maquinaria archivos - Página 2 de 49 - El blog de Víctor Yepes

Transporte hidráulico de pulpas: fundamentos y práctica

El transporte hidráulico de pulpas es un tema esencial en ingeniería de procesos y de minas. La operación de mover sólidos suspendidos en agua mediante tuberías y bombas no solo conecta las diferentes etapas de un proceso, como la molienda, la clasificación, la flotación o la disposición de relaves, sino que también influye en gran medida en los costes de operación, la eficiencia energética y la vida útil de los equipos. Por tanto, es fundamental que los estudiantes de Ingeniería comprendan sus principios y métodos de diseño.

En este artículo se presentan de manera ordenada los conceptos principales: qué es una pulpa, cómo se clasifican, qué tipos de bombas se emplean, cómo se estiman las pérdidas y la altura dinámica total, qué significa la velocidad crítica para evitar la sedimentación, cómo se analiza la cavitación y, por último, cómo se selecciona la bomba adecuada. No obstante, se aconseja un estudio más profundo del tema, atendiendo a las referencias.

1. La pulpa: naturaleza y propiedades

Una pulpa es una mezcla de agua y partículas sólidas en suspensión. Esta definición simple oculta una gran variedad de comportamientos. La forma en que la pulpa fluye depende de varios factores:

Concentración de sólidos: se mide en peso o volumen. A bajas concentraciones, la mezcla se comporta parecido al agua. A concentraciones altas, la viscosidad aumenta y pueden aparecer comportamientos no newtonianos (el fluido ya no responde de manera lineal al esfuerzo aplicado).
Tamaño de partícula: si la mayoría de las partículas son muy finas (menores a 75 micras), la pulpa tiende a ser homogénea, sin sedimentación marcada. Si predominan partículas gruesas, la pulpa es heterogénea, con riesgo de deposición.
Densidad de las partículas: minerales como la magnetita o la galena, con densidades altas, hacen que la pulpa sea más pesada y requiera mayor energía para su transporte.
Forma de las partículas: las partículas angulosas o irregulares causan más desgaste que las esféricas.
Viscosidad del líquido portador: en la mayoría de los casos es agua, pero a veces se emplean soluciones que alteran la viscosidad.

Estas propiedades son críticas porque determinan tanto la potencia que necesitará la bomba como la durabilidad de los componentes.

2. Bombas para pulpas: tipos y características

El transporte de pulpas se realiza en la gran mayoría de casos con bombas centrífugas, adaptadas a condiciones abrasivas y, a veces, corrosivas. Existen distintos tipos:

Bombas horizontales centrífugas: las más comunes en minería y procesos. Permiten gran variedad de caudales y alturas.
Bombas verticales: incluyen las de tanque y las de sumidero. Se usan cuando el nivel de pulpa varía mucho o cuando es conveniente sumergir parte de la bomba.
Bombas sumergibles: cada vez más empleadas en aplicaciones de drenaje de pulpas.
Bombas de desplazamiento positivo: útiles cuando se manejan pulpas muy viscosas o cuando se requiere caudal casi constante independientemente de la presión.

https://www.mogroup.com/es/informacion/e-books/manual-de-bombas–para-pulpa/

Un aspecto importante de las bombas de pulpa es su construcción robusta: impulsores anchos, ejes más gruesos, rodamientos de gran capacidad y, sobre todo, sistemas de sellado capaces de resistir condiciones adversas. Los sistemas de sellado pueden ser dinámicos (aprovechan la propia presión de la pulpa), mecánicos (son caros, pero muy seguros) o de empaquetadura (son los más comunes y requieren mantenimiento frecuente).

3. Materiales de construcción y desgaste

El desgaste es el enemigo número uno de las bombas de pulpa. Cada partícula de mineral en movimiento actúa como un proyectil microscópico que impacta contra las superficies internas de la bomba. Por ello, los materiales deben escogerse con cuidado.

Elastómeros (como goma natural o poliuretanos): absorben impactos y funcionan bien con partículas finas o blandas.
Metales endurecidos: hierro alto en cromo o aceros especiales resisten abrasión cortante, como la producida por partículas de cuarzo.
Cerámicos: extremadamente duros y duraderos, pero frágiles y costosos, usados en condiciones extremas.

La selección no es trivial, ya que depende del tamaño y la forma de las partículas, su concentración, la corrosión química del medio y la temperatura. Elegir bien el material puede duplicar o triplicar la vida útil de la bomba.

4. Altura dinámica total y pérdidas en el sistema

Para que una bomba funcione adecuadamente, debe entregar una altura dinámica total (TDH) que cubra:

Altura estática: diferencia de nivel entre el depósito de aspiración y el de descarga.
Pérdidas por fricción en la tubería: dependen de la longitud, el diámetro, la rugosidad y la velocidad del flujo.
Pérdidas en accesorios: codos, válvulas, reducciones.
Energía cinética: asociada a la velocidad del flujo en salida y entrada.

En el caso del agua, las pérdidas por fricción pueden calcularse mediante fórmulas empíricas o a través de la relación de Darcy-Weisbach, que tiene en cuenta la velocidad, el diámetro y un coeficiente de fricción que se obtiene del diagrama de Moody. En pulpas, sin embargo, estas correlaciones deben corregirse, ya que los sólidos aumentan la resistencia al flujo. Existen diagramas experimentales, como los de Warman, que ayudan a calcular los factores de corrección.

5. Velocidad crítica y sedimentación

Uno de los problemas más graves del transporte de pulpas es la sedimentación. Si la velocidad del flujo desciende por debajo de un valor crítico, las partículas comienzan a depositarse en el fondo de la tubería, lo que puede provocar obstrucciones o un desgaste desigual.

Este valor crítico, conocido como velocidad de Durand, depende de tres factores principales: el tamaño característico de las partículas, la densidad relativa del sólido respecto al agua, y el diámetro de la tubería. En pocas palabras:

Cuanto más grandes y densas son las partículas, mayor debe ser la velocidad.
Cuanto mayor es el diámetro de la tubería, menor es la velocidad necesaria para mantener las partículas en suspensión.

Mantener la velocidad por encima de este límite garantiza un flujo homogéneo y minimiza el riesgo de sedimentación.

6. Cavitación y NPSH

La cavitación es otro fenómeno que puede poner en peligro la operación segura. Ocurre cuando la presión de entrada de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del líquido. En ese momento, se forman burbujas que, al colapsar dentro del impulsor, generan ondas de choque que dañan el material, producen ruido y reducen la eficiencia.

Para evitarlo, se calcula la altura positiva neta de aspiración disponible (NPSHa), que debe ser siempre mayor que la NPSH requerida (NPSHr) por la bomba. En términos prácticos:

El sistema debe garantizar suficiente presión en la succión de la bomba.
Se recomienda dejar un margen de seguridad adicional (entre 0,5 y 1 metro, o entre 10% y 35% según las guías de diseño).

Determinación del máximo caudal aspirable desde el punto de vista de la cavitación

7. Selección de la bomba

El procedimiento para elegir una bomba de pulpas sigue varios pasos:

Definir caudal y condiciones de operación.
Calcular la TDH real para la pulpa, incluyendo pérdidas.
Convertir la TDH de pulpa a su equivalente en agua, usando factores de corrección.
Consultar curvas de fabricante (Q–H–Eficiencia) y ubicar el punto de operación.
Comprobar potencia requerida, eficiencia, NPSH y velocidad de rotación.
Verificar materiales y opciones de sellado según la abrasividad y corrosión del medio.

Hoy en día, programas de cálculo como Pipe-Flo, AFT Fathom o WinCAPS ayudan a realizar estas estimaciones de manera más ágil, permitiendo simular condiciones de operación variables.

8. Consejos prácticos de operación

Mantener velocidades mínimas de 2–3 m/s en descarga y no menos de 1–2 m/s en aspiración (ajustadas según la naturaleza de la pulpa).
Usar tuberías lo más rectas posibles y minimizar codos bruscos.
Monitorear continuamente el desgaste de revestimientos e impulsores.
Planificar un stock de repuestos críticos: el tiempo de parada por una bomba fuera de servicio puede ser muy costoso.
Vigilar el NPSH disponible en condiciones de nivel mínimo en el depósito de succión.

