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Sistemas de navegación en la Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

El desarrollo de la tecnología PHD se ha basado fundamentalmente en las innovaciones realizadas en los sistemas de navegación y seguimiento de la perforación. La navegación permite conocer con precisión la localización de la punta de perforación. Para controlar la dirección y profundidad de la cabeza, se le coloca en su interior o junto a ella una sonda que emite señales que se recogen en superficie. Este sistema vía radio se denomina “Walk-over”, que incluso es capaz de capturar las señales sin acceso directo sobre el transmisor; es un sistema muy utilizado en la PHD, sobre todo en trabajos pequeños y medianos.

Sin embargo, a veces resulta complicado seguir en superficie al transmisor, como por ejemplo en un río; en estos casos se puede utilizar un cable conectado a la cabeza para el guiado, sería el sistema de cable “Wire-line”, utilizado también cuando se requiere una mayor precisión. Existe asimismo la posibilidad de anular el efecto de campos magnéticos y eléctricos cuando se atraviesan elementos que interfieren las señales. Otros sistemas, denominados “Gyro compass”, utilizan la magnetometría para la localización; estos giroscopios trabajan independientemente del campo magnético terrestre y por tanto determinan de forma precisa la dirección del eje de perforación. Li (2013) explica la monitorización de una tubería de gas durante su ejecución.

Todos estos sistemas de navegación se encuentran asistidos por ordenador para el correcto control de la dirección. La tabla resume los diferentes procedimientos de navegación con detalles de los campos de utilización (IbSTT, 2013).

Tabla. Diferentes procedimientos de navegación de PHD (IbSTT, 2013).

Os dejo un vídeo explicativo que espero os sea de interés.

Referencias:

IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.
Li, S. (2013). Construction monitoring of a municipal gas pipeline during horizontal directional drilling. Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice, Volume 4, No. 4, 04013005.
Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.

Fluido de perforación en la Perforación Horizontal Dirigida (PHD)

Fluido de perforación. Imágen de Catalana de Perforacions — Fluido de perforación. Imagen de Catalana de Perforacions

El procedimiento habitual es la perforación asistida con fluidos. En este caso, la cabeza se empuja por una sarta de perforación a través del terreno. El fluido se bombea por el interior de la tubería que forma la sarta de perforación y retorna por el espacio que existe entre la sarta y las paredes de la perforación, con el detritus correspondiente, por lo que debe reciclarse para volver a utilizarse. Hay máquinas autónomas que llevan consigo los tanques de mezcla y las bombas del fluido, aunque en otras son sistemas independientes.

El uso de la perforación con lodos es frecuente, pues además de contener las paredes, permite el transporte del detritus en suspensión al exterior, además de la lubricación y refrigeración de la cabeza de corte. Asimismo, estabilizan la perforación piloto hasta que se inicia su ensanche. Los fluidos de perforación suelen ser mezclas de bentonita y agua, aunque hoy existe una tendencia creciente en el uso de polímeros. Hay que prever en suelos porosos o fracturados una pérdida de fluidos significativa. Cuando se trata de perforar terrenos duros y roca, se pueden utilizar conjuntos de fondo, BHA (bottom hole assembly), que es la parte inferior de la sarta de perforación que se extiende desde un tricono de perforación al varillaje. El BHA se acciona mediante un motor de lodos, que utiliza la potencia hidráulica del fluido de perforación.

Central de tratamiento de lodos. Imagen de Catalana de Perforacions

En el vídeo que os dejo a continuación se profundiza en el uso de los lodos como fluido de perforación. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

IbSTT Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (2013). Manual de Tecnologías Sin Zanja.
Yepes, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
Yepes, V. (2015). Aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Curso de Postgrado Especialista en Tecnologías Sin Zanja, Ref. M7-2, 10 pp.

Grúa de puerto giratoria «pico de pato»

EEstas grúas, conocidas popularmente como grúas de tipo «pico de pato» por la forma característica de su pluma, mantienen la cota de la carga mediante un sistema de articulaciones que hace que la pluma actúe como un mecanismo de paralelogramo articulado. El desplazamiento del pórtico y el giro de la superestructura son similares a los de las giratorias de cable compensado.

El mecanismo que mantiene la cota de la carga es automático, por lo que no es necesario actuar sobre el cable de elevación. El movimiento de cambio de alcance, al igual que el resto de movimientos que caracterizan este modelo de grúa, se realiza mediante manipuladores progresivos y electroválvulas proporcionales. La cabina de control se sitúa en la parte frontal de la superestructura, lo que mejora la visibilidad del operador sobre la carga y la zona de trabajo. Este diseño, basado en mecanismos de tipo biela-manivela o de paralelogramo articulado, es ampliamente utilizado por su fiabilidad mecánica.

