticos, que garantizan la presión hidrostática y evitan derrumbes. Una vez alcanzada la profundidad final, se extrae el lodo y se procede a la instalación de la tubería.

  • El fondo del pozo se sella con un tapón de hormigón mientras permanece inundado.
  • El espacio anular se rellena con lechada de cemento.
  • Finalmente, se evacúa el lodo residual para dejar el pozo listo para su uso. Algunos proyectos incorporan sensores que monitorizan la presión y la composición del lodo durante la instalación del tapón para garantizar la integridad estructural.

Comparativa y ventajas

Frente a otros métodos de excavación vertical, como las Shaft Boring Machines (SBM), la VSM destaca por:

  • Montaje compacto y aplicabilidad en entornos urbanos.
  • Mayor seguridad al reducir la intervención manual en el frente.
  • Alta productividad en diámetros medianos y grandes con suelos blandos o saturados.

No obstante, la elección entre VSM y otras tecnologías depende de parámetros como el diámetro requerido, la profundidad y las condiciones geológicas.

Conclusión

Las VSM son una solución mecanizada, eficiente y segura para la construcción de pozos de gran diámetro en condiciones complejas. Su modularidad, su capacidad para operar en suelos saturados y la posibilidad de integrar tecnologías digitales de control las convierten en una herramienta esencial en proyectos de infraestructuras, minería y entornos urbanos. El uso de sensores avanzados y sistemas de control automatizado permite optimizar el rendimiento, aumentar la seguridad y reducir el impacto medioambiental de los proyectos a gran escala.

Os dejo algunos vídeos al respecto de esta máquina:

Referencias

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Preguntas sobre ciclos de trabajo y producción de la maquinaria de construcción

Figura 1. Pala sobre neumáticos cargando dúmper. Imagen: V. Yepes

1. ¿Qué es un ciclo de trabajo y cuáles son sus componentes principales?

Un ciclo de trabajo se define como la secuencia de operaciones elementales necesarias para completar una tarea. El tiempo total necesario para realizar estas operaciones se denomina «tiempo del ciclo». Se descompone en tres tipos principales:

  1. Tiempo fijo: Duración de operaciones que requieren un tiempo determinado, como la carga, la descarga y las maniobras.
  2. Tiempo variable: Duración de las operaciones que dependen de las condiciones de trabajo, como la distancia en un ciclo de transporte.
  3. Tiempo muerto de inactividad: Tiempo de espera de una máquina mientras otra está realizando una operación en un equipo coordinado.
Figura 2. Esquema de los ciclos acoplados de máquinas trabajando en equipo. Tiempo muerto en la máquina principal

2. ¿Cómo se calcula la producción de un equipo por unidad de tiempo y qué factores la afectan?

La producción por unidad de tiempo o rendimiento de un equipo se calcula multiplicando la capacidad de producción en un ciclo por el número de ciclos realizados en ese período.

La producción de una máquina o conjunto de máquinas está influenciada por múltiples factores, como el clima, la dureza del trabajo, los turnos, el estado de las máquinas, el dimensionamiento de los equipos, la habilidad del operador y la existencia de incentivos. Para estimar la producción real a partir de la producción teórica, hay que multiplicar la producción teórica por una serie de factores de producción.

3. ¿Qué es el «cuello de botella» en un equipo de máquinas y por qué es importante identificarlo?

El «cuello de botella» es el recurso o máquina que limita la producción total del equipo. Identificarlo es fundamental porque cualquier cambio en su funcionamiento afectará directamente a la capacidad de producción de todo el equipo. Por ejemplo, en un sistema de cargadora y camiones, si la cargadora espera a los camiones, estos son el cuello de botella. Si los camiones esperan a la cargadora, entonces la cargadora es el cuello de botella.

4. ¿Qué es el factor de acoplamiento (match factor) y cuál es su valor óptimo para el coste de producción?

El factor de acoplamiento es la relación entre la producción máxima posible de los equipos auxiliares y la producción máxima posible de los equipos principales, suponiendo que no hay tiempos de espera. El coste de producción más bajo se logra con factores de acoplamiento cercanos a la unidad, pero ligeramente por debajo de ella. Esto se debe a las variaciones estadísticas en los ciclos de trabajo, por lo que, incluso con un equipo bien dimensionado y un factor de acoplamiento de uno, siempre habrá tiempos de espera.