9. Reflexión final

El transporte hidráulico de pulpas es un campo en el que confluyen la mecánica de fluidos, la ciencia de materiales y el diseño de equipos. Para los estudiantes de ingeniería, dominar estos fundamentos no solo es esencial para aprobar una asignatura, sino también para resolver problemas reales en los sectores de la minería, la metalurgia, la química e incluso en algunas industrias ambientales.

La clave es comprender que detrás de cada fórmula hay un concepto físico claro: mantener las partículas en suspensión, reducir las pérdidas de energía, evitar la cavitación y prolongar la vida útil de los equipos.

Referencias:

Abulnaga, B. E. (2002). Slurry Systems Handbook. McGraw-Hill.
ANEFA. (2020). Manual de áridos: Parámetros hidráulicos y de bombeo. Asociación Nacional de Empresarios Fabricantes de Áridos.
Bouso, J. L. (1993). Manual de bombeo de pulpas. ERAL, Equipos y Procesos S.A.
Bouso, J. L. (1998). El hidrociclón… Lo que siempre quiso saber y no encontró en los libros. Americas Mining.
Grzina, A., Roudnev, A., & Burgess, K. E. (2002). Weir slurry pumping manual (1.ª ed.). Weir International.
Martínez-Pagán, P. (2025). Transporte hidráulico: Bombeo de pulpas. Apuntes del 3er curso GIRME ingeniería minera. Universidad Politécnica de Cartagena.
Metso Outotec. (2020). Slurry pump handbook (8.ª ed.). Metso Minerals (Sala) AB. Recuperado de http://www.metso.com/pumps
Volk, M. (2013). Pump characteristics and applications (3.ª ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b15559
Warman, L. (2000). Warman slurry pumping handbook. Warman International.
Yepes, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción: Problemas resueltos (Colección Académica, Ref. 376). Editorial Universitat Politècnica de València. https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_376-7-1

Os dejo algunos vídeos, que pueden ser de interés:

Este artículo, también puede interesar:

Pincha aquí para descargar

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

Rotopalas: maquinaria de excavación continua para grandes producciones

Las rotopalas, conocidas en inglés como Bucket Wheel Excavators (BWE), son máquinas de producción continua que integran las funciones de arranque, carga y transporte del material sin interrupciones. Están especialmente diseñadas para excavar materiales de fácil manipulación, como arenas, gravas, margas, arcillas o lignito. Su funcionamiento continuo las hace ideales para explotaciones mineras a cielo abierto, donde se requiere una alta eficiencia operativa en procesos prolongados y repetitivos.

El origen de estas imponentes máquinas se remonta a 1881, en Estados Unidos, cuando se construyó el primer equipo accionado por vapor. Sin embargo, no fue hasta 1916 en Alemania cuando se produjo su verdadero desarrollo industrial, al aplicarse en la explotación de lignito pardo. A partir de la década de 1950, las rotopalas experimentaron una notable evolución técnica, con modelos de mayor capacidad que respondían a las crecientes necesidades de producción. En la actualidad, estas máquinas pueden mover volúmenes superiores a los 254 000 m³ de material, lo que da una idea de su gran capacidad. En comparación, los Bucket Chain Excavators (BCE), aunque útiles en ciertas aplicaciones, apenas superan los 14 000 m³ y se emplean principalmente para retirar recubrimientos.

El diseño de las rotopalas se clasifica según la relación entre la longitud del brazo del rodete (L) y el diámetro del rodete (D). De este modo, se distinguen los modelos compactos (L/D = 2), semicompactos (L/D = 3) y convencionales (L/D = 4). Las compactas presentan varias ventajas significativas: una inversión inicial un 20 % inferior a la de las convencionales, menor peso, mayor estabilidad y tiempos de entrega más reducidos. Sin embargo, su diseño, limitado a dos orugas, restringe su tamaño máximo a 1600 toneladas, lo que implica una capacidad máxima de producción de 7500 m³/h y un brazo más corto que reduce su alcance operativo. Esta clasificación está normalizada por la norma DIN 22266, que define un sistema de denominación mediante letras que representan distintas características del equipo, como, por ejemplo, el tipo de tren de rodaje o la capacidad de los cangilones.

Figura 2. Rotopala semicompacta. Cortesía SKW

Una rotopala está formada por múltiples sistemas clave que permiten su funcionamiento. El tren de rodaje puede montarse sobre vías o, lo que es más habitual en minería a cielo abierto, sobre orugas. La configuración de estas últimas (dos, tres, cuatro, tres dobles o seis dobles) depende del peso de la máquina y de la capacidad portante del terreno. Cada oruga incorpora un bastidor, una rueda motriz o guía elevada, rodillos de sustentación y zapatas. La corona de giro permite orientar el brazo del rodete, cuya longitud influye directamente en la altura máxima de excavación, la anchura del bloque que se va a extraer y la selectividad del corte. El rodete es el elemento encargado de arrancar el material y su diseño depende de las propiedades geomecánicas del macizo rocoso, la resistencia del material y la producción horaria deseada. Su diámetro oscila entre 2,5 y 22 metros, y su capacidad productiva está entre 200 y 19 000 m³/h. Además, cada tonelada adicional en el peso del rodete implica una carga extra de 400 toneladas sobre la estructura de la máquina.

Existen varios tipos de rodete. El tipo celular, muy habitual en los parques de homogeneización, emplea una placa de caída con forma de arco que crea una célula para conducir el material hacia la cinta lateral. El tipo no celular se caracteriza por tener cangilones insertados en un espacio anular, con un cierre radial que permite aumentar la capacidad del cangilón en un 50 %. Por último, el tipo semicircular tiene un cierre inferior con planos inclinados llamados semicelulares y una vertedera fija. Los cangilones pueden tener un respaldo cerrado, que es ideal para materiales adhesivos como las arcillas duras (tipo «caparazón de tortuga»), o un respaldo de cadenas, que es más adecuado para materiales blandos, húmedos o pegajosos. Los elementos de corte, como dientes, cuchillas u orejetas angulares, son determinantes para la eficiencia de la excavación y deben ser fácilmente sustituibles, resistentes a la abrasión y al impacto. En materiales duros, pueden incorporarse precortadores que fragmentan previamente el material, aunque esto puede generar sobrecargas y vibraciones no deseadas.

Figura 3. Bucket Wheel Excavator. Cortesía FAM-BEUMER GROUP.

El sistema de izado permite posicionar el rodete a la altura de operación deseada y realizar descensos o ascensos rápidos mediante cilindros hidráulicos o cables de acero. Por otro lado, la descarga del material excavado se realiza mediante sistemas como puentes de conexión, brazos de descarga o cintas transportadoras, lo que otorga gran flexibilidad al sistema.

El dimensionamiento de una rotopala debe tener en cuenta múltiples factores técnicos. El diámetro del rodete se selecciona en función de la capacidad nominal requerida y de las propiedades del material, procurando elegir el diámetro más pequeño posible que cumpla los objetivos de producción, ya que un rodete de mayor tamaño incrementa el peso y complica la estática de la máquina. La capacidad nominal (Q) distingue entre la producción teórica o de diseño (Q_t) y la producción real, que se ve afectada por factores como el grado de llenado de los cangilones y las paradas por mantenimiento o averías. La producción teórica se calcula mediante la fórmula Q_t = Q_a / (F · horas/día · días/año), donde F es un factor de campo que incluye la eficiencia y las constantes operativas. La producción de material suelto se determina aplicando el esponjamiento del material, que normalmente se sitúa entre 1,3 y 1,6, o mediante la fórmula Q_ts = I * s * 60, donde I es la capacidad del cazo y s el número de descargas por minuto.

El tipo de material que se va a excavar influye en la velocidad de corte, el número de cangilones, el diámetro del rodete y la inclinación del brazo. La velocidad de corte (V_c) se calcula como V_c = ω · D / 2 y suele estar entre 2 y 3,5 m/s, debiendo mantenerse por encima de la velocidad crítica (V_cri = 2,22 · D). El número de cangilones (Z) depende del material: las rocas blandas requieren pocos cangilones grandes, mientras que las rocas duras exigen muchos cangilones pequeños. Como estimación, se puede considerar Z = 4D. La frecuencia de descarga (s) se obtiene mediante la fórmula s = (V_c · Z) / (π · D) · 60, y la capacidad de los cangilones (V) mediante V = (Q_ts · 60) / (s · 1,25). Las potencias necesarias para la excavación, la aceleración, la elevación y el sistema completo deben calcularse en función de la producción deseada, el tipo de material y el diseño mecánico del equipo.

