En un artículo anterior definimos la distancia crítica de transporte en un movimiento de tierras como aquella distancia en la que el equipo de cargadoras y camiones está equilibrado. Es decir, ni sobran ni faltan camiones o cargadoras. O dicho de otra forma, es la distancia de transporte en la que no existen esperas en las máquinas. Esta es una distancia teórica, puesto que para calcularla debemos conocer todos los datos de antemano, y estos no son deterministas. Por otra parte, en obra ocurre lo contrario: tenemos una distancia de transporte como dato, pero en este caso se trataría de saber cuántos camiones y cargadoras serían necesarios para que no existiesen demoras. Afortunadamente en obra se puede corregir rápidamente cualquier desfase. En dicho artículo proporcionamos, incluso, una calculadora en línea para que se pudiesen visualizar los cambios.
Aquí lo que presento es un problema resuelto que, espero, os sea de interés. Este problema lo puse en su momento en un examen de Procedimientos de Construcción, en la ETS de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.
La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso online sobre “Gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción”.
El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Hay plazas limitadas.
Os paso un vídeo explicativo y os doy algo de información tras el vídeo.
Este es un curso básico sobre la gestión de los costes y la producción de los equipos y maquinaria empleada en la construcción, tanto en obras civiles y de edificación. Se trata de un curso que no requiere conocimientos previos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado para que el estudiante pueda profundizar en aquellos aspectos que les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.
En este curso aprenderás los conceptos básicos sobre la gestión de la producción, la selección económica de los bienes de equipo, los costes de propiedad y operación de la maquinaria, su amortización, la disponibilidad y fiabilidad de los equipos, el mantenimiento y reparación, los parques de maquinaria y la gestión de instalaciones, almacenes e inventarios, el estudio del trabajo y la productividad, las políticas de incentivos, métodos de medición del trabajo y la producción de equipos de máquinas. El curso se centra especialmente en la comprensión de los fundamentos básicos que gobiernan la gestión de los costes y la producción de los equipos, mostrando especial atención a la maquinaria pesada de movimientos de tierras y compactación. Es un curso de espectro amplio que incide en el conocimiento de los fundamentos de la ingeniería de la producción. Resulta de especial interés desarrollar el pensamiento crítico del estudiante en relación con la selección de los métodos y técnicas empleadas en la gestión de los costes y el rendimiento de la maquinaria en casos concretos. El curso trata llenar el hueco que deja la bibliografía habitual, donde no se profundiza en el coste y la producción de conjuntos de equipos. Además, el curso está diseñado para que el estudiante pueda ampliar por sí mismo la profundidad de los conocimientos adquiridos en función de su experiencia previa o sus objetivos personales o de empresa.
El contenido del curso se organiza en 30 lecciones, que constituyen cada una de ellas una secuencia de aprendizaje completa. Además, se entregan 75 problemas resueltos que complementan la teoría estudiada en cada lección. La dedicación aproximada para cada lección se estima en 2-3 horas, en función del interés del estudiante para ampliar los temas con el material adicional. Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante afronta una batería de preguntas cuyo objetivo fundamental es afianzar los conceptos básicos y provocar la duda o el interés por aspectos del tema abordado. Al final se han diseñado tres unidades adicionales para afianzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, donde lo importante es desarrollar el espíritu crítico y su capacidad para resolver problemas reales. Por último, al finalizar el curso se realiza una batería de preguntas tipo test cuyo objetivo es conocer el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.
El curso está programado para 75 horas de dedicación por parte del estudiante. Se pretende un ritmo moderado, con una dedicación semanal en torno a las 10-15 horas, dependiendo de la profundidad requerida por el estudiante, con una duración total de 6 semanas de aprendizaje.