El giro se consigue mediante un grupo moto-reductor fijado en el lateral del castillete y una corona dentada fija en la parte superior del pivote. Este dispositivo permite un giro de 360° controlado mediante la botonera de mando. Este mecanismo, además de hacer girar la superestructura de la grúa, debe controlar el momento de vuelco debido a la excentricidad de la carga y al peso propio.

Referencia:

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.

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.

Clasificación de las bombas hidráulicas

Una bomba es una máquina destinada al transporte y elevación de líquidos, para lo cual absorbe fluido dentro de sí misma a través de un orificio de entrada y lo impulsa hacia fuera a través de una lumbrera de salida. Para accionarlas precisan de la energía proporcionada por un motor, que suele ser en la mayoría de los casos eléctricos, y en otros de combustión.

En ingeniería civil son empleadas para la elevación de agua de pozos para el abastecimiento de poblaciones, agotamientos de niveles freáticos, aspiración de fondos marinos, bombeos de líquidos de un lugar a otro, elevación de aguas negras, etc.

Los parámetros básicos necesarios para seleccionar una bomba son los siguientes:

El caudal de diseño.
Los parámetros que definen el líquido a transportar.
La altura manométrica en el caso de una instalación de bombeo o las necesidades de oxígeno si se trata de un agitador para una planta depuradora.

Las bombas se pueden clasificar atendiendo a diversos criterios. En la figura siguiente se establece la clasificación habitual de las bombas atendiendo a su forma de trabajo.

Otra posible clasificación se establece atendiendo al régimen de funcionamiento:

Bombas de caudal constante: donde el caudal de salida es proporcional al régimen de giro de la bomba, es decir, que el caudal de líquido desplazado por cada revolución es fijo. Estas máquinas no consideran la necesidad de presión del sistema y por tanto debe existir un medio capaz de reconducir el caudal sobrante. Las bombas de engranajes son de caudal constante.
Bombas de caudal variable: el caudal a la salida es independiente de la velocidad de la bomba, por lo que el caudal de líquido desplazado por cada revolución es variable. En este caso el caudal desplazado es el que necesita el sistema. Las bombas de paletas y pistones pueden ser tanto de caudal constante como variable.

En la Tabla siguiente se comparan las características más importantes de las bombas hidráulicas.

Comparación de las propiedades generales de las bombas

Os dejo uno vídeos explicativos sobre este tema.

Referencia:

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.

Los condicionantes físicos en el emplazamiento de una obra

El espacio disponible, junto con las necesidades necesarias que se deben cubrir en una obra, son dos datos fundamentales para proyectar e implantar las instalaciones y planificar correctamente las tareas. Por ello, una correcta planificación debe considerar, entre otros, los siguientes aspectos: el solar, su situación geográfica, geometría, topografía y linderos, el emplazamiento respecto a la población, el planeamiento vigente, la calificación del suelo, el equipamiento urbano, las expropiaciones necesarias y servidumbres, etc. Es necesario un estudio geológico y geotécnico de la zona que ocupa la obra. Además, se debe conocer con precisión los condicionantes meteorológicos (temperatura, lluvia, viento, soleamiento, etc.). En obras marítimas también son necesarios estudios batimétricos, de clima marítimo, corrientes, etc.

Para el correcto desarrollo de las obras, se debe contar no sólo con el terreno necesario para la ocupación, sino que además, es necesario disponer, aunque sea de forma provisional, del espacio suficiente para las instalaciones de obra y los acopios de materiales, así como para obras provisionales inevitables como desvíos o ataguías. Además, resulta ineludible, en su caso, el acceso a las canteras o vertederos necesarios. Se aprovechan los desniveles para que la circulación de los materiales en las instalaciones sea por gravedad. En su caso, además, debe considerarse la necesidad de vallar el solar, o al menos, controlar sus accesos. Las aguas pluviales pueden dificultar el desarrollo normal de las obras, para lo cual se debe tener prevista la circulación y evacuación de dichas aguas. Para ello las pistas y caminos de obra deben drenar adecuadamente.

A este respecto, se distingue entre obras puntuales, lineales o extensas. Un ejemplo de las primeras son los edificios, donde los solares suelen ser pequeños con los consiguientes problemas de almacenamiento de materiales, instalaciones temporales, etc. Las obras lineales como las carreteras, los canales o las líneas ferroviarias, o las obras extensas como los aeropuertos o las urbanizaciones, presentan otros problemas como los transportes de materiales y equipos dentro de la obra, la reposición de servicios y servidumbres, o el control de los accesos, el vallado y la seguridad.

