La draga de pala frontal (front shovel dredger, en inglés) es una draga mecánica con una pala excavadora frontal accionada mediante cables, montada sobre un pedestal situado en un extremo de un pontón. Está constituida por un fuerte brazo que puede realizar una excavación frontal, elevar la carga, girar el brazo y depositar el material sobre gánguil. Esta draga se fija al fondo con tres spuds, dos en proa y uno en popa. La capacidad del cazo oscila entre 3 y 5 m³, aunque en Estados Unidos se fabrican hasta de 20 m³. Las ventajas es que excava muy bien rocas blandas y arcillas duras y además según excava se va abriendo a sí misma un canal.
Es una variante de la draga con retroexcavadora hidráulica y en la actualidad ha sido prácticamente sustituida por esta. Frente a la draga de retroexcavadora hidráulica, puede alcanzar profundidades mayores, pero su ciclo de producción es menor y su construcción más rústica. Sus usos y forma de operar son similares a las dragas de retroexcavadora hidráulica. La descarga se efectúa en barcazas situadas en los laterales del pontón.
Figura 2. Ciclo de trabajo de la draga de cuchara frontal (Bray et al., 1997)
Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
La maquinaria ha cambiado rápidamente con las innovaciones tecnológicas. Se ha derivado hacia la especialización, evolucionando unas hacia el gigantismo para obtener grandes producciones, mientras otras se han convertido en diminutas y versátiles. En otros casos se ha buscado la polivalencia del trabajo en equipos pequeños y medianos. Los medios informáticos han auxiliado y mejorado los sistemas de los equipos. La maquinaria va siendo cada vez más fiable, segura y cómoda para el operador, facilitándole las labores de conservación. En general se observa una preocupación creciente por la seguridad, el medio ambiente y la calidad.
Como muestra de la tendencia al gigantismo en la maquinaria de ingeniería civil y minería, os paso un pequeño documental donde se muestran brevemente estas megamáquinas. Espero que os guste.
Os paso ejemplos de máquinas gigantes. La grúa torre Kroll K-10000 es la más grande del mundo. Fue fabricada por la marca danesa Kroll y es capaz de levantar pesos de 132 toneladas de carga máxima y 91 toneladas a una distancia máxima de 100 m.
El Bulldozer D575A-3SD tiene casi 5 metros de altura y fue diseñado y fabricado en Japón. Esta potente máquina rebasa los 12 m de ancho y puede mover más de 215 toneladas de una sola vez.
La Bagger 288, es una excavadora giratoria empleada fundamentalmente en trabajos de minería. Una vez entró en funcionamiento, se convirtió en el vehículo de carga sobre tierra firme más grande del mundo. Mide 220 metros de largo, 96 de alto y 46 de ancho.
El BelAZ 75710 pesa 810 toneladas, 210 toneladas más que el Caterpillar, y tiene una capacidad de carga de 450 toneladas. Cuenta con dos motores turbodiésel de 16 cilindros asociados que generan 4.600 caballos con un par máximo de 18.626 Nm.
La motoniveladora ACCO se considera la mayor motoniveladora del mundo. Esta máquina pesa unas 200 toneladas y contiene dos motores Caterpillar, uno de 1000 CV en la parte trasera y otro de 700 CV en la parte delantera, la cual pertenece a la cabeza tractora de una mototraílla Caterpillar 657. La hoja o cuchilla posee una longitud de 10 m.
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia, 158 pp.
YEPES, V. (2015). Coste, producción y mantenimiento de maquinaria para construcción. Editorial Universitat Politècnica de València, 155 pp. ISBN: 978-84-9048-301-5. Ref. 402.
Draga de rosario de cangilones. Vía: http://loostrom.com
La draga de rosario, de cangilones, o de tolva continua (bucket ladder dredge, en inglés) es una draga mecánica formada por una cadena de cangilones montada sobre un robusto castillete. La escala de cangilones atraviesa el pontón y se hunde en el fondo para excavar el material. La acción de dragado se realiza mediante un rosario continuo de cangilones que levantan el material del fondo y lo elevan por encima del nivel del agua, volcándolo sobre el mismo pontón.
Es la única draga mecánica que excava de forma continua. Su diseño ha permanecido inalterable durante muchos años. Puede trabajar en todo tipo de suelos, incluso en rocas de hasta 10 MPa, siendo la dilución que crean al excavar poco importante. Además, se puede controlar con precisión la profundidad a la que se excava.