5. ¿Cómo se determina el número de máquinas principales y auxiliares necesarias para un trabajo concreto?

Este número se puede estimar conociendo los tiempos de ciclo de cada tipo de máquina. En una unidad de tiempo (por ejemplo, una hora), el número total de ciclos realizados por las máquinas principales debe ser igual al número total de ciclos realizados por las máquinas auxiliares. Esta relación se puede generalizar para múltiples tipos de máquinas.

6. ¿Cuáles son los tiempos improductivos necesarios para operar una máquina?

Se trata de tiempos imprescindibles para el desarrollo normal de un trabajo, aunque no contribuyen directamente a la producción. Incluyen:

  • Tiempo preparativo-conclusivo: Revisión, arranque, traslado y protección de la máquina.
  • Tiempo de interrupciones tecnológicas: Necesidades de la tecnología implicada, como el cambio de posición de una cuchilla.
  • Tiempo de servicio: Mantenimiento y atención diaria del equipo durante la jornada.
  • Tiempo de descanso y necesidades personales: Tiempo para prevenir la fatiga del operador y atender sus necesidades básicas.

7. ¿Qué es la «producción tipo» y cómo se relaciona con la producción real?

La «producción tipo» es la producción obtenida durante 54 minutos ininterrumpidos de trabajo, siguiendo un método específico, en condiciones determinadas y con una habilidad media del operador. Se utilizan 54 minutos por hora para estimar las pérdidas de tiempo ajenas al trabajo. En esencia, se trata de una producción teórica en condiciones específicas.

Para estimar la producción real a partir de la producción tipo, se multiplica la producción tipo por una serie de factores de producción que tienen en cuenta las condiciones reales. La producción por hora de trabajo productivo en una obra concreta se relaciona con la producción tipo mediante el factor de eficacia.

Figura 3. Determinación del tiempo tipo de un trabajo

8. ¿Cuáles son los principales factores que modifican la producción tipo y de qué depende?

Los principales factores que modifican la producción tipo para estimar la producción real son los siguientes:

  • Factor de disponibilidad: Relación entre el tiempo disponible y el tiempo laborable real. Depende de la máquina y del equipo de mantenimiento.
  • Factor de utilización: Vincula el tiempo de utilización con el de disposición. Indica la calidad de la organización y planificación de la obra.
  • Eficiencia horaria, factor de eficacia o factor operacional: Cociente entre la producción media por hora de utilización y la producción tipo. Considera tiempos no productivos como traslados y preparación. Depende de la selección del personal y el método de trabajo.

Es importante señalar que solo el factor de disponibilidad depende directamente de la máquina; los demás están vinculados a la organización de la obra, la selección del personal y el método de trabajo.

Os dejo un audio que recoge estas ideas. Espero que os sea interesante.

También un vídeo explicativo del contenido.