La elección del espacio necesario y de la situación óptima donde ubicar las instalaciones necesarias para ejecutar una obra es un problema que debe estudiarse con cierto detalle. En ocasiones tanto el espacio como su localización son datos fijos del problema, es decir, no existe la posibilidad de elegir alternativas. Por ejemplo, puede ocurrir que en una obra de edificación sólo podamos utilizar el propio solar o un solar anexo a la obra. Sin embargo, siempre que sea posible, es necesario dedicar el tiempo necesario para localizar la mejor opción posible. Hay que tener en cuenta que las personas y los materiales van a moverse por la obra de un sitio a otro. La elección de aquel lugar que minimice los movimientos va a tener una repercusión económica en los costes de ejecución de la obra. Una técnica de interés para estudiar la repercusión que tiene la localización de las instalaciones de una obra es el diagrama planimétrico de flujo o diagrama de recorrido. Se trata de una representación gráfica sobre plano del área en la cual se desarrolla la actividad, con las ubicaciones indicadas de los puestos de trabajo y el trazado de los movimientos de los hombres y de los materiales. Este tipo de gráfico muestra el trabajo realizado de forma clara y sencilla, permitiendo el estudio de cada actividad para realizar mejoras.

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.

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.M.C.; MOURA, H.; CATALÁ, J. (2008). Construction Management. Construction Managers’ Library Leonardo da Vinci: PL/06/B/F/PP/174014. Ed. Warsaw University of Technology, 231 pp. ISBN: 83-89780-48-8.

Electrobombas sumergibles para pozos profundos

Electrobomba sumergible para pozos (McNaughton)

Son bombas con rodetes radiales o semiaxiales de múltiples etapas superpuestas diseñadas para bombear desde pozos profundos (hasta 350 m) y de pequeña sección (4” a 14”). Se pueden impulsar caudales de hasta 450 m³/h. Constan de un motor eléctrico del tipo “jaula de ardilla” de 2 a 250 kW, provisto de estator con bobinado de conducciones especialmente aislado con PVC y compensador de dilataciones y contracciones por cambios de temperatura.

El factor más desfavorable para este tipo de bombas es la presencia de arena (daños a partir de más de 25 g de arena por m³). Análogamente hay que determinar la composición del agua, su pH, el contenido de CO₂, etc. Estas circunstancias son importantes en el momento de elegir la bomba adecuada a la presencia de estos componentes corrosivos o abrasivos.

No son imprescindibles los cuidados de mantenimiento, no se producen averías por heladas, ni ocurren problemas de aspiración ni de ruido; estas circunstancias justifican la economía de su uso, siempre que los grupos utilizados estén bien proyectados y sean resistentes y equilibrados. Sin embargo, en caso de avería del motor se debe extraer toda la columna.

Os dejo un par de vídeos sobre la instalación de este tipo de bombas.

Referencia:

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.

Utilización de eslingas de cables de acero, cadena y poliéster

Estrobo o eslinga: Es un cable con dos gazas, una por cada extremo, del mismo o diferente tamaño. Es el elemento intermedio que permite enganchar una carga a un gancho de izado o de tracción. Consiste en una cinta con un ancho o largo específico (varían según su resistencia, los modelos y los fabricantes) cuyos extremos terminan en un lazo (ojo). También puede ser un cable unido por sus dos extremos. En todos los casos sirve para abrazar una pieza y colgarla de un gancho.

Una eslinga puede usarse básicamente con dos finalidades:

Elevación: la eslinga se usa con sus extremos en forma de ojales, lo que permite elevar y manejar la carga en diferentes posiciones, con ayuda de una grúa o polipasto.
Amarre o trincaje: la eslinga se empleará con accesorios de trincaje, permitiendo así la sujeción de cargas.

Os paso algunos vídeos de la empresa Cablered Expert, S.L. con consejos de seguridad en la utilización de eslingas.

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.

Nomenclatura de los cables de acero

Los cables se describen mediante tres números o grupos de números que representan los elementos que lo componen:

(nº de cordones) x (nº de alambres/cordón) + (notación del alma)

Tras el número total de alambres del cordón, se indica la disposición de éstos en distintas capas, y seguidamente, su denominación correspondiente: Seale, alambre de relleno, cordones triangulares, etc. Con cordones ordinarios no es necesaria dicha aclaración, pues lo alambres presentan el mismo diámetro, siendo el número de alambres de las capas sucesivas una progresión aritmética de razón 6.

