Son máquinas que transmiten su vibración mediante una bandeja accionada por el giro de masas excéntricas unidas a ella. Decaladas convenientemente las masas, se consigue una resultante de la fuerza centrífuga en el sentido de la marcha del operador. Las bandejas vibratorias con movimiento sólo de avance tienen una excéntrica situada en la parte delantera de la placa, mientras que las bandejas con movimiento en ambos sentidos, tienen dos. Las dos excéntricas permiten la regulación gradual de la velocidad. Son accionados por motores de gasolina o diésel, e incluso por motores eléctricos.
El motor y el manillar se montan sobre una placa separada, que está aislada de la bandeja vibratoria por muelles de acero o amortiguadores de goma. Tienen una longitud entre 0,50 y 1,00 m, con anchos entre 30 y 80 cm. Su velocidad varía entre 20 y 25 m/min. Se clasifican según su peso y frecuencia en:
Ligeros: alrededor de 100 kg, 100 Hz.
Medios: 500-1000 kg, 50 Hz.
Pesados: 1500-3000 kg, 20 Hz.
Las bandejas ligeras operan normalmente a altas frecuencias y bajas amplitudes. Son adecuadas para la compactación de arena y grava, cuando trabajan en capas delgadas (10-15 cm). Cuando se equipan con sistema de riego, también son útiles para el tratamiento de superficies asfálticas. Las bandejas vibratorias medio-pesadas (>400 kg) son efectivas sobre suelos semicohesivos -hasta 12-15% de finos- debido a su peso y sus mayores amplitudes. Evidentemente, no se aconsejan para trabajos de alto volumen. Suelen ser muy útiles en la compactación de rellenos de zanjas.
Se pueden acoplar varias placas a una máquina sobre neumáticos o sobre orugas constituyendo un compactador de multiplacas vibrantes.
Figura 2. Compactador de multiplacas vibrantes
Figura 3. Placa vibrante acoplada al brazo de una retroexcavadora. Imagen: V. Yepes
Os dejo algún vídeo para que veáis el funcionamiento de esta máquina.
Figura 1. Zanjadora. https://riusa.net/alquiler-de-zanjadoras-en-cantabria/
Las zanjas son excavaciones abiertas y asentadas en el terreno, accesibles a los operarios y realizadas con medios manuales o mecánicos. La excavación debe hacerse con sumo cuidado para que la alteración de las características mecánicas del suelo sea la mínima posible. Su anchura no suele ser mayor de 2 m ni su profundidad superior a 7 m, en cuyo caso se consideraría la excavación un vaciado.
La apertura de una zanja tiene dos fases: una de excavación y otra de entibación, pudiendo presentarse esta última o no en función de las características del terreno y del tiempo estimado en que la zanja estará abierta. Cuando la excavación de la zanja se realice por medios mecánicos, además, será necesario que el terreno admita un talud en corte vertical a esa profundidad y que la separación entre el tajo de la máquina y la entibación no sea mayor que, en ese punto, la profundidad de la zanja dividida por 2. Los productos de excavación de la zanja, aprovechables para su relleno posterior, podrán depositarse en caballeros situados a un solo lado de la zanja, a una separación mínima de 0,60 m respecto del borde de la misma. De emplearse entibación, distancias entre 0,50 y 0,90 m suelen ser suficientes para facilitar la circulación del personal de montaje y reducir la posibilidad de caída de piedras sobre la tubería.