Objetivos
Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:
Comprender la utilidad y las limitaciones de las técnicas actuales para la gestión de costes y producción de los equipos de máquinas empleados para la construcción
Evaluar y seleccionar la maquinaria atendiendo a criterios económicos y técnicos
Conocer la gestión de los sistemas de almacenamiento de materiales en obra y los parques de maquinaria
Aplicar las técnicas de estudios de métodos y medición del trabajo para mejorar la eficiencia de los equipos
Aplicar técnicas de aprendizaje e incentivos a la producción para mejorar la productividad
Programa
– Lección 1. Mecanización de las obras
– Lección 2. Adquisición y renovación de la maquinaria
– Lección 3. La depreciación de los equipos y su vida económica
– Lección 4. Selección de máquinas y equipos
– Lección 5. La estructura del coste
– Lección 6. Costes de propiedad de las máquinas
– Lección 7. Costes de operación de las máquinas
– Lección 8. Fondo horario y disponibilidad de los equipos
– Lección 9. Fiabilidad de los equipos
– Lección 10. Mantenimiento y reparación de los equipos
– Lección 11. Instalación y organización interna de la obra
– Lección 12. Parques de maquinaria y gestión de inventarios
– Lección 13. Constructividad y constructibilidad
– Lección 14. Estudio del trabajo y productividad
– Lección 15. Los incentivos a la productividad en la construcción
– Lección 16. Estudio de métodos
– Lección 17. Medición del trabajo
– Lección 18. La curva de aprendizaje en la construcción
– Lección 19. Ciclo de trabajo y factor de acoplamiento
– Lección 20. Producción de los equipos
– Lección 21. Composición y clasificación de suelos
– Lección 22. Movimiento de tierras y factor de esponjamiento
– Lección 23. Producción de los buldóceres
– Lección 24. Producción de las cargadoras
– Lección 25. Producción de las motoniveladoras
– Lección 26. Producción de las mototraíllas
– Lección 27. Producción de las retroexcavadoras
– Lección 28. Producción de las dragalinas
– Lección 29. Producción de los equipos de acarreo
– Lección 30. Producción de los compactadores
– Supuesto práctico 1.
– Supuesto práctico 2.
– Supuesto práctico 3.
– Batería de preguntas final
Profesorado
Víctor Yepes Piqueras
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València
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. 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 5 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 160 artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 350 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 16 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
Ingeniera civil, máster en ingeniería de caminos, canales y puertos y máster en ingeniería del hormigón. Universitat Politècnica de València.
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.
Figura 1. Retroexcavadora alimentando a un camión-dúmper. Imagen: V. Yepes
En obra es habitual que una máquina principal esté alimentando a un conjunto de máquinas auxiliares. Por ejemplo, en movimiento de tierras, una retroexcavadora puede estar cargando a un conjunto de camiones-dúmper (Figura 1). Otro ejemplo es un buldócer que está empujando a un equipo de mototraíllas convencionales. En estos casos, si se avería una máquina auxiliar, el resto de unidades puede seguir trabajando, aunque con una menor producción. Pues bien, se dice que un equipo de máquinas auxiliares está trabajando en paralelo entre ellas. Sin embargo, el conjunto de máquinas auxiliares trabaja en serie o en cadena respecto a la principal, pues el fallo de la máquina principal, o del total de las auxiliares, paraliza al conjunto. Veamos cómo podemos calcular la disponibilidad intrínseca de un conjunto de máquinas iguales que trabaje en paralelo sabiendo que la disponibilidad intrínseca de cada una de ellas es d.
Sean n máquinas iguales trabajando en paralelo, con una disponibilidad intrínsecad. Si se dispone de un conjunto suficientemente grande de unidades, una fracción d de ellas se encontrarán en disposición, y otra fracción (1-d) no operativas. Si se extrae una muestra n de ellas -las que forma nuestro equipo-, la probabilidad de que se encuentren x máquinas en disposición sigue una distribución binomial:
La probabilidad que el equipo esté parado, es decir, que ninguna de las máquinas se encuentre activa será:
y la probabilidad de que el equipo se encuentre en disposición, aunque sea solo una de las máquinas será:
En la Figura 2 se muestra la probabilidad de que se encuentren x máquinas trabajando en paralelo operativas en un equipo de 15 en función de la disponibilidad intrínseca. Por ejemplo, para d = 0,80 lo más probable es que se encuentren 12 máquinas trabajando, siendo casi despreciable la probabilidad que trabajen menos de 6 unidades. Se observa que la probabilidad máxima aumenta con la disponibilidad intrínseca.
Figura 2. Probabilidad de que se encuentren trabajando x máquinas en paralelo en función de la disponibilidad intrínseca para un equipo de 15 máquinas. Elaboración propia.
En la Figura 3 se muestra la probabilidad de disposición de un conjunto de máquinas trabajando en paralelo en función del número de unidades del equipo y la cantidad de ellas que se encuentran trabajando, para una disponibilidad intrínseca d = 0,85. Por ejemplo, para un conjunto de 10 unidades, la probabilidad de que se encuentren trabajando 9 de ellas, es del 34,7%. Como resulta evidente, si hay solo un equipo, la probabilidad de que trabaje es del 85%, que coincide con su disponibilidad intrínseca. Se observa que las probabilidades máximas de disposición disminuyen conforme aumenta el número de unidades del equipo y la exigencia de que esté un número mayor de ellas trabajando.