Si el alma es textil se designa escribiendo +1. En cambio, si el alma es metálica pero de la misma composición que los demás cordones, se anota +0.

Si el alma es metálica y de distinta composición que los demás cordones, para designarla se emplea la misma nomenclatura que para un cable.

6 x 25 [1+(6+6)+12] + (7 x 7 +0) Relleno

Referencia:

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.

¿Qué es un cable?

Un cable es un conjunto de alambres trenzados según una cierta ley que, en todas sus fases de trabajo, se comporta como un elemento unitario. Los cables constituyen una parte muy importante de determinadas máquinas empleadas en la construcción, como las dragalinas, los blondines, los planos inclinados o las excavadoras de cables.

Estructura de un cable.

Elementos que componen un cable:

Alambres: son los elementos básicos que componen el cable. Son de acero de alta resistencia mecánica, con un valor que oscila entre 1 y 2 kN/mm².
Cordón: es un conjunto formado por una serie de alambres arrollados en una sola capa; en algunos casos, estos se arrollan alrededor de otro alambre que sirve de base de apoyo, llamado alambre central.
Alma: es el elemento central del cable y sirve de base o soporte para los cordones que lo envuelven, y a la vez almacena grasa para su lubricación. El alma puede ser tanto de acero como de fibra textil, pero lo que se gana en resistencia con el acero se pierde en flexibilidad.

Tipos de arrollamientos.

Se denomina arrollamiento a la forma en que se disponen los alambres en los cordones y los cordones en el cable. Se definen los siguientes tipos:

Cruzado: los cordones que forman el cable están arrollados en sentido contrario al de los alambres que los componen. Son los más utilizados cuando los extremos giran libremente. Se manejan fácilmente, pues no tienden a descablearse; además, son resistentes al aplastamiento y a las deformaciones. Son poco resistentes al desgaste.
Lang: los cordones y los alambres están arrollados en el mismo sentido. Este cable es muy resistente a la abrasión y al desgaste y puede tener una gran flexibilidad (más que el anterior), siempre y cuando se realice un amarre muy cuidadoso de los extremos, debido al elevado momento de giro que se produce al cargar el cable.
Antigiratorio o alternado: estos cables están formados por dos o más capas de cordones arrolladas en sentidos diferentes. Así, los cordones compensan esfuerzos y eliminan la tendencia a girar sobre sí mismos, debido a la tensión ejercida por la carga suspendida. En las grúas torre se emplea como cable de elevación. Tiene la desventaja de que necesita el oxicorte para ser cortado, ya que el cizallado solo permite desmontarlo.

A continuación, os paso un vídeo en el que se puede ver el proceso de fabricación de un cable. Espero que os resulte de interés.

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.

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

Precauciones para el montaje de la cimbra de un puente

La cimbra es una estructura provisional que requiere su propio proyecto y cálculo, con especial atención a las hipótesis de carga y a los detalles de diseño y montaje. No son extraños los accidentes, especialmente con las cimbras diáfanas, por no existir un proyecto adecuado. Dicho proyecto y las operaciones de montaje y desmontaje de estos elementos suelen depender de una empresa especializada. Se debe exigir que la cimbra sea estable, especialmente ante el pandeo, y que las deformaciones previstas puedan compensarse con las contraflechas necesarias.

Muchos problemas en las cimbras se deben al punto de encuentro entre las torres y el encofrado, ya que esta transición no está normalizada. El encuentro consta de varios niveles de perfiles o tablones apoyados sobre horquillas que, normalmente, no son solidarias con el husillo que las soporta, lo cual puede provocar inestabilidad si no se monta adecuadamente. Un ejemplo son las cargas excéntricas sobre los husillos, provocadas por la colocación inclinada de los perfiles, originada por la pendiente del tablero, que muchas veces no se consideran en el cálculo. Otra circunstancia no contemplada en los cálculos puede ser el mal reparto de las cargas en las patas de las torres debido a una mala colocación de los perfiles o de los tablones. Todo ello lleva a que se deban adoptar coeficientes de seguridad elevados, normalmente de 2 cuando las condiciones de montaje son muy estrictas, e incluso de 3, tal y como propugna la norma ACI.

Otros aspectos de gran importancia son el arriostramiento horizontal e inclinado de las torres para evitar el pandeo y resistir las cargas horizontales. Además, una cimentación de las torres sobre tablones mal asentados o poco rígidos incrementa significativamente el asiento diferencial y, en consecuencia, el incremento de carga no previsto en alguno de los apoyos.

A continuación, os dejo un vídeo de una cimbra cuajada T-60 y ENKOFORM HMK – ULMA. Espero que os guste la animación.

Referencia:

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 estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

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