Martillo SB 302 de Epiroc. https://www.interempresas.net/maquinaria-demolicion/Articulos/313719-Grandes-(-pequenas)-noticias-gama-tuneles-martillos-hidraulicos-cuerpo-monobloque.html
Tanto las excavadoras con cuchara frontal o las retroexcavadoras, junto con los martillos hidráulicos, se emplean profusamente en labores de saneo y desescombro en los procedimientos convencionales de excavación de túneles; sin embargo, llegan a constituir un procedimiento constructivo por sí mismo en los siguientes casos:
Excavadoras: se utilizan en rocas blandas, con resistencia a compresión inferior a 5 MPa, en general.
Martillos hidráulicos pesados: se montan sobre retroexcavadoras convencionales y llegan a incluir utensilios especiales, como brazos telescópicos, que facilitan el acceso a todas las partes del frente. Siempre se requiere la utilización de palas cargadoras para la retirada del escombro.
Los martillos hidráulicos realizan un ataque puntual en la que la energía se genera mediante motores eléctricos o diesel y se transmite a través de un circuito hidráulico a la herramienta “puntero” situada en el extremo articulado de la máquina. La roca se quebranta mediante la energía de impacto generada y el material rocoso excavado se desprende en forma de pequeños bloques o esquirlas. Estos martillos suelen emplearse en los siguientes casos:
Macizos rocosos de matriz dura fuertemente plegados o fracturados (RQD < 25-30).
Macizos rocosos con facturación media (RQD < 50) y matriz dura (resistencia a compresión < 100 MPa)
La excavación con estos medios es posible por encima de los condicionantes indicados, si bien el rendimiento es muy bajo; no obstante, circunstancias especiales llegan a requerir su empleo en macizos rocosos de calidad media a alta, como por ejemplo para reducir vibraciones. Así, varios túneles de la Autopista de las Flores, en San Remo (Italia), han sido construidos de esta forma para no afectar a los invernaderos de flores que se asientan en las laderas de los accidentes orográficos salvados por los túneles.
Os dejo varios vídeos sobre el tema. En este primero podemos ver una excavadora hidráulica HITACHI 460 con un martillo de 5 toneladas durante la excavación de un túnel.
En este otro, vemos cómo se utiliza una retroexcavadora en el túnel del Rañadoiro.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Métodos y equipos de excavación en túnel. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.835. Valencia.
Las cimbras autolanzables, también llamadas autocimbras o cimbras de avance, se utilizan para el hormigonado de tableros de puentes o viaductos vano a vano. Son capaces de trasladarse a lo largo del puente por sus propios medios (“cimbras-máquina”). En el caso de las cimbras autolanzables sobre tablero, se solucionan algunos problemas como los gálibos estrictos o la posibilidad de utilizar la cimbra como carril de rodadura de un pórtico grúa que lleve los materiales y medios auxiliares. Sin embargo es una estructura más pesada y compleja, de mayor coste y dificultad de montaje y maniobra, por lo que no es tan habitual su uso como en el caso de autocimbras bajo tablero.
A continuación os dejo un Polimedia explicativo sobre este medio auxiliar, que espero que os sea de interés.
Os dejo un vídeo sobre una cimbra autolanzable de una luz de 90 m.
Referencias:
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
Cuando no es posible el uso de grúas, se puede recurrir a los lanzadores de vigas, vigas de lanzamiento o cimbras autolanzables. Se trata de un procedimiento excepcional debido a su compleja puesta en obra y a su baja productividad. Se emplean si el ritmo de llegada de las vigas a obra es pequeño, por ejemplo un par de vigas al día. Las vigas de lanzamiento requieren personal especializado en su manejo y montaje debido a que los movimientos son complejos y los esfuerzos generados pueden comprometer la estabilidad del conjunto. Estos problemas se complican cuando la rasante vertical del puente presenta acuerdos de radios menores a 12000 m, en cuyo caso la viga se apoya en tres puntos, con sus consiguientes esfuerzos hiperestáticos.