La profundidad máxima de dragado se encuentra sobre 35 m, necesitando un mínimo de 5 m para trabajar. Puede dragar con unas condiciones de altura máxima de ola de 1,5 m y una velocidad máxima de corriente de 2,0 nudos.
Como inconvenientes podríamos decir que son muy costosas, ocupan demasiado sitio, pues al posicionarse necesitan mucho espacio para extender los anclajes y no son apropiadas para el trabajo en aguas someras o cuando el espesor a trabajar es pequeño. Además, la necesidad de barcazas o el vertido directo dificulta su uso en tareas de regeneración costera. Todo esto ha hecho que estas dragas estén cayendo en desuso.
Detalle de los cangilones. Vía: http://www.teara.govt.nz
Os dejo a continuación unos cuantos vídeos para que veáis el funcionamiento de esta draga.
Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
Los micropilotes son pilotes de pequeño diámetro de perforación (< 30cm) y se componen de una barra, tubo de acero o de armadura de acero que constituye el núcleo portante, el cual se recubre normalmente de lechada inyectada de cemento que forma el bulbo. Las características técnicas de los materiales y modo de ejecución de estos micropilotes permiten lograr altas capacidades de carga (30 a 150 t) tanto a la tracción como a la compresión con deformaciones mínimas. Se consigue así, un elemento resistente en el que predomina la longitud y resistencia por rozamiento o fuste.
En esta entrada vamos a dejar un par de documentos relacionados realizados por el Comité de Seguridad de AETESS con las medidas de seguridad a adoptar en la ejecución de esta unidad de obra. Se trata de la Guía Técnica de Seguridad AETESS para Micropilotes y Anclajes de la Asociación de Empresas de la Tecnología del Suelo y Subsuelo (AETESS) (link) y de un vídeo descriptivo de la ejecución de micropiloles (www.aetess.com). Espero que ambos documentos os sean de utilidad.
Existen dos posibilidades a la hora de realizar una perforación a rotación: la rotación con circulación directa y la rotación con circulación inversa. La diferencia entre ambas estriba en el sentido de circulación del fluido de perforación. En la circulación inversa, objeto de este post, el fluido de perforación y el detritus se eleva a la superficie por el interior del varillaje hasta una balsa de lodos. En este depósito, el lodo se recupera para volver a introducirlo en la perforación por el espacio anular comprendido entre el varillaje y la perforación. La principal diferencia entre los equipos de rotación directa o los de rotación inversa es que, mientras los primeros utilizan una bomba de lodos, los segundos utilizan un compresor, que generalmente suele llevar su propio motor. En ambos casos, estos elementos suelen ir montados sobre el propio chasis de la máquina, aunque a veces, debido al tamaño de los compresores, suelen ir en remolques independientes.
Este sentido inverso de circulación es adecuado cuando el diámetro de la perforación es elevado (un diámetro habitual de trabajo es de 600 mm, pudiendo ser mayor). El método de perforación por Circulación Inversa depende del potencial del agua para contener las paredes de la perforación, precisando un mínimo de 3 metros de columna desde el fondo de la perforación. Ante suelos de alta transmisividad, igualmente puede ser requerido un elevado ratio de bombeo de fluido de perforación, dadas las perdidas, o bien se puede necesitar algún aditivo para impermeabilizar las paredes de la perforación, que posteriormente deberá ser eliminado mediante el debido desarrollo.
Figura 2. Perforación inversa. Imagen: Sondeos Martínez (Villena, Alicante)
Para entender mejor este sistema, os dejo a continuación unos vídeos explicativos que espero os gusten.
[politube2]65114:450:358[/politube2]
Referencias:
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
La sustitución dinámica o «puits ballastés» constituye una variante diferenciada de la compactación dinámica, en la cual la energía de compactación sirve para formar inclusiones granulares de gran diámetro, como refuerzo de los terrenos compresibles, que requieren varios metros de espesor sobre un estrato de terreno con capacidad portante suficiente.