Glosario de términos clave

  • Ciclo de trabajo: Serie completa de operaciones elementales necesarias para realizar una tarea o labor.
  • Tiempo del ciclo: Duración total invertida en completar un ciclo de trabajo.
  • Tiempo fijo: Parte del tiempo del ciclo que corresponde a operaciones de duración constante, independientemente de las condiciones de trabajo (ej., carga, descarga).
  • Tiempo variable: Parte del tiempo del ciclo que depende de las condiciones específicas de la operación (ej., distancia de transporte).
  • Tiempo muerto de inactividad: Período de espera de una máquina, usualmente debido a la necesidad de sincronización con otra máquina en una operación conjunta.
  • Cuello de botella: El recurso dentro de un equipo de trabajo que limita la producción total del conjunto.
  • Factor de acoplamiento (Match Factor): Relación entre la máxima producción posible de los equipos auxiliares y la máxima producción posible de los equipos principales, idealmente sin tiempos de espera.
  • Producción: La transformación de elementos para obtener productos terminados o resultados útiles, a menudo asociados a unidades de obra en construcción.
  • Capacidad de producción: Cantidad de producto generado en un solo ciclo de trabajo.
  • Rendimiento: Producción por unidad de tiempo de un equipo.
  • Producción teórica: La producción esperada de un equipo bajo condiciones ideales o de diseño.
  • Producción real: La producción efectiva de un equipo, considerando las condiciones y factores operativos reales en una obra.
  • Factores de producción: Coeficientes utilizados para ajustar la producción teórica y obtener una estimación más precisa de la producción real, considerando diversas variables de la obra.
  • Tiempo productivo: Tiempo en el que el equipo trabaja directamente en la ejecución de una operación, ya sea principal o auxiliar.
  • Tiempos improductivos necesarios: Tiempos no productivos, pero esenciales para el desarrollo normal del trabajo (ej., preparativo-conclusivo, interrupciones tecnológicas, servicio, descanso).
  • Producción tipo: Producción obtenida en 54 minutos ininterrumpidos de trabajo bajo un método y condiciones específicas, con un operador de habilidad media. (Referencia a la hora reducida de 54 minutos útiles).
  • Factor de disponibilidad: Relación entre el tiempo que una máquina está disponible para trabajar y el tiempo laborable real. Refleja el estado mecánico y de mantenimiento.
  • Factor de utilización: Relación entre el tiempo que una máquina es utilizada efectivamente y el tiempo que está disponible. Refleja la organización y planificación de la obra.
  • Eficiencia horaria / Factor de eficacia: Cociente entre la producción media por hora de utilización y la producción tipo. Considera los tiempos de trabajo no productivo dedicados a tareas auxiliares y la habilidad del personal.
  • Producción media por hora laborable real: La producción promedio de un equipo durante una hora efectiva de trabajo, considerando todos los factores de corrección.
  • Índice de paralizaciones: Relación entre las interrupciones debidas a la organización, mal acoplamiento o averías de otras máquinas, y el tiempo laborable real.
  • Factor de aprovechamiento: Cociente entre el tiempo de utilización de una máquina y el tiempo laborable real. Es el producto del factor de disponibilidad y el factor de utilización.
  • Equipo en cadena: Un conjunto de máquinas donde la producción de una está ligada al trabajo de la que le precede, y la paralización de una detiene toda la cadena.
  • Equipo en paralelo: Un conjunto de máquinas iguales que trabajan simultáneamente, y la producción total es la suma de las producciones individuales o la probabilidad de que un cierto número de ellas esté activa.
  • Disponibilidad intrínseca: La disponibilidad de una máquina individual en un conjunto paralelo, sin considerar las interrupciones por organización.

Referencias:

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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Algunas preguntas sobre los muros pantalla

Figura 1. Cuchara bivalva para construir pantallas. Por GK Bloemsma – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/

1. ¿Qué es un muro pantalla y qué funciones principales tiene en el campo de la cimentación?

Un muro pantalla es una técnica de cimentación profunda que se empezó a desarrollar en la década de 1950. Su principal característica es que se trata de una contención flexible que también cumple una función de cimentación. Las funciones principales de los muros pantalla son las siguientes:

  • Contención de tierras: Especialmente útil en situaciones donde la estabilidad de la excavación es difícil y existe preocupación por la seguridad de edificios colindantes.
  • Cimentación profunda: Proporciona una base sólida para estructuras.
  • Impermeabilización: Existen pantallas diseñadas específicamente, a menudo con cemento-bentonita, para evitar la filtración de agua.
  • Combinaciones de las anteriores: Muchos proyectos requieren una combinación de estas funciones para abordar desafíos complejos del terreno y la construcción.

Los cambios de forma y los movimientos de flexión que experimentan los muros pantalla influyen significativamente en la distribución y magnitud de los empujes del suelo, así como en las resistencias y acciones mutuas entre el suelo y la estructura.

2. ¿Cómo se clasifican los muros pantalla según su trabajo estructural y su función?

Los muros pantalla se clasifican de diversas maneras para adaptarse a distintas necesidades constructivas y geológicas.

Según su trabajo estructural, se pueden clasificar de la siguiente forma:

  • Pantallas en voladizo: Se introducen en el terreno a una profundidad suficiente para asegurar su fijación, aprovechando la resistencia pasiva del suelo.
  • Pantallas ancladas: Se utilizan cuando la profundidad de excavación es considerable (generalmente > 7-8m). Su estabilidad se confía a la resistencia pasiva de la parte enterrada y a uno o varios niveles de anclajes. Se subdividen en:
    • De soporte libre (o articuladas): El empotramiento es mínimo, comportándose como una viga doblemente apoyada.
    • De soporte fijo (o empotradas): El empotramiento es suficiente para que el movimiento en su base sea insignificante, actuando como una viga apoyada-empotrada.
  • Pantallas arriostradas: Sustituyen los anclajes por estampidores (puntales).
  • Pantallas acodaladas (entibaciones): Utilizan elementos de arriostramiento para la contención.
  • Pantallas atirantadas: Similares a las ancladas, pero el término puede implicar una mayor rigidez o elementos de tracción más permanentes.
  • Pantallas con contrafuertes: Refuerzos estructurales que aumentan su rigidez y capacidad de contención.