Si bien las zanjas pueden abrirse manualmente, hoy en día la excavación se realiza con maquinaria, fundamentalmente con palas retroexcavadoras de tipo universal y zanjadoras, máquinas diseñadas exclusivamente para excavar zanjas (Figura 1). De algunos de estos tipos ya hemos hablado en entradas anteriores: zanjadora de brazo inclinable, zanjadora de ruedas de cangilones, incluso cortadora de disco con picas para zanjas estrechas. Estas máquinas proporcionan buenos rendimientos, siempre que se den las condiciones adecuadas. Así, las zanjadoras, cuyos rendimientos son realmente elevados, presentan el inconveniente de que, para su utilización, es preciso que el terreno sea adecuado, es decir, que sea tierra franca o terreno de tránsito y que no haya demasiados obstáculos. Las retroexcavadoras, aunque obtienen menores rendimientos que las zanjadoras, pueden utilizarse en terrenos más variados, lo que permite su empleo en la carga, descarga y colocación de los tubos y les permite superar mejor los obstáculos del terreno. En las ciudades, generalmente no se presentan los problemas anteriores, pero sí aparece el problema de la gran cantidad de conducciones en el subsuelo, correspondientes a distintos servicios. Ello implica excavar manualmente las zonas de cruce con la zanja y utilizar maquinaria en el resto de las zonas.
La anchura mínima del fondo de la zanja depende del espacio que requieren los operarios para colocar los tubos, por lo que se establece una anchura mínima de 0,60 m. En los puntos donde deba colocarse una junta, se realizan ensanchamientos de la zanja cuyas dimensiones dependen del tipo de junta y de la manipulación necesaria para su montaje. La norma UNE-EN 1610 indica el ancho mínimo de la zanja en función del diámetro nominal de la tubería y de la profundidad de la zanja.
La calidad del fondo de la zanja es fundamental para la conservación adecuada de las canalizaciones, puesto que la presencia en ella de zonas de distinta dureza hace que la tubería no quede en buenas condiciones de sustentación. Por lo anterior, es conveniente no efectuar nunca excavación de más, así como limpiar el fondo de piedras, realizando el refino final cuidadosamente. Por otra parte, si aparecen materiales de rigidez excesiva, como rocas o cimentaciones en desuso, se deberá excavar por debajo de la rasante y realizar un relleno posterior de unos 10-15 cm perfectamente compactado. Además, no se recomienda utilizar como relleno materiales con alto contenido de componentes orgánicos, ni instalar las tuberías en suelos orgánicos sin tomar precauciones especiales (como el empleo de geotextiles, etc.).
La profundidad de la zanja debe indicarse en el proyecto, pero en cualquier caso, y habida cuenta tanto del efecto de las cargas del tráfico como de las posibles heladas, la separación entre la generatriz superior del tubo y la superficie del terreno debe tener un valor mínimo de 0,60 m.
En general, se evitará la entrada de aguas superficiales a las excavaciones, achicándolas lo antes posible cuando se produzcan, y adoptando las soluciones previstas para el saneamiento de las profundas. Debe intentarse que la zanja esté abierta el menor tiempo posible para evitar los peligros de desprendimientos, inundaciones y meteorización del terreno, así como las posibles alteraciones que la tubería ya montada pueda sufrir debido a los agentes atmosféricos. Por ello, conviene establecer un programa de ejecución que coordine, por tramos de longitud adecuados, las fases de apertura de zanja, montaje y terraplén. Si fuera preciso mantener la zanja abierta durante algún tiempo, es conveniente, para evitar la meteorización, dejar por lo menos 0,20 m sin excavar, realizando esta excavación poco antes del montaje.
La estabilidad de las paredes de la zanja puede conseguirse dándoles el talud adecuado, pero en algunos casos en que esto no es posible, bien por el coste económico de la excavación, bien por la imposibilidad física de espacio, es preciso la entibación. Las zanjas son especialmente peligrosas para los operarios, por lo que, como regla general, no se debe excavar sin entibación una profundidad mayor de 1,20 m. Si se entiba, la zanja se realiza con paredes verticales, debiendo ser la entibación tanto más compleja cuanto mayor sea la inestabilidad del terreno. Hay que tener presente que existe una altura crítica de una excavación sin entibación. Se realizará la excavación por franjas horizontales de altura no mayor a la separación entre codales más 30 cm, que se entibará a medida que se excava. Además, en el diseño de la entibación debe considerarse la colocación y el montaje de la tubería. Por último, indicar que mientras se efectúe la consolidación definitiva de las paredes y el fondo de la excavación, se conservarán las contenciones, apuntalamientos y apeos realizados para la sujeción de las construcciones y/o terrenos adyacentes, así como de vallas y/o cerramientos.