Durante la operación, el rodete gira mientras el brazo se mueve y el corte más eficiente se produce cuando el brazo está perpendicular al frente de trabajo (ángulo α = 0°). El avance puede realizarse en terrazas, donde el rodete desciende escalonadamente tras cada pasada, o en cortes descendentes, bajando con cada inversión del giro del brazo. Existen diversas variantes operativas, como la excavación en bloque lleno, la más común en la actualidad gracias a la movilidad sobre orugas, la excavación en frente largo, en la que la máquina avanza en paralelo al frente, y la excavación en bloque lateral, que es una adaptación del sistema anterior. También es posible excavar por debajo del nivel de las orugas, lo que permite trabajar con bancos de mayor altura con respecto a la posición del tren de rodaje.

Figura 4. Variantes de excavación de la rotopala. Fuente: Manual de arranque, carga y transporte en minería a cielo abierto (1995)

Entre las múltiples ventajas de las rotopalas, destacan su capacidad de excavación continua, su bajo consumo energético (hasta un 70 % menos que los sistemas de cables), la ausencia de impactos durante la carga, su gran radio de vertido y la posibilidad de operar tanto por encima como por debajo del nivel del terreno. Además, pueden trabajar en bancos de distintas alturas, generar taludes estables, entregar material fácilmente transportable por cinta y permitir una gran selectividad en la excavación. También pueden diseñarse para ejercer una baja presión sobre el terreno, lo que resulta clave en zonas con baja capacidad portante.

Sin embargo, no todo son ventajas. Las rotopalas requieren un mantenimiento complejo y frecuente, no son flexibles ante cambios en la geometría o tectónica del yacimiento y no sirven para excavar materiales compactos o muy abrasivos. Además, su rendimiento global depende de la disponibilidad de todos los elementos en serie que componen el sistema, lo que introduce una fuerte interdependencia operativa. Por último, su adquisición e instalación suponen una inversión inicial muy elevada, lo que limita su adopción a proyectos a gran escala y a largo plazo.

En resumen, las rotopalas son una solución de ingeniería impresionante para grandes operaciones mineras, ya que combinan eficiencia, potencia y continuidad operativa. No obstante, no son la herramienta adecuada para todos los contextos y, en las condiciones apropiadas, su rendimiento y productividad son difíciles de igualar.

Os dejo algunos vídeos que espero os interesen:

Referencias:

GÓMEZ DE LAS HERAS, J.; MANGLANO, S.; TOLEDO, J.; LÓPEZ-JIMENO, C.; LÓPEZ-JIMENO, E. (1995). Manual de arranque, carga y transporte en minería a cielo abierto. Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, 604 pp.

MARTÍNEZ-PAGÁN, P. (2025). Rotopalas. Apuntes 4º curso GIRME. Universidad Politécnica de Cartagena.

YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 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

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

Algunas preguntas sobre la gestión y el mantenimiento de la maquinaria empleada en la construcción

¿Cuáles son los objetivos principales del mantenimiento de la maquinaria y cómo se clasifica?

El mantenimiento de la maquinaria de construcción tiene como objetivos fundamentales maximizar su disponibilidad al mínimo coste, optimizar su rendimiento y garantizar unas condiciones óptimas de operatividad y seguridad. Esto se traduce en la reducción de costes debidos a paradas accidentales, minimizando las pérdidas de producción y los gastos propios del mantenimiento, así como en la limitación del deterioro de la maquinaria para evitar la disminución de la calidad del producto.

Las tareas de mantenimiento se clasifican en niveles según la importancia de la obra y sus misiones específicas. Por ejemplo, en una empresa constructora típica, el primer escalón (conductoras y conductores) se encarga del mantenimiento diario, semanal o quincenal (limpieza, repostaje, engrase y reparaciones de urgencia). El segundo escalón (equipos de obra) se encarga del mantenimiento mensual, trimestral o semestral, que incluye revisiones, ajustes ligeros y localización de averías. Los escalones superiores (el tercero y el cuarto, talleres móviles y fijos) se dedican a reparaciones más complejas, a la sustitución de piezas y a grandes reconstrucciones.

¿Qué tipos de políticas de mantenimiento existen y cuál es el más beneficioso a largo plazo?

No existe una clasificación rígida de los sistemas de mantenimiento y cada empresa debe elegir el más adecuado para cada máquina. Sin embargo, pueden clasificarse principalmente en:

Corrección por avería: Se permite que los equipos funcionen hasta que fallen, y luego se reparan lo antes posible. Aunque a corto plazo puede parecer económico, a medio y largo plazo puede generar costes elevados debido a la imposibilidad de programar las paradas y al riesgo de fallos graves, lo que disminuye la eficiencia del servicio. Solo se justifica en contadas ocasiones o cuando se trata de muchas máquinas iguales y hay capacidad de sobra.
Mantenimiento rutinario: Se establecen instrucciones generales para el mantenimiento de grupos homogéneos de máquinas, basado en la experiencia, para prevenir fallos. Es de bajo costo y puede resolver muchas averías antes de que ocurran.
Mantenimiento preventivo planificado: Se establecen ciclos de revisiones y sustituciones de componentes importantes según las instrucciones del fabricante y el uso de la máquina. Esto permite registrar averías y prever la vida útil de los elementos. Aunque es más costoso a corto plazo, resulta más ventajoso a medio y largo plazo, ya que permite programar los tiempos de inactividad y evitar fallos catastróficos, lo que aumenta la eficacia general. El objetivo es reparar antes de que se produzca una avería importante, lo que resulta más rápido y económico.

En resumen, el mantenimiento preventivo planificado es el más ventajoso a medio y largo plazo, ya que permite anticiparse a los problemas, reducir los costes y los tiempos de reparación, y aumentar la eficacia del servicio.

¿Cómo se distribuye el tiempo de permanencia de una máquina en obra y qué implicaciones tiene para los costos?

El tiempo que una máquina permanece en obra se divide en varias categorías, lo que afecta directamente el costo horario y la producción.

Tiempo de calendario laborable (fondo horario bruto): Horas reconocidas por la legislación laboral y la organización para trabajar.
Tiempo laborable real (fondo horario operacional): Horas de presencia efectiva de la máquina en obra, descontando circunstancias fortuitas como fenómenos atmosféricos, huelgas o catástrofes. Incluye horas extraordinarias.
Tiempo de máquina en disposición (fondo horario de explotación): Horas en las que la máquina está operativa y lista para trabajar, excluyendo paradas menores a 15 minutos.
Tiempo fuera de disposición: Horas en las que la máquina no está operativa, divididas en:
Mantenimiento: Tareas previsibles.
Averías: Reparaciones imprevisibles.
Parada por organización de obra: Tiempo de inactividad por causas ajenas a la máquina (falta de tajo, suministros, averías de otras máquinas, etc.).
Tiempo de trabajo útil: Horas netas donde la máquina produce, incluyendo trabajo productivo y trabajo no productivo o complementario.

Esta distribución temporal implica que el coste horario de una máquina varía en función de la referencia. Para el propietario, el coste se evalúa en relación con la hora de utilización, mientras que, en el caso de un alquiler, se refiere a la hora laborable real. Ampliar la jornada laboral para aumentar las horas útiles puede disminuir el coste horario fijo y acortar los plazos, pero hay que sopesarlo con inconvenientes como el aumento de costes por horas extra del operario, su fatiga y la dilución de responsabilidades si hay varios conductores, lo que puede incrementar las averías.

¿Cómo se calcula la fiabilidad de un equipo de construcción y cuáles son las fases de su vida útil según la «curva de la bañera»?

La fiabilidad se define como la probabilidad de que una unidad funcione correctamente en un intervalo de tiempo determinado sin interrupciones debidas a fallos de sus componentes, en condiciones establecidas. Está relacionada con el tiempo medio entre fallos (TMEF), que es la relación entre las horas de funcionamiento y el número de averías sufridas en ese período.