Lanzador de vanos completos. http://www.weiku.com
Las vigas de lanzamiento cubren luces entre 35 y 75 m, con pesos entre 600 kN y 4500 kN y pendientes máximas para el lanzamiento del 5%. Constan de dos vigas reticuladas unidas en sus extremidades sobre las que rueda el tren de los cabrestantes, compuesto por dos carros para elevar la viga a lanzar y un tercero para el desplazamiento longitudinal de la viga y el armazón. Las vigas prefabricadas se transportan desde el acopio al lanzador mediante carros elefante. Téngase en cuenta que los carros pueden moverse a velocidades de 5 km/h mientras que el lanzador solo alcanza los 3 m/minuto.
Os paso a continuación una pequeña presentación que he preparado para explicar este procedimiento constructivo de puentes. También os paso algún vídeo más al respecto que espero os resulten interesantes.
Esta semana tuvimos una esplendida conferencia sobre construcción de túneles realizada por ASEMAQ en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia. Esta conferencia se incluye dentro de los actos conmemorativos del 50 aniversario de la Escuela.
El estado del Arte en la construcción de túneles y labores mineras fue recogido en el siglo XVI por el alemán Georg Bauer, conocido como Georgius Agrícola, en su obra De Re Metálica #túnelespic.twitter.com/MLxxQFh5jb
Entre 1869 y 1887 Barlow y Greathead patentaron la primera #tuneladora que utilizaba aire comprimido para estabilizar el frente en la semisección superior y al parecer propuso transportar los productos excavados hidráulicamente transformándolos previamente en lodos pic.twitter.com/u7CfYS3JJ7
En el año 1.883 el coronel Beamont construyó una máquina que excavó bajo el Canal de la Mancha 1.939 m con un rendimiento medio de 400 m al mes. pic.twitter.com/f9BSsjx08B
Puente de Alcántara, puente romano en arco construido entre 104 y 106, que cruza el río Tajo en la localidad cacereña de Alcántara.
Resulta gratificante tener la oportunidad de conversar tranquilamente en un medio de comunicación como es Radio Nacional de España sobre ciencia, tecnología e ingeniería. El otro día me entrevistaron en el programa “24 horas“, presentado por Miguel Ángel Domínguez sobre la construcción romana, el hormigón y otros aspectos relacionados con la ingeniería civil y la inteligencia artificial. Se trata de un programa que dedica un espacio los miércoles a la tertulia científica y es, para la ingeniería, una oportunidad para acercar la técnica al gran público, facilitando la labor tan importante de divulgación científica.
Hablamos sobre las razones por las cuales las construcciones romanas han llegado hasta nuestros días, de la calidad de los hormigones romanos, del impacto medioambiental de la fabricación del cemento Portland, de la tecnología actual de la construcción y de la aplicación de la inteligencia artificial en el diseño automático y óptimo de puentes. Aunque la entrevista se quedó muy corta y nos dejamos en el tintero muchas cosas, os paso el post para que lo escuchéis en cualquier momento. También tenéis otras entrevistas anteriores relacionadas con el puente Hong Kong-Zhuhai-Macao, o con el Golden Gate. Espero que os sean de interés.
Reconstrución de un Polyspastos romano en Bonn, Alemania.
En una entrada anterior tuvimos la ocasión de repasar brevemente algunos aspectos de la ingeniería romana, como fue la construcción de calzadas o puentes. Como podréis comprobar, el tema da para varias enciclopedias y el objetivo aquí es simplemente dar un par de pinceladas para despertar la curiosidad sobre aspectos históricos de la ingeniería. Además, en internet existen multitud de enlaces que permiten ampliar el tema considerablemente.
Podríamos empezar por la ingeniería municipal. Las ciudades del imperio romano disponían de sistemas de drenaje y suministro de agua, calefacción, baños públicos, calles pavimentadas, mercados de carne y pescado y otras infraestructuras municipales comparables a las actuales. La aplicación de la ingeniería en las artes militares y en los problemas de navegación, adecuación de puertos y bahías implicó, como en los otros casos, el uso de máquinas, materiales y procesos, que hablan del grado de desarrollo de la ingeniería romana, de la cual quedó constancia escrita en muchos tratados escritos en aquel tiempo y entre los cuales descuellan los trabajos de Marco Vitruvio. Su libro De Archítectura, lo escribió durante primer siglo d.C., donde incluyó el concocimiento del momento sobre materiales y métodos de construcción, hidráulica, mediciones, diseño y planificación urbana. Otra innovación en el ámbito urbano fue la invención del alumbrado público en la ciudad de Antioquía, aproximadamente hacia el año 3~0 d.C. Una innovación interesante de esa época fue la reinvención de la calefacción doméstica central indirecta, que se había usado cerca de 1200 a.C., en Beycesultan, Turquía. Lo extraño es que, tras la caída del Imperio Romano, este tipo de calefacción no se volviera a utilizar.