Os dejo algunos vídeos sobre la excavación de zanjas. Espero que os sean de interés.
https://www.youtube.com/watch?v=sLWhMq6pBF0
Referencias:
AENOR (2000). UNE-EN 805.Abastecimiento de agua. Especificaciones para redes exteriores a los edificios y sus componentes.
AENOR (2016). UNE-EN 1610. Construcción y ensayos de desagües y redes de alcantarillado.
YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia, 158 pp.
YEPES, V. (2014). Equipos de compactación superficial. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 187. Valencia, 113 pp.
Figura. Fresado de firme envejecido. Imagen: Grupo Sorigué
Las fresadoras son máquinas que arrancan un determinado grueso del firme de una carretera. El equipo de trabajo dispone de piezas metálicas en revolución que levantan las partes defectuosas del pavimento sin tocar las que estén en buen estado. El corte se realiza mediante unas cuchillas o dientes situados en el tambor fresador. El material arrancado se carga directamente en un camión mediante una cinta transportadora. El material resultante puede ser reutilizado para la fabricación de nuevas mezclas asfálticas o como suelo seleccionado o adecuado en la misma obra. Si se efectúan una sola pasada que elimine el largo, ancho y espesor necesario, los tiempos de trabajo se reducen considerablemente reduciéndose el impacto en el tráfico.
El grupo fresador está formado por un rodillo al que se unen unos dientes o cuchillas que giran en sentido contrario al sentido de avance de la máquina. Estos dientes son de acero endurecido, reemplazables cuando se rompen o desgastan. La tracción de la máquina puede realizarse mediante orugas o con ruedas de goma macizas.
Os dejo algunos vídeos de cómo funciona esta máquina.
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.
Las operaciones necesarias para la ejecución con éxito de perforación con extracción de material son el troceo, la extracción del material propiamente dicha y la contención de las paredes. Estas operaciones se realizan en ocasiones de forma simultánea a la ejecución de la perforación.
La rotura o corte del terreno puede realizarse mediante varios procedimientos diferentes. Entre otros, destacan los siguientes:
Perforación mecánica: se deben aplicar tensiones sobre el material que superen su resistencia de corte. Este efecto puede realizarse por impacto (percusión), presión (empuje), fricción (rotación) o desgaste (barrido), o por efectos combinados de ellos.
Perforación térmica: realizada mediante soplete o lanza térmica, plasma, fluido caliente o congelación.
Perforación química: realizada mediante microvoladura o por disolución.
Perforación hidráulica: provocada por efecto de un chorro de agua a alta presión, por erosión o cavitación.
Otros tipos de perforación: eléctrica, sónica, nuclear, etc.
La eliminación del detritus puede ser discontinua, en el caso de interrupción de la perforación y la eliminación mecánica del detritus, o continua, empleando un fluido en circulación (aire, agua o lodos) que, a su vez, refrigera el útil de perforación y sostiene las paredes de la perforación. La extracción hidráulica presenta dos variantes, la circulación directa y la circulación inversa.
Cuando se utiliza un fluido para extraer el detritus, la circulación directa se refiere a que el fluido de perforación y el detritus se elevan hacia la superficie entre las paredes del sondeo y el varillaje. La circulación directa es el sistema más empleado en perforaciones relativamente cortas (menos de 50 m) y hasta ahora ha sido universal en los martillos neumáticos.
Figura 2.- Extracción del material en una perforación
En cambio, con la circulación inversa, el fluido y el material se eleva por el interior del varillaje. En este caso se mantiene inundada la perforación, siendo el ascenso del material por depresión o por inyección forzada. Se emplea también con martillos en fondo. Este método tiene interés en formaciones relativamente blandas poco permeables, con fisuración débil, poco abrasivas y de paredes estables (arcillas, algunas formaciones yesíferas y sales potásicas, por ejemplo). Es un método seguro, pero más caro, aunque mejora la limpieza del sondeo, recupera detritus de mayor tamaño y aumenta la velocidad de perforación. Normalmente se emplea un sistema de doble pared, es decir, dos tubos concéntricos: por la cámara exterior se inyecta el fluido y por la interior asciende.