Figura 3. Probabilidad de que se encuentren trabajando x máquinas en paralelo en función del número de unidades del equipo y del número de ellas que se encuentren activas, para una disponibilidad intrínseca d = 0,85. Elaboración propia.
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.
ROJO, J. (2010). Manual de movimiento de tierras a cielo abierto. Fueyo Editores, S.L., Madrid, 926 pp.
Figura 1. Pala sobre neumáticos cargando dúmper. Imagen: V. Yepes
Se denominará ciclo de trabajo, en su sentido más amplio, a la serie de elementos u operaciones elementales que se suceden para realizar completamente una tarea u operación.
Tiempo del ciclo será el invertido en realizar toda la serie de operaciones elementales hasta completar el ciclo, pudiéndose referir a un recurso o a un conjunto de ellos.
El tiempo del ciclo de una máquina se descompone en varios sumandos:
Tiempo fijo: es la duración de determinadas operaciones que requieren un tiempo determinado como la carga, descarga y maniobras en el caso de una pala cargadora de tierras.
Tiempo variable: es la duración de las operaciones elementales que dependen de determinadas condiciones del trabajo, por ejemplo la distancia en un ciclo de transporte.
Tiempo muerto de inactividad: son tiempos de espera que invierte una máquina en esperar a otra cuando realizan juntas una operación.
Un caso habitual consiste en la utilización de varias máquinas cuyos ciclos individuales de trabajo tienen un intervalo común. Por ejemplo, una cargadora con varios camiones (Figura 1), o bien un equipo de mototraíllas convencionales ayudadas en su carga por un tractor. En estos casos, los ciclos individuales de las máquinas se pueden agrupar formando un ciclo del equipo que se repite periódicamente.
En la Figura 2 se han representado los ciclos de una máquina principal (una cargadora) y los de las máquinas auxiliares a las que sirve (cinco camiones). Se puede observar que, en este caso, la máquina principal presenta un tiempo muerto debido a la falta de un sexto camión. Ello es debido a que el ciclo de la máquina auxiliar no es múltiplo del ciclo de la máquina principal.
Figura 2. Esquema de los ciclos acoplados de máquinas trabajando en equipo. Tiempo muerto en la máquina principal
Siguiendo con este ejemplo, si existiese un sexto camión, la cargadora estaría siempre trabajando mientras que los camiones deberían incorporar un tiempo muerto en su ciclo para que éste sea múltiplo del de la cargadora (Figura 3). En este caso, la producción conjunta sería máxima, el plazo de ejecución mínimo pero el coste por unidad de obra sería mayor.
Figura 3. Esquema de los ciclos acoplados de máquinas trabajando en equipo. Tiempos muertos en las máquinas auxiliares
Al recurso que limita la producción de un equipo se le denomina cuello de botella. Su identificación es esencial porque cualquier cambio introducido en el funcionamiento repercutirá en la capacidad de producción del equipo. En la Figura 2 se representa un equipo donde el cuello de botella son los camiones, mientras que en la Figura 3 lo es la cargadora. El recurso que causa el estrangulamiento es el que determina la producción del equipo. Se define como factor de acoplamiento o “match factor” a la relación entre la máxima producción posible de los equipos auxiliares respecto a la máxima producción posible de los equipos principales. El coste más bajo de producción se obtiene para factores de acoplamiento próximos a la unidad, pero por debajo de ella.
Conociendo los tiempos de los ciclos de las máquinas se puede estimar el número necesario de máquinas principales y auxiliares. En efecto, en una unidad de tiempo, por ejemplo 1 hora, el número total de ciclos Nciclos, p que realizan np máquinas principales será:
donde tp es el tiempo del ciclo de la máquina principal.
Análogamente, en una unidad de tiempo, el número total de ciclos Nciclos,a que realizan na máquinas auxiliares será:
donde ta es el tiempo del ciclo de la máquina auxiliar.
Por tanto, como el número de ciclos que hacen las máquinas principales debe ser igual al número de ciclos que realizan las máquinas auxiliares, entonces
Si existen un total de P tipos distintos de máquinas principales y A de máquinas auxiliares, podemos generalizar a la siguiente expresión:
Os dejo el siguiente vídeo sobre el acoplamiento entre máquinas, que espero os sea de interés.
Se define la fiabilidad como la probabilidad de que una unidad funcione satisfactoriamente en un intervalo de tiempo determinado, sin que sufra interrupciones de su trabajo por fallo de alguno de sus componentes, siempre que dicho dispositivo se emplee en condiciones establecidas.
El concepto de fiabilidad se encuentra relacionado con el de disponibilidad y el de mantenimiento. En efecto, las máquinas no son infalibles, y por tanto para aumentar su tiempo disponible en las obras se requiere una correcta política de reparación y mantenimiento.