Según su función, se distinguen:

  • Pantallas de impermeabilización: Diseñadas para crear una barrera contra el flujo de agua (ej. con cemento-bentonita).
  • Pantallas de contención de tierras: Su propósito principal es retener el suelo.
  • Pantallas de cimentación (cimentación profunda): Actúan como elementos de apoyo para la estructura.
  • Pantallas combinaciones de las anteriores: Lo más común, buscando una solución multifuncional.

3. ¿Cuáles son los métodos de excavación de bataches para la construcción de muros pantalla y cuándo se utiliza cada uno?

La excavación de los bataches (paneles que conforman el muro pantalla) es un paso crítico que se lleva a cabo mediante dos métodos principales:

  • Medios convencionales (cuchara al cable o hidráulica). Estos métodos se utilizan en condiciones de terreno normales y profundidades típicas:
    • Cuchara de cable: El cierre es mecánico. Su ventaja es que la grúa excavadora puede usarse como auxiliar para hormigonado e izado de armaduras.
    • Cuchara hidráulica: El cierre y el giro son hidráulicos. Son más fáciles de manejar y producen menos excesos de hormigón que las de cable, aunque requieren una grúa auxiliar para armadura y hormigonado.
  • Hidrofresa. Este método se emplea en situaciones más exigentes debido a sus características de precisión y capacidad. Se utiliza cuando:
    • La dureza del terreno es excesiva.
    • Se requiere una verticalidad estricta (por debajo del 0,5 %).
    • Se alcanzan grandes profundidades (superiores a 45 metros).

Antes de la excavación, es necesario construir muretes guía que dirijan la herramienta, aseguren la verticalidad de los paneles y sirvan de soporte estable para la extracción de las juntas. Durante la excavación, puede ser necesario utilizar lodos tixotrópicos (bentoníticos) o polímeros para mantener la estabilidad de las paredes.

Figura 2. Vista de murete guía. http://www.estructurasmaqueda.com

4. ¿Qué función cumplen los lodos tixotrópicos (bentoníticos) y los polímeros en la construcción de las pantallas y en qué se diferencian?

Los lodos tixotrópicos (principalmente bentoníticos) y los polímeros son fundamentales para el sostenimiento de las excavaciones de muros pantalla, sobre todo cuando la estabilidad del terreno lo requiere.

Lodos tixotrópicos (bentoníticos):

  • Funciones: Mantener las paredes de la excavación (evitando derrumbes), mantener los sólidos en suspensión y lubricar la herramienta de perforación.
  • Mecanismo de acción: Forman una «torta» (cake) impermeable en la pared de la excavación. Esta película permite que la presión hidrostática de la columna de lodo actúe contra las paredes, estabilizándolas. Para que el «cake» se forme, es necesaria cierta filtración del lodo, por lo que son efectivos en suelos permeables (arenas) pero inútiles en arcillas.
  • Propiedades: Son fluidos no newtonianos cuya viscosidad aumenta al dejarlos en reposo (tixotropía), manteniendo los sólidos en suspensión gracias a un esfuerzo umbral (yield point).
  • Contaminación: Si se contaminan, floculan y pierden su funcionalidad. Se puede añadir polímero celulósico para protegerlos y aumentar su yield point sin incrementar excesivamente la viscosidad (útil en gravas).

Polímeros:

  • Alternativa a la bentonita: Pueden sustituir total o parcialmente a los lodos bentoníticos en condiciones particulares.
  • Ventajas medioambientales: Son biodegradables con el tiempo o se pueden destruir rápidamente con agentes oxidantes (lejía, agua oxigenada) o bacterias específicas.
  • Mecanismo de acción: A diferencia de la bentonita, no forman un «cake» externo efectivo. Las largas cadenas poliméricas se infiltran en el terreno y unen sus partículas por tracción iónica, creando un «cake» interno. Esto permite que la presión hidrostática del lodo actúe contra el terreno cohesionado.
  • Limitaciones: Carecen de un «yield-point» efectivo (salvo excepciones), por lo que solo se pueden emplear en terrenos de baja permeabilidad (10-5 a 10-6 m/seg).
  • Otras características: No necesitan desarenadores, ya que los sólidos en suspensión decantan rápidamente. Se dividen en polares (aniónicos y catiónicos) y apolares, siendo estos últimos más resistentes a ataques químicos.