Figura 3.- Esquema de instalación en circulación inversa
La perforación en suelos es más sencilla que en roca, pero en numerosas ocasiones se necesita un sostenimiento de las paredes del sondeo para evitar su derrumbe. El sostenimiento se puede realizar mediante fluidos como el agua (equilibrio hidrostático) o lodos (películas tixotrópicas) que sirven, además, para la eliminación del detritus; o bien mediante entubaciones, que pueden ser provisionales o definitivas.
El lodo es una mezcla de agua y bentonita sódica (a veces, sepiolita) tratada, a la que en ocasiones se añade arcilla y algún aditivo. Esta mezcla forma una lámina o “cake” que impermeabiliza el sondeo, de forma que si se mantiene llena de lodo la perforación, la presión en la cara interna de la pared supera a la existente en el exterior, lo que permite la estabilidad de la pared.
En sondeos y perforaciones helicoidales, el residuo de la perforación se extrae con la propia hélice.
Según la resistencia a compresión de las rocas y el diámetro de perforación, se pueden delimitar distintos métodos de perforación, según se refleja en la Figura 4. Sin embargo, en obras de construcción, lo habitual son los métodos rotopercutivos en la perforación de rocas, mientras que en minería a cielo abierto, también se utiliza la perforación rotativa.
Figura 4.- Campos de aplicación de los métodos de perforación en función de la resistencia de las rocas y diámetros de los barrenos (ITGE, 1994)
Referencias:
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Ed. IGME. Madrid, 500 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia.
Gobierno de la Ciudad Autónoma de Buenos Aires [CC BY 2.5 ar (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ar/deed.en)], via Wikimedia Commons
Va siendo ya habitual colaborar de vez en cuando con el periodista José Antonio García Muñoz, conocido como Ciudadano García, sobre temas de ingeniería. Como ya he comentado en alguna entrada anterior, la labor de divulgación de las ciencias, y en particular de la ingeniería, resulta una tarea agradable y enriquecedora. Hoy hemos hablado sobre tuneladoras.
Tener la oportunidad de comunicar aspectos de nuestra profesión a más de 300.000 oyentes supone todo un reto, más si lo que se busca es transmitir de forma sencilla y para todo el mundo, aspectos técnicos que, a veces, solo somos capaces de hacerlo con colegas o estudiantes. Insisto, todo un reto y una oportunidad que se agradece.
Os dejo a continuación el audio por si queréis escucharlo. Se grabó en directo, y suena tal cual se hizo. Espero que os guste.
La Asociación Ibérica de Tecnología Sin Zanja (IbSTT) ha recopilado en un libro, en el cual he participado como autor de un capítulo, de las técnicas sin zanja más actuales, guías de Perforación Dirigida, así como Manuales de rehabilitación de tuberías sin zanja y buenas prácticas y casos de éxito a lo largo de un recorrido por 587 páginas distribuidas en 12 capítulos, con más de 500 imágenes a color, recopilando el temario, capítulo por capítulo y módulo por módulo, del Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías SIN zanja que llevamos impartiendo desde 2015 anualmente. En formato muy manejable de 15 cm. x 21 cm y tapa blanda.
Se define como pavimento de hormigón en masa al constituido por un conjunto de losas de hormigón en masa separadas por juntas transversales, eventualmente dotado de juntas longitudinales; en el que el hormigón se pone en obra con una consistencia tal que requiere el empleo de vibradores internos para su compactación y maquinaria específica para su extensión y acabado superficial.
La ejecución del pavimento de hormigón incluye las siguientes operaciones:
Estudio y obtención de la fórmula de trabajo.
Preparación de la superficie de asiento.