La «curva de la bañera» describe la evolución de la tasa de fallos de una máquina a lo largo del tiempo y se divide en tres fases:

Período de mortalidad infantil o fallos prematuros: Caracterizado por una alta tasa de fallos que disminuye rápidamente. Las causas suelen ser errores de diseño, fabricación o uso. Estos fallos ocurren en la fase de rodaje y, una vez resueltos, no suelen repetirse.
Período de tasa de fallos constante o vida útil: Los fallos aparecen de forma aleatoria y accidental, debidos a limitaciones de diseño, percances por uso o mal mantenimiento. Es el período ideal de utilización de la máquina.
Período de desgaste: La tasa de fallos aumenta con el tiempo debido a la vejez y el fin de la vida útil. En esta fase, se recomienda el reemplazo preventivo de componentes o incluso la renovación completa del equipo para evitar incidentes catastróficos.

Figura 2. Curva de fiabilidad de una máquina

Para alargar su vida útil, se puede aplicar el envejecimiento preventivo (funcionamiento preliminar para detectar fallos prematuros) y la sustitución preventiva (reemplazo de unidades al finalizar su vida útil para evitar fallos).

¿Cómo se modela la fiabilidad de una máquina y qué técnicas de prevención de fallos se utilizan en el diseño?

La fiabilidad de una máquina puede modelarse mediante la distribución exponencial cuando la tasa de fallos es constante durante el período de vida útil. Esto implica que la ocurrencia de un fallo es imprevisible e independiente de la vida útil del equipo. Una generalización de este modelo es la función de Weibull, que se utiliza cuando la tasa de fallos es variable y permite tener en cuenta las fases de fallos precoces y de envejecimiento.

En lo que respecta a las técnicas de prevención de fallos en el diseño de equipos, las empresas se centran en maximizar la fiabilidad del producto. Algunas metodologías clave son:

Despliegue de la Función de Calidad (QFD): Permite traducir los requisitos de calidad del cliente en características técnicas del producto, utilizando matrices para analizar necesidades, competencia y nichos de mercado.
Análisis Modal de Fallos y Efectos (AMFE): Una metodología estructurada para identificar y prevenir modos de fallo potenciales y sus causas en un producto o sistema.
Análisis del valor: Busca reducir el coste del producto sin eliminar las características esenciales demandadas por los clientes, identificando cambios que aumenten el valor sin un incremento desproporcionado del coste.

¿Cómo influyen las condiciones climáticas y otros imprevistos en la planificación del tiempo de trabajo en una obra de construcción?

Las condiciones climáticas y otros imprevistos son factores cruciales que influyen en el plazo de ejecución de una obra. La planificación del tiempo de trabajo disponible se basa en datos históricos del clima y en el calendario laboral.

El método de la Dirección General de Carreteras, por ejemplo, utiliza coeficientes de reducción aplicados al número de días laborables de cada mes para estimar los días efectivamente trabajados. Estos coeficientes tienen en cuenta:

Temperatura límite: Por debajo de la cual no se pueden ejecutar ciertas unidades de obra (ej., 10 ºC para riegos bituminosos, 5 ºC para mezclas bituminosas, 0 ºC para manipulación de materiales húmedos).
Precipitación límite diaria: Se definen valores como 1 mm/día para trabajos sensibles a lluvia ligera y 10 mm/día para la mayoría de los trabajos, donde una protección especial sería necesaria.

Los días utilizables netos de cada mes se calculan multiplicando los días laborables por los coeficientes reductores por climatología adversa y por los días no laborables, que dependen de festivos y convenios laborales. La reducción de días representa la probabilidad de que un día del mes sea favorable desde el punto de vista climático y laborable. Estos cálculos permiten elaborar un plan de obra lo más ajustado posible, minimizando las desviaciones de plazo, aunque la evolución del tiempo atmosférico es impredecible en la práctica.

¿Qué se entiende por «disponibilidad» de una máquina en obra y cómo se calcula?

La disponibilidad de una máquina se refiere a su estado operativo, es decir, al tiempo en el que se encuentra disponible. Se pueden distinguir dos tipos principales de disponibilidad:

Disponibilidad en obra o factor de disponibilidad: Se define como el cociente entre el tiempo en que una máquina se encuentra en estado operativo y el tiempo laborable real. En otras palabras, es la relación entre las horas brutas de disponibilidad y las horas que la máquina ha estado presente en la obra. Valores bajos de este factor pueden indicar una mala conservación, reparaciones lentas o falta de repuestos.
Disponibilidad intrínseca: Se define como el cociente entre el tiempo de utilización y el tiempo laborable real, sin tener en cuenta las paradas ajenas a la máquina por tiempo disponible no utilizado (mala organización de la obra, etc.). Estadísticamente, se define como la probabilidad de que una máquina funcione correctamente en un momento determinado o de que no presente averías irreparables en un tiempo máximo.

Las máquinas se clasifican en «principales» (se requiere alta disponibilidad, ya que su fallo paraliza la producción de un conjunto de máquinas) y «secundarias» o «de producción trabajando solas».

¿Cómo se calcula la disponibilidad de un conjunto de máquinas trabajando en cadena y en paralelo?

La disponibilidad de un sistema de máquinas varía significativamente en función de si trabajan en serie o en paralelo.

Máquinas trabajando en cadena (serie): Si n máquinas trabajan en cadena, y el fallo de una paraliza a las demás, la disponibilidad intrínseca del conjunto es el producto de las disponibilidades individuales. Esto significa que la disponibilidad general disminuye rápidamente al aumentar el número de máquinas en serie. Si se admiten acopios intermedios suficientemente grandes, la disponibilidad del equipo sería el mínimo de las disponibilidades individuales, lo que amplía la disponibilidad respecto a no tener acopios.
Máquinas trabajando en paralelo: Si n máquinas iguales trabajan en paralelo y la inoperatividad de una no detiene completamente el proceso (ya que otras pueden seguir trabajando), la probabilidad de que x máquinas se encuentren en disposición sigue una distribución binomial. En este caso, la disponibilidad del conjunto aumenta al tener más unidades en paralelo, ya que el sistema puede continuar operando incluso si algunas máquinas fallan.

En un caso general de máquinas principales en paralelo y auxiliares en paralelo que luego trabajan en serie, la disponibilidad del conjunto se calcula combinando las fórmulas de disponibilidad en serie y en paralelo.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

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.

Curso:

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

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

Normativas de seguridad y prevención de riesgos laborales en logística y transporte

Imagen generada por IA. Seguro que encontráis problemas de seguridad.

Las actividades de logística y transporte requieren el cumplimiento de normativas específicas para garantizar la seguridad de las personas involucradas en estos procesos. La legislación y los estándares internacionales establecen requisitos para minimizar riesgos y mejorar las condiciones laborales en este sector, lo que resulta esencial para garantizar la continuidad operativa y la protección del personal. En el contexto de las empresas de transporte y logística, estas normativas no solo buscan prevenir accidentes, sino también optimizar la eficiencia de los procesos mediante la implementación de medidas de seguridad adecuadas.

Legislación sobre prevención de riesgos laborales

La Ley 31/1995 de Prevención de Riesgos Laborales (LPRL) constituye el marco normativo español en materia de seguridad y salud en el trabajo. Su propósito es prevenir incidentes mediante la identificación y control de los peligros presentes en los entornos laborales. Esta legislación reconoce el derecho de las personas trabajadoras a desempeñar sus funciones en condiciones seguras y establece la obligación de las empresas de adoptar medidas preventivas. También regula la consulta y participación del personal en la adopción de decisiones relacionadas con la seguridad y la prevención de riesgos laborales.

Las empresas del sector logístico y del transporte deben integrar la prevención de riesgos laborales en su estructura organizativa. Esto implica evaluar riesgos específicos, como la manipulación de cargas pesadas, la exposición a productos peligrosos, el uso de maquinaria especializada y la conducción de vehículos de gran tonelaje. La LPRL exige que los planes de prevención se adapten a la naturaleza de las operaciones de cada empresa y garanticen que cada área de trabajo cuente con las medidas de seguridad apropiadas. Además, obliga a que el personal reciba formación periódica para que puedan identificar y evitar riesgos.

Normas internacionales de gestión de seguridad y salud laboral

La norma ISO 45001 ha reemplazado a la OHSAS 18001 como el estándar de referencia para la gestión de la seguridad y salud en el trabajo. Su aplicación permite a las organizaciones establecer un sistema que no solo cumpla con la legislación vigente, sino que también optimice la prevención de riesgos mediante un enfoque estructurado. La ISO 45001 fomenta la identificación y reducción de peligros, así como la participación activa del personal en la gestión de la seguridad.