En resumen, los lodos bentoníticos dependen de la formación de una «torta» externa y son adecuados para suelos permeables, mientras que los polímeros actúan por infiltración y cohesión interna, siendo idóneos para suelos de baja permeabilidad y ofreciendo ventajas medioambientales.

5. ¿Cuáles son los pasos clave en la ejecución convencional de muros pantalla después de la excavación y qué consideraciones son importantes en cada uno?

Una vez completada la excavación del batache y, si es necesario, sostenida con lodos, los siguientes pasos en la ejecución convencional de muros pantalla son los siguientes:

  • Desarenado de los lodos: Si se utilizaron lodos y su contenido de arena supera el 5 %, es imprescindible desarenarlos mediante centrifugado en hidrociclones. De no hacerlo, la arena decantaría sobre el hormigón, formando bolsas que comprometerían la calidad del muro.
  • Colocación de la armadura: La armadura debe atender a varias consideraciones:
    • Debe tener un esqueleto suficientemente rígido para mantener su forma durante la manipulación.
    • Para armaduras de gran longitud, se debe eslingar por distintos puntos a lo largo de su alzado; para las cortas, disponer de asas de izado.
    • Debe dejar espacio suficiente para la tubería tremie que se usará para el hormigonado.
    • Se deben colocar separadores (metálicos o de hormigón) para asegurar el recubrimiento mínimo de 75 mm según la normativa UNE.
  • Hormigonado de las pantallas: Se utiliza la técnica del hormigón sumergido, necesaria cuando no es posible vibrar el hormigón (como ocurre bajo lodos).
    • El hormigón se introduce a través de una tubería tremie que debe permanecer introducida 5m en el hormigón (o 3m en seco), subiéndose a medida que el hormigonado avanza.
    • Para paneles de más de 5 m de longitud, se usan dos tuberías tremie.
    • Los lodos se van evacuando a medida que el hormigón asciende.
    • La duración total del hormigonado debe ser inferior al 70 % del tiempo de inicio de fraguado.
    • Se utiliza un hormigón de consistencia líquida (cono 16-20 NTE o 18-21 UNE-EN-1538).
    • El hormigón debe subir lo más horizontal posible dentro del panel.
  • Extracción de la junta: Existen diferentes tipos de juntas para asegurar la continuidad entre paneles:
    • Junta trapezoidal: No necesita retirarse antes del fraguado del hormigón. Se extrae con un cabestrante o gatos.
    • Junta circular y tricilíndrica (Stein): Deben extraerse durante el fraguado del hormigón, en el momento justo en que este ha endurecido lo suficiente para mantenerse, pero no tanto que impida la extracción. Se retiran con gatos hidráulicos.

El cumplimiento de las tolerancias establecidas en normativas como la UNE o el PG-3 es fundamental en cada una de estas etapas para garantizar la calidad y funcionalidad del muro pantalla.

6. ¿Qué son los anclajes en cimentaciones, cómo se clasifican y cuáles son sus principales aplicaciones?

Los anclajes son elementos de sujeción de estructuras al suelo, diseñados para colaborar en la estabilidad del conjunto suelo-estructura y que trabajan fundamentalmente a tracción.

Clasificación de los anclajes:

  • Según su forma de actuar:
    • Pasivos: Entran en tracción automáticamente cuando las cargas o fuerzas externas actúan, oponiéndose al movimiento del terreno y la estructura.
    • Activos (pretensados): Se pretensan hasta una carga admisible una vez instalados, comprimiendo el terreno entre el anclaje y la estructura. Esto evita el movimiento de la cabeza del anclaje hasta que se supere el esfuerzo de pretensado.
    • Mixtos: Se pretensan con una carga inferior a la admisible, dejando un margen para absorber movimientos imprevistos.
  • Según el tiempo de servicio previsto:
    • Provisionales: Diseñados para un uso temporal durante la fase de construcción.
    • Permanentes: Diseñados para permanecer en servicio durante toda la vida útil de la estructura.
  • Según el tipo de inyección:
    • Inyección única (IU): Inyección global del bulbo.
    • Inyección repetitiva (IR): Inyecciones a lo largo del bulbo en varias etapas.
    • Inyección repetitiva y selectiva (IRS): Inyecciones repetitivas en puntos específicos del bulbo.