Restos de los acueductos Aqua Claudia y Anio Novus, integrados como portones de la Muralla Aureliana en el año 271.
Los romanos también fueron buenos ingenieros hidráulicos. En comparación con los anteriores, sus acueductos eran mayores y más numerosos. Casi todo lo que se sabe actualmente del sistema romano de distribución de aguas proviene del libro “De Aquis Urb’is Romae” de Sexto Julio Frontino, quien fue autor del Aquarum de Roma, de 97 a 104 a.C. Frontino llevaba registros de la utilización del agua, que indican que el emperador usaba el 17%, el 39% se usaba en forma privada, y el 44% en forma pública. Se calcula que en Roma diariamente se consumían entre 380 y 1 100 millones de litros de agua. La fracción del 44% para uso público estaba subdividida adicionalmente en un 3% para los cuarteles, el 24% para los edificios públicos, incluidos once baños públicos, un 4% para los teatros, y un 13% para las fuentes. Había 856 baños privados a la fecha del informe. En todo caso, la administración del agua en Roma era una tarea considerable e importante. Gran parte del agua que supuestamente debería entrar a la ciudad jamás lo hizo, debido a las derivaciones que tenían escondidas los usuarios privados.
Para resolver el problema de la toma de agua para las ciudades, los romanos construyeron acueductos siguiendo en esencia el mismo diseño, que usaba arcos semicirculares de piedra montados sobre una hilera de pilares. Cuando un acueducto cruzaba una cañada, con frecuencia requería niveles múltiples de arcos. Uno de los mejor conservados de la actualidad es el Pont du Gard en Nimes, Francia, que tiene tres niveles. El nivel inferior también tenía una carretera. Los romanos usaron tubería de plomo y luego comenzaron a sospechar que no eran salubres. Sin embargo, el envenenamiento por plomo no se diagnosticó específicamente, sino hasta que Benjamín Franklin escribió una carta en 1768 relativa a su uso.
Las técnicas utilizadas en la edificación por los romanos eran muy depuradas empleando, ya en aquellos tiempos, en sus edificios públicos el hormigón y el ladrillo, construyendo grandes bóvedas, como la del Panteón de Roma de 44 m de luz, realizada en el siglo II a.C. e impresionantes acueductos. Estas técnicas no fueron superadas en Europa hasta cerca del 1800. Uno de los grandes triunfos de la construcción pública durante este periodo fue el Coliseo, que fue el mayor lugar de reunión pública hasta la construcción del Yale Bowl en 1914.
El Coliseo de Roma
En el campo de las cimentaciones de los edificios, una de las innovaciones reseñables son sus plataformas de hormigón en masa, donde la capacidad hidráulica del cemento puzolánico permitió la colocación de las plataformas de cimentación incluso bajo el agua. En algunos casos, la utilización de estas cimentaciones continuas de gran espesor (losa de cimentación), supuso una solución eficaz en suelos pobres, con riesgo de asientos diferenciales. Así, por ejemplo, El Coliseo se alza sobre el antiguo lago del palacio de Nerón, sobre un anillo macizo de 12 m de profundidad y 170 m de diámetro, compuesto de hormigón y de grandes bloques de piedra. De forma similar, el Panteón descansa sobre un anillo sólido de 4,5 m de profundidad y más de 7 m de anchura.
El Panteón de Agripa o Panteón de Roma.