La fiabilidad de un sistema formado por un conjunto de componentes depende de la fiabilidad individual de sus partes constitutivas. Consideraremos, para su estudio, los sistemas con componentes acoplados en serie y en paralelo.
En el caso de la maquinaria de movimiento de tierras, una cargadora se encontraría en serie respecto a un conjunto de camiones, puesto que si falla la cargadora o el conjunto de los camiones, el equipo se para. En cambio, los camiones se encuentran en paralelo entre ellos, pues aunque falle uno de ellos, el resto del equipo puede seguir funcionando.
Sistemas con componentes acoplados en serie
El fallo de cualquier unidad de un sistema acoplado en serie supone el fracaso del conjunto. Suponiendo que n elementos funcionan con independencia, y la i-ésima componente tiene una fiabilidad Ri(t), entonces la fiabilidad del sistema completo R(t) viene dada por el producto de las fiabilidades.
Consecuencia de la ley del producto es que la fiabilidad de un sistema con componentes acoplados en serie disminuye con rapidez al aumentar su número.
Con probabilidades de fallo muy pequeñas, el producto de las probabilidades es despreciable:
Sistemas con componentes acoplados en paralelo
Un sistema con componentes acoplados en paralelo solo dejará de funcionar si lo hacen todos los elementos que lo componen. Si n unidades que actúan con independencia se conectan en paralelo y la i-ésima componente presenta una fiabilidad Ri(t), la fiabilidad del sistema completo se obtiene de la siguiente forma:
y en cuanto a las probabilidades de fallo:
La ley del producto en este caso implica que la posibilidad de fallo de un sistema con componentes acoplados en paralelo disminuye con rapidez al aumentar su número.
Figura 1. Maquinaria de movimiento de tierras: dúmper articulado. Imagen: V. Yepes
La mecanización del trabajo en cualquier obra civil o de edificación es totalmente necesaria desde la perspectiva técnica, económica, humana e incluso jurídica. Las máquinas, que nacieron con el propósito de liberar al hombre de las tareas más penosas, se han convertido en herramientas para producir más, más barato y con mejor calidad. Han permitido abreviar la realización de labores que en otros tiempos parecían imposibles y, por consiguiente, han conseguido acelerar la acción del hombre sobre su entorno más inmediato. La adjudicación de un contrato de obras suele requerir de la empresa constructora la disposición de la maquinaria adecuada que garantice los plazos, las calidades y la seguridad. Además, determinadas unidades de obra no pueden ejecutarse sin el uso de la maquinaria, tales como las inyecciones, el pilotaje, los dragados, cimentaciones por aire comprimido, etc. En otros casos, la fabricación manual de hormigones, compactaciones de tierras, etc., no podría satisfacer las elevadas exigencias de los pliegos de condiciones técnicas vigentes.
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.
Con todo, las máquinas suponen fuertes inversiones para las empresas constructoras, que si bien son menores en las obras de edificación, mayores en las obras de carreteras e hidráulicas, son importantísimas en las obras portuarias. El índice de inversión en maquinaria, calculado como la relación entre el valor anual de adquisición de la misma y la obra total anual, oscila entre el 3 y el 13%. Se estima entre el 13% y el 19% el índice de mecanización -valor del parque de maquinaria respecto a la producción anual- de las firmas constructoras.
Aunque existen múltiples criterios para clasificar las máquinas, en las Figuras 2 y 3 se presenta una ordenación de los distintos equipos empleados tanto en edificación como en obra civil.
Figura 2. Clasificación de la maquinaria de edificaciónFigura 3. Clasificación de la maquinaria de obra civil
Otra posible agrupación de la maquinaria es la que utiliza la Hacienda Pública para la clasificación de contratistas:
Grupo 1.- Material de bombeo, aire comprimido, sondeos y cimentaciones.
Grupo 2.- Material de producción y transformación de energía.
Grupo 3.- Maquinaria de movimiento de tierras.
Grupo 4.- Maquinaria de transporte.
Grupo 5.- Maquinaria de elevación.
Grupo 6.- Maquinaria de construcción de firmes.
Grupo 7.- Maquinaria de machaqueo y clasificación de áridos.
Grupo 8.- Maquinaria de hormigonado y edificación.
Grupo 9.- Maquinaria para construcción de ferrocarriles.
La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso online sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”. El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Empieza próximamente. Hay plazas limitadas.
Os paso un vídeo explicativo y os doy algo de información tras el vídeo.