Principales campos de aplicación:

  • Estabilización del terreno: Comprimir el terreno y coser diaclasas (fracturas).
  • Aumentar la resistencia al corte en taludes: Mejorar la estabilidad de laderas.
  • Sujeción de bóvedas de túneles y paredes de excavación: Proporcionar soporte en obras subterráneas o de contención.
  • Refuerzo de estructuras: Postesado de elementos estructurales, atirantado de bóvedas y arcos.
  • Arriostramiento de estructuras de contención: Estabilizar muros pantalla, tablestacados, etc.
  • Absorber esfuerzos en la cimentación de estructuras: Contrarrestar la subpresión en soleras bajo el nivel freático.
  • Anclaje de estructuras esbeltas y complejas: Proporcionar estabilidad a elementos con alta esbeltez.

Los anclajes inyectados constan de tres partes: la zona de anclaje (bulbo inyectado al terreno), la zona libre (cables protegidos por una vaina) y la cabeza y la placa de apoyo, que fijan el anclaje a la estructura.

Figura 3. Anclaje de un muro. Vía http://chuscmc.blogspot.com

7. ¿Cuáles son los principales estados límite que hay que considerar en el dimensionamiento de elementos de contención, como los muros pantalla, según la normativa española (CTE)?

Según esta normativa, el dimensionamiento de los elementos de contención debe verificar una serie de estados límite para garantizar la seguridad y funcionalidad de la estructura. Estos se dividen en estados límite últimos y estados límite de servicio.

Estados Límite Últimos (ELU): Se refieren a la capacidad portante y la estabilidad global, evitando la rotura o colapso.

  • Estabilidad:
    • Deslizamiento: La estructura se desliza sobre su base o una superficie de falla.
    • Hundimiento: El terreno bajo la cimentación de la estructura falla.
    • Vuelco: La estructura gira alrededor de su base.
  • Capacidad estructural: Fallo del material constitutivo de la pantalla (hormigón, acero).
  • Fallo combinado del terreno y del elemento estructural: Una combinación de los anteriores.

Para pantallas flexibles, se deben verificar además:

  • Estabilidad global: Del conjunto suelo-pantalla-anclajes-sobrecargas.
  • Estabilidad del fondo de la excavación: Evitar levantamiento o sifonamiento.
  • Estabilidad de la propia pantalla: Rotura por rotación o traslación, o por hundimiento.
  • Estabilidad de los elementos de sujeción: (Anclajes, puntales).
  • Estabilidad en las edificaciones próximas: No causar daños a estructuras adyacentes.
  • Estabilidad de las zanjas: Durante la excavación de la propia pantalla.

Estados Límite de Servicio (ELS): Se refieren a las condiciones de uso de la estructura, evitando movimientos o infiltraciones excesivas.

  • Movimientos o deformaciones: Excesivos de la estructura de contención o de sus elementos de sujeción, que afecten a la propia pantalla o a estructuras próximas.
  • Infiltración de agua no admisible: Problemas de estanqueidad.
  • Afección a la situación del agua freática en el entorno: Con posibles repercusiones a estructuras próximas.

En el cálculo se deben considerar acciones como los empujes activos y pasivos de las tierras, los empujes horizontales del agua freática, las sobrecargas y las acciones instantáneas o alternantes (terremotos, impactos). También se tienen en cuenta las propiedades del suelo, los coeficientes de empuje (de Rankine y de Coulomb) y la deformabilidad de la pantalla, que influye significativamente en la distribución de los empujes.

8. ¿Qué es el sifonamiento en excavaciones y cómo se puede prevenir?

El sifonamiento es un fenómeno de inestabilidad del terreno que se produce en excavaciones, especialmente cuando el nivel freático (NF) se halla por encima del fondo de la excavación y es preciso agotar el agua del interior. Se produce una filtración de agua a través del fondo o de las paredes de la excavación. Si la presión intersticial del agua (es decir, la presión en los poros del suelo) crece hasta igualar la presión total del terreno, la tensión efectiva del suelo se anula (σ’ = σ – u = 0), lo que provoca una pérdida de resistencia y un flujo ascendente de partículas finas del suelo. Este fenómeno se alcanza para un «gradiente crítico».