La ingeniería civil romana, y sobre todo la rama que se dedicó a las obras marítimas, experimentó un gran avance cuando descubrió la forma de fabricar morteros y hormigones hidráulicos. Vitruvio comentaba las condiciones para la construcción de distintas obras marítimas. Por ejemplo, en el caso de un dique vertical de hormigón en masa establecía que era necesaria la existencia de una playa apropiada, calidad de los fondos aceptable, posibilidad de utilizar en obra el cemento puzolánico y solicitaciones de oleaje de pequeña entidad. El procedimiento constructivo comenzaba construyendo un recinto tablestacado mediante la hinca de maderas de roble. Posteriormente, se procedía a sanear sus capas superficiales dragando, al mismo tiempo que se realizaba el perfilado de la cimentación. Las dragas eran manuales, iguales a las que se han utilizado hasta principios del siglo XIX. Posteriormente, se hormigonaba bajo el agua, llenando el recinto de conglomerado hidráulico. Se desencofraba retirando las tablestacas y se procedía a un nuevo avance repitiendo los pasos descritos. Se finalizaba la obra coronando el dique con un cabecero realizado mediante muros perimetrales de ladrillo o sillería. El hueco entre ellos se rellenaba de “todo uno” y sobre este material disgregado, se construía la calzada. Se desarrollaron grúas y barcazas que se utilizaron intensivamente en la construcción. Otro de los procedimientos constructivos a destacar es la de los cajones flotantes celulares herméticos, precursor de los diques monolíticos actuales. También hicieron uso de diques con baja cota de coronación (como en Cesarea Marítima, Israel en el 20 a.C.) para reducir la energía del oleaje antes de alcanzar el dique principal. El mayor complejo portuario artificial fue el Puerto Imperial de Roma, diseñado por Trajano, con una dársena hexagonal y un tráfico de trigo con Egipto y Francia de 300,000 t anuales.
Por supuesto, nos dejamos para otros posts, otros aspectos que irán surgiendo sobre la ingeniería y la arquitectura romanas.
Os dejo un vídeo explicativo de la construcción de los muros en este periodo.
Referencias:
ADAM, J.P. (2002). La construcción romana. Materiales y técnicas. Editorial de los Oficios, 2ª edición, León.
FERNÁNDEZ, M. (2001). Ingeniería militar e ingeniería civil, dos ingenierías íntimamente vinculadas. Revista de Obras Públicas, 3.413: 47-57.
FERNÁNDEZ CASADO, C. (1983). Ingeniería hidráulica romana. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid.
YEPES, V. (2009). Breve historia de la ingeniería civil y sus procedimientos. Universidad Politécnica de Valencia.
Las grúas son máquinas que realizan movimientos de giro o traslación, con aparejos auxiliares formados por ganchos o cables que facilitan la elevación de las cargas. La maniobra para ajustar grandes cargas con tolerancias mínimas requiere de experiencia y técnica, sin las cuales, la instalación por ejemplo de grandes vigas prefabricadas sería realmente difícil.
En primer lugar os dejo un vídeo donde ocurre un grave incidente en la colocación de una viga artesa.
Grúas Rigar nos ofrece un vídeo interesante donde se puede ver cómo se eleva, correctamente, una viga artesa de 120 toneladas. Espero que os guste.
Referencias:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2017). Máquinas, cables y grúas empleados en la construcción. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 210 pp.
Vista del extremo de bancada de tesado. Cortesía: ANDECE.
Los elementos de hormigón pretensado son productos habituales de las plantas de prefabricados. Para poder realizar el tesado de las armaduras activas, se utilizan bancadas de tesado. Estos elementos permiten anclar los cables en los extremos de la pista, donde se encuentra una solera de hormigón que servirá de base al molde. Estas bancadas suelen ser largas, de 100 a 150 m, pues a mayor distancia entre los elementos de anclaje, mayor economía, siempre y cuando no se contrarreste el momento flector a que se le somete.
Las bancadas son estructuras metálicas realizadas con chapas de resistencia suficiente para soportar la tracción de las armaduras. Además, presentan unas cimentaciones muy grandes capaces de estabilizar las fuerzas de pretensado que se apliquen. En otras ocasiones, el propio molde presenta los elementos de anclaje en sus extremos, sirviendo la bancada como fondo de molde. En este caso el molde es autorresistente y se puede mover a otro lugar de la planta.