Este es un curso básico de técnicas y equipos de compactación superficial y profunda de suelos en obras civiles y de edificación. Se trata de un curso que no requiere conocimientos previos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado para que el estudiante pueda profundizar en aquellos aspectos que les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.
En este curso aprenderás los conceptos básicos de las técnicas y equipos necesarios para la compactación de suelos, así como para su control, rendimientos y costes. El curso se centra especialmente en la comprensión de los procedimientos constructivos y la maquinaria específica necesaria para la compactación, tanto superficial como profunda. Es un curso de espectro amplio que incide en el conocimiento de la maquinaria y procesos constructivos. Resulta de especial interés desarrollar el pensamiento crítico del estudiante en relación con la selección de las mejores soluciones constructivas para un problema determinado. El curso trata llenar el hueco que deja la bibliografía habitual, donde los aspectos de proyecto, geotecnia, hidrogeología, estructuras, etc., oscurecen los aspectos puramente constructivos. Asimismo, está diseñado para que el estudiante pueda ampliar por sí mismo la profundidad de los conocimientos adquiridos en función de su experiencia previa o sus objetivos personales o de empresa.
El contenido del curso se organiza en 50 lecciones, que constituyen cada una de ellas una secuencia de aprendizaje completa. La dedicación aproximada para cada lección se estima en 1-2 horas, en función del interés del estudiante para ampliar los temas con el material adicional. Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante afronta una batería de preguntas cuyo objetivo fundamental es afianzar los conceptos básicos y provocar la duda o el interés por aspectos del tema abordado. Al final se han diseñado tres unidades adicionales para afianzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, donde lo importante es desarrollar el espíritu crítico y la argumentación a la hora de decidir la conveniencia de un procedimiento de control del agua u otro. Por último, al finalizar el curso se realiza una batería de preguntas tipo test cuyo objetivo es conocer el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.
El curso está programado para 75 horas de dedicación por parte del estudiante. Se pretende un ritmo moderado, con una dedicación semanal en torno a las 10-15 horas, dependiendo de la profundidad requerida por el estudiante, con una duración total de 6 semanas de aprendizaje.
Este curso único, impartido Víctor Yepes, Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València, se presenta mediante contenidos multimedia interactivos y de alta calidad dentro de la plataforma virtual Moodle, combinado con la realización de ejercicios prácticos. Así mismo, se realizarán clases en directo mediante videoconferencias, que podrán ser vistas en diferido en caso de no poder estar presente en las mismas.
Objetivos
Los objetivos de aprendizaje son los siguientes:
Comprender la utilidad y las limitaciones de la maquinaria y de las técnicas de compactación superficial y profunda de terrenos
Evaluar y seleccionar la mejor maquinaria y técnica de compactación en unas condiciones determinadas, considerando la economía, la seguridad y los aspectos medioambientales
Programa
– Lección 1. Composición y clasificación de suelos
– Lección 2. Materiales de terraplén
– Lección 3. Efectos de la compactación y deformaciones
– Lección 4. Porosidad y permeabilidad
– Lección 5. La curva de compactación
– Lección 6. Densidad de los suelos granulares
– Lección 7. Ensayo Proctor
– Lección 8. Sistemas de compactación: compactación normal y seca
– Lección 9. Ensayos de resistencia del suelo
– Lección 10. Fundamentos de las técnicas de compactación
– Lección 11. Clasificación de los equipos de compactación mecánica
– Lección 12. Apisonadoras estáticas de rodillos lisos
– Lección 13. Compactadores estáticos de patas apisonadoras
– Lección 14. Compactadores estáticos de ruedas neumáticas
– Lección 15. Rodillos de malla y compactador por impactos con rodillo lobular
– Lección 16. Introducción a la compactación vibratoria
– Lección 18. Compactadores de pequeño tamaño y de tracción manual
– Lección 19. Compactadores de zanja
– Lección 20. Selección del equipo y método de compactación
– Lección 21. Espesor de tongada y número de pasadas óptimo: tramo de prueba
– Lección 22. Normas y recomendaciones de trabajo
– Lección 23. El control de la compactación
– Lección 24. Condiciones de seguridad de los compactadores
– Lección 25. Costes y productividad de la compactación
– Lección 26. Compactación de aglomerado asfáltico
– Lección 27. Mejora del terreno mediante vibrocompactación
– Lección 28. Mejora del terreno mediante Terra-Probe
– Lección 29. Método vibroalas para mejora de suelos no cohesivos
– Lección 30. Compactación por resonancia de suelos
– Lección 31. Compactación dinámica
– Lección 32. Compactación dinámica rápida
– Lección 33. Sustitución dinámica
– Lección 34. Compactación con explosivos
– Lección 35. Compactación por impulso eléctrico
– Lección 36. Refuerzo del terreno mediante inclusiones rígidas
– Lección 37. Pilotes de compactación
– Lección 38. Columna de grava mediante vibrodesplazamiento
– Lección 39. Columna de grava mediante vibrosustitución
– Lección 40. Columnas de grava ejecutadas por medios convencionales
– Lección 41. Columnas de grava compactada
– Lección 42. Columnas de arena compactada
– Lección 43. La estabilización de suelos
– Lección 44. Estabilización de suelos con cal
– Lección 45. Estabilización de suelos con cemento
– Lección 46. Estabilización de suelos con ligantes bituminosos
– Lección 47. Problema resuelto sobre rendimientos y costes
– Lección 48. Problema resuelto sobre curva de compactación
– Lección 49. Problema resuelto sobre tramo de prueba
– Lección 50. Problema resuelto sobre control de calidad
– Supuesto práctico 1.