En este caso, se punzona el terreno con una maza pequeña y pesada que se deja caer desde cierta altura. Este procedimiento crea un cráter que se rellena con material granular, que se golpea nuevamente con el objeto de desplazar el terreno y hacer penetrar dicho material granular. Con este procedimiento se consigue rigidizar el terreno mediante puntos de apoyo que soportan una mayor carga admisible. Además, la ventaja es que constituyen drenes verticales, aunque no muy profundos, por lo que podrían combinarse con tratamientos de mejora de la precarga, de forma que se reducirían los tiempos de consolidación del suelo.
Esta técnica combina, por tanto, las ventajas de la compactación dinámica y de las columnas de grava.
Aplicaciones:
– Terrenos cohesivos (arcillas y limos blandos o muy blandos), apoyados sobre un sustrato rocoso
– Necesidad de estabilización y reducción de los asientos de terraplenes viarios y ferroviarios
– Estructuras con distribución heterogénea de grandes cargas repartidas y puntuales
Principales características:
– Tasa de incorporación de material claramente superior a la obtenida por medio de columnas de grava (hasta 20 a 25%)
– Muy alta compacidad de las inclusiones constituidas
– Cada «columna» granular puede soportar cargas importantes de hasta 150 t
– Mejora de las características mecánicas de las capas superficiales del terreno entre las columnas en un 25% y en torno al 50% en los estratos más profundos
– Funcionamiento de las inclusiones como drenes verticales reduciendo así el tiempo de consolidación y acelerando los asientos antes de la construcción
Ventajas:
– Fuerte incremento del módulo de deformación, de la capacidad portante y de la capacidad drenante del terreno
– Técnica bien adaptada a grandes cargas
– Muy alta resistencia interna al corte del material granular que constituye la inclusión
– A diferencia de las columnas de grava, aplicación adaptada a suelos evolutivos (turbas, orgánicos…) debido a su reducida esbeltez.
La profundidad del terreno mejorado con esta técnica depende tanto de las características del terreno como de la energía de los impactos. A este respecto, Menard nos facilita la siguiente fórmula para calcular dicha profundidad (García Valcarce et al., 2003):
D2 ≤ 10·M·h
donde:
D: Espesor a compactar (m)
M: Peso de la maza (kN)
h: Altura de caída de la maza (m)
Aunque la máxima profundidad afectada quedaría limitada por la siguiente expresión:
D = 0,44·√10Mh
Os paso a continuación un Polimedia explicativo de esta técnica que espero que os guste:
A continuación, les dejo el folleto explicativo de Menard.
GARCÍA VALCARCE, A. (dir.) (2003). Manual de edificación: mecánica de los terrenos y cimientos. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L. Madrid, 716 pp.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia.
Seguimos con este post, la divulgación de conceptos básicos relacionados con una de las unidades de obra que más patologías suponen a largo plazo: la compactación. En otros posts anteriores ya hablamos de los tramos de prueba y de la compactación dinámica. La compactación constituye una unidad de obra en la que la interacción entre la naturaleza del suelo, sus condiciones, la maquinaria y el buen hacer de las personas que intervienen en ella resulta crucial. Desgraciadamente, en numerosas ocasiones, la compactación se trata como una unidad de obra complementaria o auxiliar. Las variables que más influyen en la compactación son la naturaleza del terreno, su grado de humedad y la energía aplicada. Estas variables se estudian a continuación.
Figura 1. Curva de compactación
La densidad, la humedad y los huecos están relacionados entre sí. Se trata de comprobar empíricamente qué ocurre al someter un suelo a un proceso de compactación. Dicho experimento consiste en golpear capas dentro de un cilindro, mediante un procedimiento normalizado, y medir la densidad seca y la humedad en cada caso. Se realizará el estudio sometiéndolo a diversas condiciones de compactación y humedad.
Este experimento permite obtener las curvas de compactación, que relacionan el peso específico seco y la humedad de las muestras de suelo compactadas con una energía determinada, y que presentan un máximo, más o menos acusado, según su naturaleza. Los valores típicos de los pesos unitarios máximos secos oscilan entre 16 y 20 kN/m³, con valores máximos entre 13 y 24 kN/m³. Las cifras superiores a 23 kN/m³ son raras, ya que este valor está cerca del de hormigón húmedo. Los contenidos típicos de humedad óptima oscilan entre el 10% y el 20%, con un intervalo máximo de 5% a 30%. Generalmente, se requieren cinco puntos para obtener una curva fiable, con una humedad entre puntos que no difiera más del 3%.