Extremo de la bancada de tesado. Cortesía: ANDECE.
Se pueden fabricar distintos tipos de piezas en una misma bancada, siempre que no se sobrepase el límite de la fuerza de pretensado capaz de soportar la bancada. La cantidad de cables colocados definirá la magnitud de la fuerza de pretensado aplicada.
Para comprobar que la relación fuerza de pretensado/altura de actuación de los cables se mantiene dentro de los márgenes de seguridad exigibles, las bancadas disponen de una placa visible con un gráfico donde se establecerá los valores máximos. A mayor altura de la resultante de la acción de los cables, menor será la fuerza total admisible.
Extendedora del cable de pretensado en la bancada. Fuente: www.resimart.com
Los moldes se comercializan y las bancadas se dimensionan para una fuerza máxima nominal determinada. Esto se corresponde con la fuerza y excentricidad de cables correspondientes al canto máximo que se pueda fabricar. Si la excentricidad es menor, se podría aplicar una fuerza de pretensado superior a la nominal.
A continuación os dejo algunos vídeos donde podemos ver cómo son algunas instalaciones de prefabricados. En este primer vídeo podemos ver cómo se fabrican viguetas pretensadas Tensyland (Prensoland).
Aquí vemos el mismo proceso de fabricación de viguetas, en este caso de la empresa VELOSA.
En este otro vídeo también vemos el proceso de fabricación de viguetas de hormigón pretensado.
En este artículo me gustaría incidir en el tema de la instalación de fibra óptica. La fibra óptica es un medio de transmisión, empleado habitualmente en redes de datos y telecomunicaciones, consiste en un hilo muy fino de material transparente, vidrio o materiales plásticos, por el que se envían pulsos de luz que representan los datos a transmitir.
Sin embargo, la perforación horizontal dirigida se está convirtiendo en una alternativa real y económica frente a los métodos tradicionales de aperturas de zanjas. A continuación os dejo el ejemplo de máquinas que utilizan esta tecnología. El vídeo que presento es de la empresa Ditch Witch. En este caso, la máquina puede realizar trabajos de instalación de tubos o fibra óptica en tramos de 300 a 400 m, presenta una fuerza de tiro de 26,7 toneladas y puede perforar incluso roca.
Las vigas artesa prefabricadas constituyen elementos de sección en forma de U abierta con alas hacia el exterior de la viga. Este tipo de estructuras supuso un salto tecnológico en la prefabricación de los años 80 del siglo XX. Conforman una sección celular cerrada, situada entre la sección en cajón y la doble T. Se emplean para luces de pilas entre 25 y 45 m con vanos simplemente apoyados, llegando hasta los 60 m con vanos en cantilever. Lo habitual es disponer un par de piezas en sección transversal, con separaciones entre 5,5 y 6,5 m, con anchos de tablero entre 11,0 y 14,0 m. Son habituales los cantos de 1/20 de la luz, con cantos típicos entre 0,80 y 2,60 m. También es una sección muy adecuada para tableros de puentes de AVE, con un ancho de tablero de 14,0 m.
La maniobra de colocación de este tipo de vigas requiere grúas de gran capacidad de carga y una perfecta coordinación para su puesta en obra. En el vídeo que os presento se puede ver el izado e instalación de una viga artesa típica. Hay que tener en cuenta que los pesos de estas piezas pueden llegar a más de 2300 kP/m, lo que supone izados del orden de 100 toneladas. En estos casos queda perfectamente justificada la optimización en coste y en peso de las piezas.
Referencias:
PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2018). An optimization-LCA of a prestressed concrete precast bridge.Sustainability, 10(3):685. (link)
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2013). Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing.Engineering Structures, 48:342-352. DOI:10.1016/j.engstruct.2012.09.014. ISSN: 0141-0296.(link)
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; LUZ, A. (2014). Diseño automático de tableros óptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos meméticos híbridos.Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 30(3), 145-154.DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rimni.2013.04.010. (link)
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement.Journal of Structural Engineering ASCE, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058
MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy.Journal of Cleaner Production, 120:231-240. (link)
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm.Automation in Construction, 49:123-134. DOI: 10.1016/j.autcon.2014.10.013 (link)
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. (link)