– Supuesto práctico 2.
– Supuesto práctico 3.
– Batería de preguntas final
Profesorado
Víctor Yepes Piqueras
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València
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. 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 5 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de un centenar artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 8 libros, 22 apuntes docentes y más de 250 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 16 tesis doctorales, con 8 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.
Las dos condiciones esenciales que tiene que cumplir un suelo para que sea utilizable son:
Que sea posible su puesta en obra en las debidas condiciones.
Que la obra sea estable y las deformaciones que se produzcan durante su vida resulten tolerables.
Estas dos condiciones dependen, por un lado, de las características intrínsecas del material y por otro, del estado natural en que se encuentre, influido primordialmente por su contenido de humedad.
Los materiales a utilizar en un terraplén son aquellos fáciles de apisonar y que una vez compactados son resistentes a la deformación y poco sensibles a los cambios de humedad o a las heladas.
En España, el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales establece, en su artículo 330 “Terraplenes”, distintos tipos de suelos, en función de su granulometría, plasticidad, capacidad de soporte o resistencia a la deformación, posibilidad de entumecimiento, densidad máxima Proctor y contenidos de materia orgánica. Se dividen en suelos intolerables, tolerables, adecuados y seleccionados.
El Pliego distingue en los terraplenes cuatro zonas: cimiento, núcleo, espaldón y coronación. El cimiento lo define “la parte inferior de un terraplén en contacto con la superficie de apoyo, siendo su espesor mínimo de un metro” y la coronación sería la “la parte superior del relleno tipo terraplén, sobre la que se apoya el firme, con un espesor mínimo de dos tongadas y siempre mayor de cincuenta centímetros”. El espaldón es “la parte exterior de relleno tipo terraplén que, ocasionalmente, formará parte de los taludes del mismo. No se considerarán parte del espaldón los revestimientos tipo vegetal, encachados, protecciones antierosión, etc.” El núcleo es la “parte del terraplén comprendida entre el cimiento y la coronación”. Se nombra explanada al nivel del asiento del firme.
Figura 2. Zonificación bajo la explanada de una carretera
Sin embargo, hay que matizar al respecto que, una vez eliminada la cobertura vegetal, puede existir una zona, en contacto con el firme, —que es la parte superior del terraplén, y, por tanto, debería ser coronación—, pese a “estar por debajo de la superficie original del terreno”, y en segundo lugar, que si hay que hacer excavación adicional por presencia de material inadecuado, se ejecuta un “cajeado de desmonte”, que es una unidad de obra que debe cumplir especificaciones distintas a las exigidas al cimiento, por lo que deberemos diferenciarla. Por tanto, se propone definir el cimiento como “aquella parte del terraplén por debajo de la superficie original del terreno, que no corresponde a coronación ni a cajeado de desmonte”.
Los suelos inadecuados no cumplen las condiciones mínimas exigidas a los tolerables, y no pueden usarse en ninguna zona del terraplén. En núcleos y cimientos pueden emplearse los tolerables, adecuados o seleccionados. Los núcleos sujetos a inundación se formarán solo con suelos granulares (adecuados o seleccionados). En coronación deberán utilizarse suelos adecuados o seleccionados, aunque se pueden admitir los tolerables mejorados o estabilizados con cemento o cal.
Figura 3. Uso de suelos en función de la zonificación del terraplén, según PG-3
A efectos del artículo 330 del PG-3, los rellenos tipo terraplén estarán constituidos por materiales que cumplan alguna de las dos condiciones granulométricas siguientes:
Cernido, o material que pasa por el tamiz de 20 mm mayor del 70%
Cernido por el tamiz 0,080 mm mayor o igual al 35%
Se considerarán como suelos seleccionados aquellos que cumplen las siguientes condiciones:
Contenido en materia orgánica inferior al cero con dos por ciento (MO < 0,2%), según UNE 103204.