Figura 4. Longitud de empotramiento para evitar el sifonamiento

Los principales problemas que causa el sifonamiento son:

  • Inestabilidad del fondo de excavación: Pérdida de capacidad portante del suelo.
  • Reducción de la presión efectiva en el intradós de la pantalla: Disminuye el efecto positivo del empuje pasivo, comprometiendo gravemente la estabilidad del muro pantalla.
  • Tubificación o entubamiento: Si se dan sifonamientos localizados, se inicia una erosión interna que forma conductos por donde el agua arrastra material, pudiendo causar un colapso brusco.

Soluciones principales para prevenir el sifonamiento:

  • Dimensionar un correcto sistema de bombeo: Para liberar las presiones intersticiales, ya sea durante la excavación (agotamiento) o de forma permanente mediante soleras drenadas. Los sistemas pueden ser bombeo desde arquetas (para excavaciones pequeñas sin finos), pozos filtrantes o lanzas de drenaje (well point).
  • Incrementar la clava de la pantalla: Aumentar la profundidad de empotramiento del muro pantalla (∆l) incrementa el recorrido del agua, reduciendo el gradiente hidráulico. La clava real puede ser un 20% mayor que la profundidad del punto de rotación.
  • «Clavar» las pantallas en un sustrato impermeable: Si es posible, extender la pantalla hasta una capa de suelo con muy baja permeabilidad (k) para cortar el flujo de agua.
  • Disminuir la permeabilidad de la capa filtrante y aumentar su peso específico aparente (γ’): Esto se puede lograr mediante un tapón de Jet-grouting, que también puede actuar como un codal natural.
  • Aumentar el efecto ataguía de la clava de las pantallas: Mediante un «peine» de inyecciones que reduce la permeabilidad del suelo bajo el muro.
  • Congelación del nivel freático: En casos extremos, se puede congelar el agua del terreno para crear una barrera impermeable.

A continuación os dejo un audio que resume bien el contenido de estos temas. Espero que os sea de interés.