En empresas logísticas, la aplicación de la ISO 45001 implica la implementación de medidas concretas como la evaluación de riesgos ergonómicos en almacenes, el establecimiento de protocolos de carga y descarga seguros y la gestión de emergencias ante posibles incendios o derrames de sustancias peligrosas. También exige la realización de inspecciones periódicas de vehículos y equipos de transporte para detectar fallos mecánicos que puedan comprometer la seguridad del personal.

A diferencia de su predecesora, esta norma adopta un enfoque proactivo, haciendo hincapié en la eliminación de peligros antes de que se generen incidentes. Además, su estructura facilita la integración con otros sistemas de gestión, como los de calidad y medio ambiente, y proporciona una visión global de la seguridad en la empresa.

Seguridad vial en el transporte

Para reducir los incidentes en carretera, la norma ISO 39001 establece criterios específicos para la gestión de la seguridad vial en las organizaciones. Su aplicación es especialmente relevante para empresas de transporte de mercancías y pasajeros, operadores logísticos y cualquier entidad cuya actividad dependa del desplazamiento de personas o bienes.

Las empresas de transporte que implementan la ISO 39001 pueden establecer controles sobre los tiempos de conducción y descanso, garantizando que el personal conductor no sobrepase las horas de trabajo recomendadas. Además, esta norma fomenta la formación en conducción segura y la adopción de tecnologías que ayuden a minimizar el riesgo de accidentes, como sistemas de supervisión en tiempo real, mantenimiento predictivo de vehículos y análisis de rutas seguras.

Los operadores logísticos también deben aplicar esta normativa en la gestión de flotas, estableciendo programas de mantenimiento preventivo y procedimientos de actuación en caso de incidentes viales. La combinación de estas medidas contribuye a reducir las tasas de siniestralidad y a mejorar la eficiencia operativa del sector.

Responsabilidades empresariales y derechos del personal

La legislación en materia de prevención de riesgos laborales impone a las empresas la responsabilidad de garantizar un entorno seguro. Esto implica proporcionar equipos de protección, señalizar adecuadamente los espacios de trabajo y supervisar el cumplimiento de las normativas. También se exige la realización de reconocimientos médicos periódicos, siempre con el consentimiento del personal, y la impartición de formación obligatoria en prevención de riesgos.

En el ámbito del transporte y la logística, las empresas deben proporcionar formación específica para cada puesto, de modo que el personal que opera maquinaria pesada, trabaja en muelles de carga o conduce vehículos de larga distancia conozca los riesgos asociados y las medidas de seguridad correspondientes.

Por su parte, las personas trabajadoras tienen la obligación de utilizar correctamente los medios de protección, informar sobre situaciones de riesgo y contribuir al cumplimiento de las medidas de seguridad. En el caso de los trabajadores del transporte de mercancías, es fundamental que sigan los protocolos establecidos para la correcta manipulación de cargas y la distribución equitativa del peso en los vehículos, con el fin de evitar accidentes causados por una carga mal asegurada.

La falta de aplicación de estos principios puede derivar en sanciones administrativas, responsabilidades civiles e incluso penales para la empresa en casos de incumplimiento grave. Las empresas que no garanticen la seguridad de su personal pueden enfrentarse a multas económicas, a la suspensión de sus operaciones o, en los casos más graves, penas de prisión para sus responsables.

Conclusión

El cumplimiento de las normativas de seguridad y prevención de riesgos en logística y transporte no solo protege a quienes trabajan en el sector, sino que también mejora la eficiencia operativa y reduce los costos derivados de incidentes laborales. La aplicación de la LPRL y de estándares internacionales como ISO 45001 e ISO 39001 permite a las empresas gestionar la seguridad de manera estructurada y efectiva. Una adecuada implementación de estas normativas es esencial para garantizar entornos laborales seguros y minimizar los riesgos asociados a las actividades logísticas y de transporte. Además, una gestión eficaz de la seguridad fortalece la imagen de la empresa y contribuye a la sostenibilidad de sus operaciones en el largo plazo.

Os dejo una presentación de clase sobre este tema. Forma parte de una asignatura denominada «Sostenibilidad, calidad y seguridad», del segundo curso del Grado en Gestión del Transporte y Logística de la Universitat Politècnica de València. También os dejo un mapa mental de dicha presentación.

Pincha aquí para descargar

Estimación de la velocidad de barrido en la perforación rotativa con triconos

Tricono con insertos. https://www.talleresegovia.com

La perforación rotativa con triconos se ha tratado en artículos anteriores. Se trata de uno de los procedimientos más extendidos y consiste en equipos grandes capaces de ejercer empujes elevados sobre la boca. En este artículo se explicará un procedimiento para calcular la velocidad de barrido.

El aire comprimido enfría y lubrica los cojinetes del tricono, limpia el fondo del barreno y eleva el detrito a la velocidad adecuada para el ascenso.

El aire circula desde el compresor hasta el mástil mediante un tubo y una manguera flexible protegida, pasando por la cabeza de rotación. A continuación, entra en la barra de perforación y llega a la boca, donde sale entre los conos, arrastrando los detritos y llevándolos a la superficie.

Si los fragmentos son grandes y el caudal de aire es insuficiente, vuelven al fondo y se remueven hasta alcanzar el tamaño adecuado. Esto genera un consumo innecesario de energía, una menor velocidad de penetración y un mayor desgaste de la boca. Por otro lado, una velocidad ascensional excesiva incrementa el desgaste del centralizador y de las barras de perforación.

A continuación se ofrece un nomograma original elaborado por el profesor Pedro Martínez Pagán para estimar la velocidad de barrido de perforación de un equipo rotary (Instituto Tecnológico Geominero de España, 1994).

Esta expresión incorpora la corrección por altura geográfica que hay que hacerle al caudal que proporciona un compresor por la pérdida que sufre:

Referencias:

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
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

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

Estimación de la velocidad de penetración en la perforación rotativa con triconos

https://construproductos.com/producto/perforadora-rotativa-md6290-CDf5f

La perforación rotativa con triconos es uno de los procedimientos más extendidos, y está constituido por grandes equipos capaces de ejercer elevados empujes sobre la boca. Esto se debe a que las unidades que trabajan con trépanos son más sencillas de diseño y de menor envergadura. Las perforadoras rotativas están formadas esencialmente por una fuente de energía, como una batería de barras o tubos individuales o conectados en serie, que transmite el peso de la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno que actúan sobre la roca.

En este tipo de perforación, la velocidad de penetración depende de muchos factores externos, como las características geológicas, las propiedades físicas de las rocas, la distribución de tensiones y la estructura interna. Por este motivo, determinar la velocidad de penetración durante el desarrollo de un proyecto es una tarea difícil para el ingeniero proyectista, pero necesaria, ya que la decisión que se tome va a incidir decisivamente en el resto de las operaciones.

Las fórmulas empíricas para estimar la velocidad de penetración son muy sencillas y se basan en ensayos de campo. En general, tienen en cuenta las siguientes variables: diámetro de la perforación, empuje sobre el tricono, velocidad de rotación y resistencia a compresión simple. La resistencia a compresión es la variable desconocida, cuyo valor se puede estimar fácilmente mediante un ensayo de laboratorio o de campo.

A continuación se ofrece un nomograma original elaborado por los profesores Pedro Martínez Pagán, Daniel Boulet y Trevor Blight para estimar el coeficiente de perforación de un equipo rotary basándose en la formulación empírica que dedujo Praillet en 1978. Esta fórmula es más fiable en todos los rangos de resistencias de las rocas y permite calcular el valor de la resistencia a compresión de la roca durante una operación en marcha.

Referencias:

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
PRAILLET, R. (1984), Consideraciones de un fabricante de máquinas de perforación. Canteras y Explotaciones
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
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

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

Cálculo de la carga circulante de un circuito cerrado de molienda

Figura 1. Circuito cerrado de molienda (Álvarez, 1996).

En la industria minera, se utilizan molinos de bolas en circuito cerrado cuando se busca liberar las especies minerales antes de concentrarlas. Este proceso tiene como objetivo minimizar la generación excesiva de partículas ultrafinas. Para ello, es fundamental contar con un instrumento de clasificación que se ajuste al tamaño de las partículas y a las condiciones específicas de la operación.