Contenido en sales solubles en agua, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2%), según NLT 114.
Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax # 100 mm).
Cernido por el tamiz 0,40 UNE menor o igual que el quince por ciento (# 0,40 ≤ 15%) o que en caso contrario cumpla todas y cada una de las condiciones siguientes:
Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80%).
Cernido por el tamiz 0,40 UNE, menor del setenta y cinco por ciento (# 0,40 < 75%).
Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al veinticinco por ciento (# 0,080 < 25%).
Límite líquido menor de treinta (LL < 30), según UNE 103103.
Índice de plasticidad menor de diez (IP < 10), según UNE 103103 y UNE 103104.
Se considerarán como suelos adecuados los que, no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados, cumplan las condiciones siguientes:
Contenido en materia orgánica inferior al uno por ciento (MO < 1%), según UNE 103204.
Contenido en sales solubles, incluido el yeso, inferior al cero con dos por ciento (SS < 0,2%), según NLT 114.
Tamaño máximo no superior a cien milímetros (Dmax ≤ 100 mm).
Cernido por el tamiz 2 UNE, menor del ochenta por ciento (# 2 < 80%).
Cernido por el tamiz 0,080 UNE inferior al treinta y cinco por ciento (# 0,080 < 35%).
Límite líquido inferior a cuarenta (LL < 40), según UNE 103103.
Si el límite líquido es superior a treinta (LL > 30) el índice de plasticidad será superior a cuatro (IP > 4), según UNE 103103 y UNE 103104.
Se considerarán como suelos tolerables los que, no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados ni adecuados, cumplen las condiciones siguientes:
Contenido en materia orgánica inferior al dos por ciento (MO < 2%), según UNE 103204.
Contenido en yeso inferior al cinco por ciento (yeso < 5%), según NLT 115.
Contenido en otras sales solubles distintas del yeso inferior al uno por ciento (SS < 1%), según NLT 114.
Límite líquido inferior a sesenta y cinco (LL < 65), según UNE 103103.
Si el límite líquido es superior a cuarenta (LL > 40) el índice de plasticidad será mayor del setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP > 0,73 (LL-20)).
Asiento en ensayo de colapso inferior al uno por ciento (1%), según NLT 254, para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500, y presión de ensayo de dos décimas de megapascal (0,2 MPa).
Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al tres por ciento (3%), para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500.
Se considerarán como suelos marginales los que no pudiendo ser clasificados como suelos seleccionados, ni adecuados, ni tampoco como suelos tolerables, por el incumplimiento de alguna de las condiciones indicadas para estos, cumplan las siguientes condiciones:
Contenido en materia orgánica inferior al cinco por ciento (MO < 5%), según UNE 103204.
Hinchamiento libre según UNE 103601 inferior al cinco por ciento (5%), para muestra remoldeada según el ensayo Proctor normal UNE 103500.
Si el límite líquido es superior a noventa (LL > 90) el índice de plasticidad será inferior al setenta y tres por ciento del valor que resulta de restar veinte al límite líquido (IP < 0,73 (LL-20)).
Se considerarán suelos inadecuados:
Los que no se puedan incluir en las categorías anteriores.
Las turbas y otros suelos que contengan materiales perecederos u orgánicos tales como tocones, ramas, etc.
Los que puedan resultar insalubres para las actividades que sobre los mismos se desarrollen.
Referencias:
ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.
ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.
Figura 1. Rodillo compactador vibratoria hidráulico de un solo tambor LSD216H. http://changlin.es/3-2-6-hydraulic-road-roller.html
Son los equipos más versátiles usados en obras de tierra, con una gran polivalencia. Permite su uso en la compactación de tierras, gravas, arenas, aglomerados asfálticos, etc. Con preferencia son adecuados para terrenos granulares, aunque dependiendo del peso su aplicación puede llegar a suelos plásticos. Sus cargas son menores que los remolcados, pero son maniobrables, permitiendo el trabajo en ambos sentidos de marcha.
El elemento vibrante lo constituye un tambor en cuyo interior gira un eje provisto de masas excéntricas. El cilindro está montado en el eje delantero sobre un bastidor que se une mediante una articulación central al resto de la máquina, lo que le permite giros de hasta 45º con la dirección de avance, y de hasta 15º en ambos sentidos en vertical. El radio de giro puede llegar a 3,00 m en algunos modelos.
Consta, en su eje trasero, de dos neumáticos de gran agarre. Allí descansa el peso de la cabina, órganos de dirección y motor.