Glosario de términos clave

  • Muro pantalla: Técnica de cimentación profunda y contención flexible que se desarrolla a principios de los años 50, aúna ambas funciones, especialmente en excavaciones difíciles o cerca de edificios.
  • Contención flexible: Cualidad de los muros pantalla que permite cambios de forma y movimientos de flexión, influenciando la distribución de empujes y la interacción suelo-estructura.
  • Empotramiento: Profundidad a la que se introduce la pantalla en el terreno por debajo del nivel de excavación para asegurar su fijación y estabilidad.
  • Empujes activos: Presiones horizontales mínimas que ejerce el terreno sobre una estructura de contención cuando este se deforma alejándose de la estructura (descompresión horizontal).
  • Empujes pasivos: Presiones horizontales máximas que ejerce el terreno sobre una estructura de contención cuando este se deforma empujando hacia el terreno (compresión horizontal).
  • Empuje al reposo: Presión horizontal que ejerce el terreno cuando no hay deformación lateral de la estructura de contención.
  • Muretes-guía: Estructuras temporales previas a la excavación de bataches, que dirigen la herramienta de excavación, aseguran la verticalidad de los paneles y sirven de soporte.
  • Batache: Segmento o panel individual que conforma el muro pantalla continuo, excavado y posteriormente hormigonado.
  • Cuchara al cable/hidráulica: Herramientas de excavación utilizadas para la formación de los bataches en medios convencionales.
  • Hidrofresa: Máquina de excavación especializada para bataches, usada en terrenos muy duros, cuando se requiere verticalidad estricta o a grandes profundidades.
  • Lodos tixotrópicos (bentoníticos): Suspensiones de arcilla (bentonita) en agua, utilizadas para sostener las paredes de la excavación mediante la formación de un «cake» y presión hidrostática, además de lubricar la herramienta. Son fluidos no newtonianos.
  • Lodos poliméricos: Soluciones de polímeros en agua que sustituyen o complementan a los lodos bentoníticos, formando un «cake» interno y uniendo partículas del terreno por tracción iónica. Son biodegradables.
  • Cake: Película impermeable que se forma en las paredes de la excavación de un muro pantalla debido a la filtración del lodo bentonítico, esencial para el sostenimiento por presión hidrostática.
  • Yield point (esfuerzo umbral): Esfuerzo mínimo necesario para que un fluido tixotrópico comience a fluir; por debajo de él, el lodo se comporta como un sólido.
  • Floculación: Proceso por el cual las partículas de lodo se agrupan, perdiendo su estabilidad y funcionalidad, generalmente por contaminación.
  • Tubería tremie: Tubería utilizada para el hormigonado sumergido de los muros pantalla, asegurando que el hormigón se deposite por debajo de la superficie del lodo sin contaminarse.
  • Junta (en pantallas): Dispositivo o técnica utilizada para asegurar la continuidad y estanqueidad entre bataches adyacentes (circular, trapezoidal, tricilíndrica o Stein).
  • Desarenado: Proceso de separación de arena de los lodos bentoníticos, realizado con hidrociclones, necesario para evitar la decantación de arena en el hormigón.
  • Pantalla en voladizo: Muro pantalla que se introduce en el terreno a una profundidad suficiente para que se fije como un elemento estructural en voladizo, aprovechando la resistencia pasiva.
  • Pantalla anclada: Muro pantalla cuya estabilidad se confía a la resistencia pasiva de la parte enterrada y al apoyo de uno o varios niveles de anclajes, usado en excavaciones profundas.
  • Pantalla de soporte libre (articulada): Pantalla anclada con una profundidad de empotramiento pequeña, que permite movimientos significativos en su base y se comporta como una viga doblemente apoyada.
  • Pantalla de soporte fijo (empotrada): Pantalla anclada con una longitud de empotramiento suficiente para que el movimiento en su base sea insignificante, comportándose como una viga apoyada-empotrada.
  • Efecto arco: Fenómeno que ocurre en pantallas flexibles, donde las cargas se concentran en las zonas más rígidas (como anclajes o fondo de excavación) y hay una descarga en las zonas de mayor movimiento.
  • Sifonamiento: Fenómeno en excavaciones con nivel freático alto, donde la presión intersticial en el fondo iguala la presión total, anulando la tensión efectiva del terreno y causando inestabilidad.
  • Gradiente crítico: Valor del gradiente hidráulico a partir del cual se produce el sifonamiento del terreno.
  • Tubificación (entubamiento): Erosión interna del terreno causada por sifonamientos localizados, formando conductos en el suelo.
  • Pozos filtrantes: Sistema de drenaje que utiliza bombas lapicero dentro de pozos para abatir el nivel freático.
  • Sistema de agujas filtrantes (well-point): Drenaje basado en la hinca de minipozos alrededor de una excavación, utilizando bombas de vacío para aspirar aire y agua, adecuado para terrenos arenosos.
  • Anclaje: Elemento de sujeción que transmite cargas de una estructura al terreno, generalmente trabajando a tracción.
  • Bulbo de inyección (zona de anclaje): Parte del anclaje inyectado que se fija al terreno, donde se desarrolla la transferencia de carga.
  • Zona libre: Parte del anclaje (cables o torones) que se encuentra protegida y no está en contacto directo con el terreno, permitiendo el pretensado sin fricción.
  • Cabeza y placa de apoyo: Elementos del anclaje que lo fijan a la estructura y mediante cuñas inmovilizan los torones.
  • Método de Kranz: Método de cálculo para anclajes que evalúa la estabilidad global frente al deslizamiento de la cuña de terreno soportada por los anclajes.
  • Entibación: Conjunto de elementos (tablestacas, puntales, codales) que se utilizan para contener las paredes de una excavación, evitando su colapso.
  • Método berlinés: Tipo de entibación donde se hincan perfiles metálicos aislados antes de excavar, y luego se va entibando progresivamente con elementos de contención y puntales.
  • Levantamiento de fondo: Problema de inestabilidad característico de excavaciones entibadas en suelos arcillosos blandos, donde el fondo de la excavación asciende debido a la presión del terreno.

Referencias:

  • CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater lowering in construction. A practical guide to dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
  • INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1987). Manual de ingeniería de taludes. Serie: Guías y Manuales, n.º 3, Ministerio de Educación y Ciencia, Madrid, 456 pp.
  • POWERS, J.P.; CORWIN, A.B.; SCHMALL, P.C.; KAECK, W.E. (2007). Construction dewatering and groundwater control: New methods and applications. Third Edition, John Wiley & Sons.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
  • YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0
  • YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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