En los procesos en seco, se deben utilizar clasificadores neumáticos que permitan realizar cortes granulométricos adecuados al tamaño del producto final deseado. En contraste, en operaciones que manejan pulpa, el uso de hidrociclones es lo habitual, especialmente para cortes granulométricos inferiores a 75 micrómetros. Para partículas de mayor tamaño, se pueden emplear tanto hidrociclones como clasificadores mecánicos, dependiendo principalmente de la capacidad de molienda necesaria. Es importante señalar que los hidrociclones diseñados para cortes gruesos suelen tener una alta capacidad de tratamiento que puede exceder la capacidad de molienda disponible. Entre los clasificadores mecánicos más utilizados se encuentran el tipo Akins, que utiliza un tornillo sinfín, y el tipo Dorr, que emplea rastrillos.

La Figura 1 muestra un esquema de un circuito cerrado que incluye un molino de rebose y un clasificador en espiral o tornillo. Una forma de ajustar el tamaño de corte del clasificador es añadir agua. Este procedimiento modifica la viscosidad de la pulpa, lo que influye en la carga circulante y permite un control más preciso del proceso.

En este circuito cerrado, la nueva alimentación se introduce directamente en el molino. Sin embargo, existe una variante que se utiliza cuando la nueva alimentación ya contiene una gran cantidad de finos o cuando se desea minimizar completamente su producción. En este caso, la nueva alimentación se introduce directamente en el clasificador, como se ilustra en la Figura 2.

Figura 2. Circuito cerrado con alimentación al clasificador (Álvarez, 1996).

La Figura 3 muestra la variación típica de la capacidad de un molino a medida que aumenta la carga circulante en comparación con un circuito abierto. La carga circulante se expresa comúnmente como un porcentaje en peso del retorno del molino en relación con la nueva alimentación. Un valor del 250 % se considera normal en este contexto.

Figura 3. Variación de la capacidad con la carga circulante (Álvarez, 1996)

A continuación os dejo un nomograma elaborado por los profesores Pedro Martínez-Pagán, Jaime Sepúlveda y Daniel Boulet que permite el cálculo de la carga circulante. Espero que os sea de interés.

Referencias:

ÁLVAREZ, R. (1996). Trituración, molienda y clasificación. Ed. Fundación Gómez Pardo. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politécnica de Madrid.

LÓPEZ JIMENO, C.; LUACES, C. (eds.) (2020). Manual de Áridos para el Siglo XXI. Asociación Nacional de Empresarios Fabricantes de Áridos— ANEFA, Madrid, 1328 pp.

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia, 74 pp.

MARTÍNEZ PAGÁN, P. (2021). Ejercicios resueltos de plantas de tratamiento de recursos minerales. Universidad Politécnica de Cartagena, CRAI Biblioteca, Cartagena, 211 pp.

WILLS, B.A.; NAPIER-MUNN, T. (2006). Mineral Processing Technology. An Introduction to the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery. Elsevier Science & Technology Books, 7^th edition.

Microtúneles: Tecnología sin zanja para la construcción subterránea

Figura 1. Microtúnel.https://purewater-int.com/services/microtunneling/

La ingeniería civil ha desarrollado tecnologías avanzadas que permiten la instalación y el mantenimiento de infraestructuras subterráneas sin afectar significativamente a la superficie. Una de estas tecnologías, particularmente útil en áreas urbanas y entornos sensibles, es la de los microtúneles.

En este artículo, exploraremos los aspectos principales de los microtúneles, sus ventajas y limitaciones, los distintos tipos de escudos y los métodos de revestimiento, como el uso de dovelas y la hinca de tubería, que aseguran la estabilidad de los túneles.

1. ¿Qué son los microtúneles?

Los microtúneles son un tipo específico de tecnología sin zanja diseñada para instalar tuberías y conductos subterráneos a través de un proceso de perforación y revestimiento controlado, sin requerir excavaciones abiertas en la superficie. Estos túneles de pequeño diámetro suelen utilizarse para instalar colectores, redes de agua y sistemas de alcantarillado. A diferencia de otras técnicas de perforación, los microtúneles ofrecen mayor precisión y estabilidad estructural, ya que se utilizan tuneladoras y sistemas de guiado avanzados.

Ventajas de los microtúneles

Impacto mínimo en la superficie: Como no es necesario abrir zanjas, los microtúneles reducen las interrupciones en el tráfico y minimizan los daños en la infraestructura existente.
Menor impacto ambiental: Este método evita la remoción de grandes cantidades de tierra y reduce los desechos de la construcción, por lo que es una opción más ecológica.
Ideal para áreas de difícil acceso: Al requerir solo pozos de entrada y salida, los microtúneles son ideales para trabajos en áreas urbanas densamente pobladas o bajo infraestructuras ya existentes.

Limitaciones de los microtúneles

Costos iniciales elevados: La maquinaria y planificación requerida pueden aumentar los costos, especialmente en terrenos sencillos donde una excavación tradicional sería suficiente.
Necesidad de estudios geotécnicos detallados: Para asegurar el éxito del proyecto, es necesario un análisis exhaustivo del tipo de suelo, así como un diseño específico para el trazado y la maquinaria a emplear.

2. Maquinaria y equipos utilizados en la perforación de microtúneles

La construcción de microtúneles requiere diferentes tipos de escudos, que son dispositivos que protegen el frente de excavación y facilitan la extracción de material. El tipo de escudo elegido depende de las características del terreno y de las especificaciones del proyecto.

Tuneladoras de escudo abierto

Los escudos abiertos son los más básicos y se utilizan en terrenos cohesivos y por encima del nivel freático. Su diseño permite que el personal trabaje dentro del escudo y retire el material excavado mediante cintas transportadoras o vagonetas. Sin embargo, su principal limitación es que no pueden prevenir derrumbes, lo que los hace adecuados solo para suelos estables. Existen versiones que utilizan aire presurizado para estabilizar el entorno en algunas condiciones.

Tuneladoras de escudo cerrado

Las tuneladoras de escudo cerrado son las máquinas principales utilizadas en los microtúneles. Estos equipos están diseñados para evitar derrumbes y permiten un control preciso sobre la extracción del material excavado. Existen dos tipos principales de tuneladoras de escudo cerrado:

Tuneladora EPB (Earth Pressure Balance): Equilibra la presión en el frente usando el propio material excavado, lo cual es especialmente útil en terrenos arcillosos. Además, utiliza espumas y polímeros para estabilizar el suelo.
Tuneladora hidroescudo: Este tipo de tuneladora utiliza lodos para estabilizar el frente de excavación, lo que resulta especialmente útil en suelos arenosos o bajo el nivel freático.

Ambos tipos de escudos permiten extraer el material en seco o húmedo, asegurando una operación segura y eficiente en diversas condiciones geológicas.

Figura 2. Tuneladora EPB. https://www.gypsum.in/microtunneling/

3. Métodos de revestimiento en microtúneles

Un aspecto importante en la construcción de microtúneles es el revestimiento, que garantiza la estabilidad y durabilidad del túnel, especialmente en terrenos inestables. Existen dos métodos principales de revestimiento: el método de dovelas y el método de hinca de tubería.

Revestimiento con dovelas

Este método consiste en el uso de dovelas, secciones de anillo prefabricadas, que se ensamblan en el interior del túnel a medida que avanza la tuneladora. El procedimiento implica montar las dovelas dentro de la máquina y posteriormente inyectar mortero en el trasdós para garantizar la estabilidad del revestimiento y evitar filtraciones. Este método permite construir túneles con radios de curvatura pequeños, adaptándose a trazados complejos y de gran diámetro.

Revestimiento con hinca de tubería

El revestimiento con hinca de tubería es ideal para túneles de menor diámetro y consiste en empujar tramos de tubería prefabricada desde el pozo de ataque hasta el pozo de salida. Este proceso puede incorporar estaciones intermedias para longitudes extensas, y utiliza bentonita como lubricante para reducir la fricción durante la hinca. La principal ventaja de este método es que no requiere que el personal opere dentro de la tuneladora y facilita la alineación precisa gracias al sistema de guiado continuo.

Ambos métodos de revestimiento cumplen la función de asegurar la estabilidad y el sellado del túnel, aunque su selección dependerá de las características específicas del proyecto.