Se puede definir como índice de compactación (IC) la relación entre el peso específico seco del terreno compactado y el peso específico seco óptimo.
Antes de llegar a la humedad óptima, el agua favorece la densificación al actuar con cierto efecto lubricante, pero al pasar de la óptima, la densidad seca decrece, ya que el aire no sale tan fácil por los huecos, y el agua desplaza aparte de las partículas sólidas. La rama descendente de la curva tiende a aproximarse asintóticamente a la de saturación del suelo. Hogentogler (1936) considera que la forma de la curva de compactación se debe a dichos procesos de hidratación, lubricación, hinchamiento y saturación reflejados en la Figura 2.
Figura 2. Efectos del contenido de humedad en la compactación
Si se aplican diferentes energías de compactación, ocurre lo que se indica en la Figura 3: el peso específico seco máximo aumenta con una humedad menor, y las ramas descendentes se acercan progresivamente a medida que aumenta la humedad, ya que el aumento de la energía lo absorbe el exceso de agua. Los máximos suelen situarse sobre la misma línea de huecos de aire, en general, alrededor de na = 5 %.
Figura 3. Variación de la energía de compactación
La composición granulométrica del suelo y su sensibilidad al agua de su fracción fina son muy significativas al compactar. Los terrenos granulares sin finos presentan curvas de compactación aplanadas, sin un máximo muy definido, y su humedad ejerce una influencia escasa. Los suelos finos (más del 35% en peso) presentan pesos específicos secos más bajos que si no tuviesen tantos finos, y por consiguiente precisan de mayor humedad. Lo idóneo es una mezcla de tamaños más o menos continua, con un máximo de 10 a 12% de finos.
Figura 4. Curvas de compactación para diversos materiales (Johnson y Sallberg, 1960)
En obra suele ser difícil mantener los contenidos de agua próximos al óptimo, lo que implica que, si las curvas de compactación presentan ramas con fuertes pendientes, estos materiales resultarán más difíciles de compactar, ya que pequeños cambios de humedad provocan fuertes bajas en la densidad. Son preferibles las curvas cuyas ramas tengan pendientes más suaves.
Veamos, en 8 minutos, dar dos pinceladas sobre el concepto de curva de compactación. Espero que os guste.
HOGENTOGLER, C.A. (1936). Essentials of soil compaction. Proceedings Highway Research Board, National Research Council, Washington D. C., 309-316.
JOHNSON, A.W.; SALLBERG, J.R. (1960). Factors that Influence Field Compaction of Soils. Bulletin 272. HRB, National Research Council, Washington, D. C., 206 pp.
El ventilador es una turbomáquina que sirve para transportar gases, absorbiendo energía mecánica en el eje y devolviéndola al gas. En obra civil o en minería se emplean en la renovación del aire, funcionando en el medio de trabajo por impulsión o por extracción.
La ventilación cobra especial importancia en los trabajos subterráneos, como galerías, pozos y túneles. Esto conduce a una disminución notable de las enfermedades pulmonares profesionales, así como a un aumento sustancial de la productividad de los equipos. Además, se emplea la ventilación durante la construcción de los grandes túneles carreteros, de forma que se logre una atmósfera saludable para el automovilista y un aire puro que permita a los motores térmicos funcionar de manera eficiente.
Los ventiladores son máquinas destinadas a incrementar la presión total del aire pequeño, con una relación de compresión de 1,1. En este caso, la variación del volumen específico del gas a través de la máquina se puede despreciar, por lo que el ventilador se comporta como una turbomáquina hidráulica. Se distingue del turbocompresor en que las variaciones de presión en el interior del ventilador son tan pequeñas, que el gas se puede considerar prácticamente incompresible. Esto significa que las leyes que relacionan el caudal, la presión y la potencia de un ventilador con su velocidad de rotación son las mismas que las de las bombas axiales o centrífugas.
A continuación os paso un Polimedia presentado por la profesora Petra Amparo López Jiménez, de la Universitat Politècnica de València. Allí se presentan los tipos de ventiladores y se describe la importancia de las curvas de selección de estos, así como la determinación de su punto de funcionamiento y su idoneidad para su instalación. 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.
Las rozadoras o minadoras son máquinas autoportantes en las que la excavación se realiza mediante la incidencia del útil de corte contra el terreno. Tienen, además, los elementos necesarios para recoger el material excavado y descargarlo en el medio auxiliar previsto para su evacuación.