Fabricación del hormigón.
Transporte del hormigón.
Colocación de elementos de guía y acondicionamiento de los caminos de rodadura para la pavimentadora y los equipos de acabado superficial.
Se está poniendo de moda el concepto «inteligente» para nombrar todo tipo de cosas. Por ejemplo, «smart buildings«, «smart cities«, «smart beach«, «smart tourism destination«, «smart food«, etc. Como siempre, cada vez que se empieza a hacer viral un concepto, al final se acaba por difuminar y perder el sentido original de lo que se quería decir. Este tipo de modas ya han pasado por conceptos tan importantes como «calidad», «sostenibilidad», «innovación», etc. Al final, aplicado a productos o servicios, se menoscaba el significado por culpa del marketing y con ello se quiere atraer al consumidor hacia lo «bueno», «guay», «saludable» o similares.
Espero que el término de «construcción inteligente» tenga algo más de recorrido y pueda suponer un punto de inflexión en nuestro sector. Este término presenta, como no podía ser de otra forma, numerosas interpretaciones y tantas más aplicaciones. Es un concepto que se asocia al diseño digital, a las tecnologías de la información y de la comunicación, la inteligencia artificial, al BIM, al Lean Construction, la prefabricación, los drones, la robotización y automatización, a la innovación y a la sostenibilidad, entre otros muchos conceptos.
Uno que me interesa mucho es la asociación con el de los nuevos métodos constructivos (término que incluye nuevos productos y nuevos procedimientos constructivos). Su objetivo es mejorar la eficiencia del negocio, la calidad, la satisfacción del cliente, el desempeño medioambiental, la sostenibilidad y la previsibilidad de los plazos de entrega. Por lo tanto, los métodos modernos de construcción son algo más que un enfoque particular en el producto. Involucran a la gente a buscar mejoras, a través de mejores procesos, en la entrega y ejecución de la construcción.
Sin embargo, y este es un punto crucial, para que se pueda hablar de verdad de “construcción inteligente”, no solo vamos a necesitar incorporar las nuevas tecnologías, sino que también va a ser necesario elaborar un sistema que permita la participación de todas las partes implicadas en el proceso proyecto-construcción, alimentando de información de calidad a este sistema de forma que soporte la toma de decisiones mediante la inteligencia artificial. El BIM puede ser un buen punto de partida para ello, pero se hace necesario integrar la inteligencia colectiva, de forma que, aunque se apoye el sistema de una rigurosa alimentación de datos en tiempo real, el decisor tome sus decisiones asumiendo la responsabilidad última de sus acciones.
Dejo abierto este tema por si alguno de mis estudiantes quieren realizar su Trabajo Fin de Máster, e incluso atreverse a la realización de una tesis doctoral sobre este tema.
Os voy a dejar algunos vídeos relacionados con el tema, algunos os gustarán más que otros, pero es una buena forma de acercarse al concepto de construcción inteligente.
La demolición de estructuras puede realizarse mediante equipos hidráulicos dotados de mandíbulas. Se trata de una buena alternativa a los explosivos o a los martillos hidráulicos, pues se reduce el ruido y las vibraciones. Existen de trituración y de pulverización.
A continuación os dejo un par de vídeos donde se muestra el funcionamiento de este tipo de máquinas. Espero que os gusten. Una vez los halláis visto, podréis contestar a las siguientes preguntas:
¿En cuánto tiempo se puede demoler un puente de paso superior de vigas?
¿En qué orden se debe demoler un puente?
A continuación podéis ver cómo se puede demoler un muro de hormigón mediante una pinza demoledora secundaria NPK G30, montada sobre retroexcavadora Komatsu PC 450, para las obras de urbanización del PP1 de Leganes, Madrid
La demolición de estructuras puede realizarse mediante equipos hidráulicos dotados de mandíbulas. Se trata de una buena alternativa a los explosivos o a los martillos hidráulicos, pues se reduce el ruido y las vibraciones. Existen de trituración y de pulverización.