4. Planificación y ejecución de un proyecto de microtúnel

Para llevar a cabo un proyecto de microtúnel, es fundamental una planificación detallada que incluya:

Estudios geotécnicos: Analizar el tipo de suelo es esencial para definir el equipo y las técnicas de excavación adecuadas, especialmente en terrenos variables o inestables.
Selección de tuneladora y herramientas de corte: La tuneladora debe ser seleccionada en función de las condiciones del suelo, y equipada con herramientas de corte específicas.
Diseño del pozo de ataque: Los pozos de entrada y salida deben ser diseñados para facilitar el montaje y operación de la tuneladora.
Sistema de guiado: Un sistema de guiado, como un teodolito láser motorizado, asegura que la perforación siga el trazado previsto, evitando desviaciones que podrían afectar la estructura del túnel.

5. Caso de estudio: El colector de Valdemarín

Un ejemplo destacado de aplicación de los microtúneles es el proyecto del colector de Valdemarín, en el que se utilizó una tuneladora EPB con dovelas para construir un colector de aguas en un terreno arenoso y de alta abrasividad. El colector, con un diámetro nominal de 2760 mm, fue diseñado para superar el reto de excavar bajo un nivel freático considerable y con una geometría compleja, incluyendo curvas de pequeño radio. Gracias a la tecnología de microtúnel, fue posible instalar el colector, minimizando el impacto en el entorno urbano y controlando el proceso de excavación en un suelo particularmente desafiante.

Conclusión

Los microtúneles son una solución avanzada para la construcción subterránea, especialmente útil en entornos urbanos densos y ambientalmente sensibles. Con diversas opciones de escudos (abiertos y cerrados) y métodos de revestimiento, como las dovelas y la hinca de tuberías, esta tecnología proporciona flexibilidad y precisión en una amplia gama de condiciones geológicas. La implementación de microtúneles sigue siendo una herramienta clave para el desarrollo de infraestructuras subterráneas sostenibles, ya que minimiza el impacto en la superficie y optimiza el proceso constructivo.

Os dejo algunos vídeos para ilustrar esta técnica constructiva.

Referencias:

FRENCH SOCIETY FOR TRENCHLESS TECHNOLOGY (FSTT). Microtunneling and Horizontal Drilling: Recommendations. John Wiley & Sons, 2010.

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

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

Curso en línea de «Fabricación y puesta en obra del hormigón»

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso en línea sobre “Fabricación y puesta en obra del hormigón”.

El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-fabricacion-y-puesta-en-obra-del-hormigon/

Acerca de este curso

Este curso ofrece una visión completa sobre la fabricación y la puesta en obra del hormigón. No se requieren conocimientos previos específicos, ya que está diseñado para beneficiar a un amplio espectro de profesionales, tanto con experiencia como sin ella, así como a estudiantes de disciplinas relacionadas con la construcción, tanto en el ámbito universitario como en la formación profesional. El proceso de aprendizaje está estructurado de manera gradual, lo que permite a los participantes profundizar en los aspectos que más les interesen, apoyándose en material complementario y enlaces a recursos en línea, como vídeos y catálogos.

En este curso, adquirirás conocimientos fundamentales sobre la fabricación de hormigones y el uso de maquinaria relacionada, incluyendo centrales de hormigonado, transporte y bombeo de hormigón, cintas transportadoras, gunitado, colocación de hormigón bajo el agua y en condiciones de frío o calor, así como grandes vertidos, compactación por vibrado, hormigón al vacío, curado, juntas de construcción, hormigón precolocado y tipos de hormigón como el de fibra de vidrio, autocompactantes, compactados con rodillo y ligeros.

El enfoque principal del programa es comprender los principios que rigen la fabricación y la puesta en obra del hormigón, tanto prefabricado como ejecutado en obra, prestando atención a sus características más importantes y a los aspectos constructivos relevantes en ingeniería civil y edificación. El curso abarca un amplio espectro y profundiza en los fundamentos de la ingeniería de la construcción, además de destacar la importancia de fomentar el pensamiento crítico de los estudiantes, especialmente en relación con la selección de métodos, técnicas y maquinaria que se deben aplicar en situaciones concretas. Además, este curso trata de llenar el vacío que a menudo deja la bibliografía habitual y está diseñado para que los estudiantes puedan profundizar en los conocimientos adquiridos y adaptarlos a su experiencia previa o a sus objetivos personales y empresariales.

El contenido del curso se organiza en 50 lecciones, cada una de las cuales constituye una secuencia de aprendizaje completa. Además, se ofrece un amplio conjunto de problemas resueltos que complementan la teoría presentada en cada lección. Se estima que se necesitan entre dos y tres horas para completar cada lección, en función del interés del estudiante por profundizar en los temas mediante el material adicional proporcionado.

Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante se enfrenta a una serie de preguntas diseñadas para consolidar los conceptos fundamentales y fomentar la curiosidad sobre aspectos relacionados con el tema tratado. También se han diseñado tres unidades adicionales para reforzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, en los que se fomenta el pensamiento crítico y la capacidad para resolver problemas reales. Finalmente, al concluir el curso, se llevará a cabo un conjunto de preguntas tipo test con el objetivo de evaluar el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está diseñado para una dedicación total de 75 horas por parte del estudiante. Se busca mantener un ritmo moderado, con una dedicación semanal de aproximadamente 10 a 15 horas, en función del nivel de profundidad que cada estudiante desee alcanzar. La duración total del curso es de seis semanas de aprendizaje.

Lo que aprenderás

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

Comprender la utilidad y las limitaciones de la maquinaria empleada en la fabricación del hormigón, tanto prefabricado como elaborado en obra
Evaluar y seleccionar los procedimientos constructivos para la colocación del hormigón, atendiendo a criterios económicos y técnicos
Conocer las buenas prácticas y los aspectos de seguridad implicados en el transporte, vertido, compactación y curado del hormigón
Analizar las características específicas en la fabricación y colocación de hormigones especiales como los autocompactantes, ligeros, con fibras, precolocados, compactados con rodillo y otros.

Programa del curso

Lección 1. Fabricación de hormigones
Lección 2. Homogeneidad en la fabricación del hormigón
Lección 3. Amasado del hormigón
Lección 4. Amasadoras de hormigón
Lección 5. Centrales de fabricación de hormigón
Lección 6. Hormigoneras
Lección 7. Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón
Lección 8. Almacenamiento de áridos
Lección 9. Corrección de humedad de los áridos
Lección 10. Transporte del cemento
Lección 11. Silos fijos de cemento
Lección 12. Cemento para hormigones resistentes a sulfatos en cimentaciones
Lección 13. Carretillas manuales o a motor para el transporte del hormigón
Lección 14. Hormigonado con cubilote
Lección 15. Transporte del hormigón mediante cintas transportadoras
Lección 16. Colocación del hormigón mediante bombeo
Lección 17. Torres distribuidoras de hormigón
Lección 18. Problemas de bombeo de hormigón
Lección 19. Hormigón proyectado: gunitado
Lección 20. Recomendaciones para el vertido de hormigón
Lección 21. Trompas de elefante para la colocación del hormigón
Lección 22. Hormigonado con tubería Tremie
Lección 23. Técnicas de colocación del hormigón bajo el agua
Lección 24. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo caluroso
Lección 25. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo frío
Lección 26. Hormigonado en condiciones de viento
Lección 27. Vertido y compactación de hormigón en soportes de sección reducida
Lección 28. Grandes vertidos de hormigón
Lección 29. Razones para compactar el hormigón
Lección 30. Compactación manual del hormigón: picado y apisonado
Lección 31. Compactación del hormigón por vibrado
Lección 32. Vibradores de aguja para compactar el hormigón
Lección 33. Vibradores externos para encofrados de hormigón
Lección 34. Mesa vibrante de hormigón
Lección 35. Compactación del hormigón con regla vibrante
Lección 36. Compactación del hormigón por centrifugación
Lección 37. Hormigón al vacío
Lección 38. Alisadoras rotativas o fratasadoras
Lección 39. Revibrado del hormigón
Lección 40. Agrietamiento plástico durante el fraguado del hormigón: Nomograma de Menzel
Lección 41. Necesidad y fases del curado del hormigón
Lección 42. Curado de pavimentos y otras losas de hormigón sobre tierra
Lección 43. Curado al vapor del hormigón e índice de madurez
Lección 44. Hormigón de limpieza en fondos de excavación
Lección 45. Las juntas de construcción en el hormigón
Lección 46. Hormigón precolocado: Prepakt y Colcrete
Lección 47. Hormigón reforzado con fibra de vidrio
Lección 48. Hormigón autocompactante
Lección 49. Hormigones compactados con rodillo
Lección 50. Hormigones ligeros
Supuesto práctico 1.
Supuesto práctico 2.
Supuesto práctico 3.
Batería de preguntas final

Conozca a los profesores

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social. Su experiencia profesional se ha desarrollado como jefe de obra en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 175 artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 350 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 17 tesis doctorales, con 10 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social, así como el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación, ambos otorgados por la Universitat Politècnica de València.