La excavación con rozadora es eficaz en rocas blandas o muy alteradas, en terrenos de tránsito o en suelos con cierta cohesión y estabilidad. En suelos heterogéneos, tienen la ventaja de poder adecuar y dirigir el esfuerzo de la máquina a la resistencia del terreno en cada punto.
Las rozadoras de ataque frontal (“ripping”, en inglés) hacen girar el cabezal alrededor de un eje horizontal, perpendicular al brazo de la máquina. Este tipo de máquinas es el más común en las obras civiles. Intervienen tres fuerzas en el arranque de las picas. El par de corte es proporcionado por el motor que acciona la cabeza de corte. La fuerza horizontal se ejerce por el giro del brazo y la fuerza vertical por el peso de la rozadora. Aprovecha bien el empuje en la dirección perpendicular al frente del túnel. El tipo de pica más común es la pica cónica.
En el siguiente vídeo podremos ver la construcción del segundo túnel de Tabaza (Avilés, Asturias) con el minador Westfalia.
En este otro vídeo se puede ver la construcción de un túnel mediante un minador de ataque frontal Sandvik MT 720 (Lurpelan):
Otro vídeo donde se ve perfectamente el trabajo de la máquina:
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
La ventilación en minas y túneles constituye una operación fundamental cuya función es la de renovar el aire, diluir los gases contaminantes y polvo y controlar los humos en caso de incendio. Esta operación asegura unas condiciones ambientales no peligrosas para la circulación (respiración y visibilidad) y en caso de incendio garantiza las condiciones de evacuación y de intervención de los equipos de emergencia. En base al volumen de los gases nocivos emitidos, se adecua el volumen de aire limpio y fresco necesarios.
Existen diferencias entre la ventilación en fase de construcción y de explotación, pues en la primera se emiten más contaminantes, principalmente en la zona del frente de avance, estando además allí los operarios durante toda la jornada de trabajo. Otra diferencia importante en la ventilación durante la construcción de un túnel es que sólo tiene una entrada, por lo que la ventilación debe conseguirse asegurando la circulación desde la entrada hasta el frente de avance.
Básicamente, se pueden adoptar tres tipos de ventilación en construcción:
Ventilación aspirante: en ella se emplea la conducción del aire como aspirante (tubería rígida) extrayendo el polvo y los gases a su través. El aire entra por la boca del túnel y atraviesa toda su sección hasta llegar al frente de avance, mezclándose así con los distintos contaminantes que puedan existir. Un ventilador acoplado a la tubería hace que el aire del frente entre en ésta y sea expulsado por su otro extremo al exterior del túnel.
Ventilación aspirante. Fuente: construmatica.com
Ventilación soplante: se alimenta el frente de ataque con aire a través de la tubería de impulsión, saliendo el aire sucio a través de la galería que se está perforando. El tapón de humos, gases y polvo que ocupa el fondo del túnel es removido por el aire fresco soplado por la tubería, siendo así diluido y empujado a lo largo del túnel hasta su emboquille, por donde es expulsado hacia el exterior.
Ventilación soplante. Fuente: construmatica.com
Ventilación mixta: es una combinación de las anteriores; cuando se produce la pega (voladura) se adopta la disposición aspirante y una vez estraída la mayor parte de los gases sucios, se cambia a soplante.
Ventilación mixta. Fuente: construmatica.com
La ventaja de la ventilación aspirante es que los gases y el polvo retornan por la tubería evitando que los respire el personal. Además, tras el disparo de las voladuras los gases y humos se eliminan rápidamente. Por contra, se requiere una tubería rígida o si es de lona deben estar armadas con una espiral de acero, el aire entra por el túnel lentamente, la ventilación aspirante deja algunas zonas del frente mal ventiladas, precisa una mayor potencia instalada y genera mayores pérdidas de carga.
Cuando la obra subterránea presenta una gran longitud, es práctica frecuente la utilización de dos o más ventiladores instalados en serie. Con esta disposición de racionaliza la utilización, añadiendo ventiladores a medida que avanza el frente hasta la instalación final para el último tramo de obra.
Os dejo un vídeo donde se explica la ventilación de un túnel en construcción. Espero que os guste.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