Lorena Yepes Bellver

Lorena Yepes Bellver es Profesora Asociada en el Departamento de Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de las Estructuras de la Universitat Politècnica de València. Es ingeniera civil, máster en ingeniería de caminos, canales y puertos y máster en ingeniería del hormigón. Ha trabajado en los últimos años en empresas constructoras y consultoras de ámbito internacional. Aparte de su dedicación docente e investigadora, actualmente se dedica a la consultoría en materia de ingeniería y formación.

Dosificación de los áridos en la fabricación del hormigón

La dosificación de los áridos es un proceso más complejo que la dosificación del cemento, pues debe considerarse el agua contenida en estos componentes. Esta agua puede estar presente en la superficie de los áridos, entre sus partículas e incluso en su interior, como ocurre con los áridos ligeros. Para lograr dosificaciones precisas, es fundamental mantener un conocimiento constante de las cantidades variables de agua. La dosificación de áridos puede realizarse de manera ponderal o volumétrica.

Dosificación por volumen

Un dosificador de áridos por volumen consta de una cinta transportadora, ubicada debajo de la tolva de almacenamiento, que se mueve a velocidad constante, y de un registro vertical que regula la altura del material extraído sobre la banda (Figuras 1 y 2). El volumen distribuido es proporcional al tiempo de descarga, el cual se controla mediante temporizadores.

Figura 1. Dosificador volumétrico de áridos

Este procedimiento no se ve afectado por la humedad de los materiales, lo que lo hace especialmente adecuado para áridos ligeros, cuya densidad puede variar significativamente según su contenido de agua. Sin embargo, el peso del material extraído puede verse influido por el grado de compactación del material sobre el dosificador, es decir, por la altura de carga en las tolvas de almacenamiento.

Figura 2. Detalle del dosificador volumétrico de áridos

La dosificación en volumen es más complicada que la en peso. En las instalaciones muy pequeñas, donde se realiza la dosificación directamente en el skip o en un dispositivo similar, los áridos deben verterse hasta alcanzar los niveles de referencia preestablecidos. Este procedimiento repetitivo no solo consume mucho tiempo, sino que también aumenta la probabilidad de errores.

Cuando la alimentación se realiza mediante una cinta transportadora, el control de los volúmenes transportados resulta más sencillo. Conociendo el ancho de la cinta, solo es necesario instalar un gálibo sobre ella, que debe operar a una velocidad constante. Conociendo esta velocidad, se puede determinar el tiempo de funcionamiento necesario para alimentar una amasada. Los dosificadores volumétricos se instalan generalmente justo debajo del silo o de la tolva. El material a dosificar se carga directamente en una pequeña cinta llamada extractora.

Este procedimiento presenta varias ventajas, como un bajo coste, una gran simplicidad, un bajo mantenimiento y un reducido espacio de ocupación. Sin embargo, también presenta inconvenientes, como la imprecisión causada por los esponjamientos variables de las arenas, la irregularidad en los caudales sobre la cinta y las posibles inconsistencias en la caída del material a través de las trampillas. Según los fabricantes, los errores de medida entre las cantidades programadas y las obtenidas son inferiores a ±2 %.

Dosificación por peso

La dosificación ponderal se ha convertido en el método preferido tanto para cementos como para áridos, gracias a su mayor precisión y facilidad de implementación frente a la dosificación volumétrica. Existen varias opciones para realizar este proceso cuando las tolvas están en línea. Se pueden utilizar básculas individuales que alimentan el material mediante una cinta transportadora (Figura 3) o básculas móviles que se trasladan entre diferentes tolvas (Figura 4). Otra alternativa es una báscula con cinta extractora que utiliza una única tolva pesadora, larga y estrecha, que se vacía al activar una cinta transportadora ubicada en el fondo (Figura 5). Para los compartimentos correspondientes, las compuertas de sector son las más comúnmente utilizadas y pueden accionarse de forma manual, eléctrica, neumática o hidráulica. En algunos casos, las compuertas se reemplazan por alimentadores electromagnéticos o por alimentadores de cinta transportadora.

Básculas independientes: Se trata de un pesaje simultáneo, en el que cada componente o árido dispone de su propia báscula y todas ellas descargan el material en una cinta transportadora que lo lleva al skip de la mezcladora. Este método proporciona alta precisión y alta productividad.

Figura 3. Básculas independientes bajo tolvas en línea

Báscula móvil: Se trata de un procedimiento más lento que el de las básculas independientes. La báscula se desplaza de una tolva a la siguiente. Se realiza un pesaje acumulativo o por adición, en el que los componentes se pesan secuencialmente en la misma báscula. Cuando la aguja del dial alcanza la cantidad requerida del primer árido, se cierra su compuerta y se abre la del siguiente, lo que permite ahorrar espacio y reducir los costes de instalación e inversión. Estos sistemas suelen ser menos precisos que las básculas independientes, especialmente cuando se pesa el cemento al final del proceso.

Figura 4. Báscula móvil bajo tolvas en línea

Báscula con cinta pesadora: También existen sistemas de pesaje continuo para áridos, como las cintas pesadoras, que actúan como medidores de caudal. Una cinta pesadora consta de una báscula que mide el peso de un elemento de la cinta (por ejemplo, la reacción de un rodillo), un indicador de esfera y un totalizador, generalmente digital. Este totalizador se acciona mediante un motor cuya tensión de alimentación depende de la velocidad de la cinta y de la carga indicada por el dispositivo de pesaje. Estos sistemas, también conocidos como básculas o rodillos integradores, permiten reducir la altura de las plantas de producción, aunque su precisión varía entre el 0,5 % y el 1 %. Este tipo de báscula permite una dosificación más rápida y es especialmente útil en instalaciones de prefabricados, donde se manejan diversos tipos de áridos, así como en centrales de dosificación para hormigoneras sobre camión.

Cuando las tolvas verticales descargan sobre una misma báscula, puede haber un sistema de pesaje aditivo, tal como se ha descrito con la báscula móvil y con sistemas de pesaje sustractivo. En este último caso, se llena la báscula y se determina el peso total; luego, se abre y se cierra la compuerta hasta que la aguja marque la diferencia deseada. Este método simplifica la instalación, ya que no requiere una tolva superior ni la dosificación mediante compuertas.

La báscula más aceptada es la de suspensión en cuatro puntos, que evita errores de peso causados por el desequilibrio de la carga en el recipiente. Aunque la báscula romana de cursor es económica y precisa, la balanza de resorte con índice se ha vuelto más común para áridos y cemento, ya que permite realizar múltiples pesadas aditivas y llevar a cabo un control adecuado en vacío, lo cual es especialmente importante en el caso del cemento. Además, algunos fabricantes utilizan básculas medidoras de presión, que miden el peso eléctricamente en lugar de recurrir a básculas mecánicas.

En las instalaciones con skip pesador, los áridos no se descargan en una tolva pesadora fija, sino que se descargan directamente en la cubeta del skip de la mezcladora. Este sistema se emplea principalmente para reducir la altura del equipo de pesaje y eliminar o minimizar la necesidad de una fosa en el muro de almacenamiento. El principal inconveniente es que no se puede comenzar a dosificar los áridos hasta que el skip esté apoyado en la báscula, lo que generalmente afecta al ciclo de la hormigonera y reduce el número de amasadas por hora, disminuyendo así la producción.

Os dejo un vídeo ilustrativo sobre este tema.

Referencias:

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

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

CALAVERA, J.et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

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

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

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

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València.

MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Exigencias básicas. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, Madrid, 750 pp.

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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