El ancho del rodillo oscila entre 1,70 y 2,50 m, suponiendo una amplitud de máquina que, incluido el bastidor, entre 2,00 y 2,80 m. El diámetro del cilindro varía de 1,30 a 1,50 m.
El peso de estos equipos varía entre 8 y 18 toneladas. Normalmente trabajan con dos intervalos de frecuencia: de 25-30 Hz la primera y de 32-38 Hz la segunda, siendo las amplitudes nominales de 1,2-2,0 mm y 0,4-0,8 mm, respectivamente.
Aunque pueden desplazarse a 20 km/h, en trabajo pueden llegar a 8 km/h. Algunos modelos incorporan tracción también al cilindro vibrante, con lo cual se pueden vencer pendientes incluso del 50%.
Os dejo a continuación algunos vídeos respecto a este compactador.
Referencias:
ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.
ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.
Figura 1. Ralph Roscoe Proctor (1894-1962) https://www.eng.hokudai.ac.jp/labo/geomech/ISSMGE%20TC202/proctor.html
El peso específico seco es un índice que evalúa la eficiencia de un proceso de compactación, pero debido al diferente comportamiento de los distintos rellenos, suele utilizarse el denominado grado de compactación o porcentaje alcanzado respecto a un peso unitario patrón, obtenido con cada suelo en un ensayo normalizado.
El ingeniero Ralph Roscoe Proctor inició en 1929 una serie de trabajos, publicados en 1933, en los cuales se constató la relación entre humedad-peso específico seco y la influencia de la energía de compactación. Propuso un ensayo normalizado con el cual obtener la curva de ensayo Proctor correspondiente a una determinada energía, comunicada a una muestra del terreno mediante la caída desde altura fija de una pesa y un determinado número de veces. Por cierto, a pesar de que la palabra Proctor es llana y en castellano debería acentuarse, por respeto al apellido del autor, se mantiene este sin modificarlo. Esta es la tradición que han seguido los libros de texto españoles en carreteras en el ámbito universitario.
Con posterioridad, el Corps of Engineers de la U. S. Army propuso el Proctor Modificado, con una aplicación de energía unas cuatro veces y media superior al Proctor Normal. El ensayo Proctor Modificado consume una energía de 0,75 kWh/m3, mientras que el Proctor Normal equivale a 0,16 kWh/m3. Estos ensayos se encuentran normalizados en España por las normas UNE 103-500-94 y UNE 103-501-94 (ASTM D-698 o ASTM D-1557, en normas americanas).
Para realizar el ensayo, además del equipamiento de laboratorio común a muchos ensayos como son una báscula, una estufa de secado o pequeño material (bandejas, mazo de goma, palas, etc.), se requiere un equipamiento específico tal y como muestra la Figura 2.
Hay que hacer notar que el procedimiento para realizar tanto el Proctor Normal como el Proctor Modificado es el mismo, siendo sus diferencias principales los parámetros básicos del ensayo. En particular, las diferencias relevantes son el tipo de maza y molde de las probetas.
Figura 2. Molde del ensayo del Proctor Modificado
El experimento consiste en introducir capas sucesivas, con una humedad conocida, en el interior de un cilindro y golpear cada una con idéntico número de golpes mediante una maza que cae desde una altura normalizada. Se trata de medir el peso específico seco de la muestra y construir una curva para cada humedad diferente tomada. Son suficientes en general cuatro o cinco operaciones para trazar dicha curva y determinar el peso específico máximo y su humedad óptima correspondiente. No hay una relación definida entre las densidades máximas obtenidas en los ensayos Proctor Normal y Modificado, aunque a modo orientativo podemos decir que en éste último la densidad oscila entre el 5 y 10% de incremento según sean suelos granulares a cohesivos. Se debe considerar que las curvas Proctor obtenidas reutilizando el terreno ofrecen pesos específicos máximos algo superiores a las que se obtienen con muestras de terrenos nuevas.
Figura 3. Curva de compactación del Proctor Modificado. http://www2.caminos.upm.es/departamentos/ict/lcweb/ensayos_suelos/proctor_modificado.html
El ensayo Proctor origina una compactación por impacto, en tanto que en obra no siempre son habituales los compactadores de este estilo. Así existen otros ensayos en laboratorio, como NLT-311/96 que determina la densidad máxima y humedad óptima de compactación, mediante martillo vibrante, de materiales granulares con o sin productos de adición. Sería adecuado este ensayo cuando se utilizasen en obra rodillos vibratorios.
Las normas PG3 fijan como límites inferiores de la densidad máxima Proctor Normal 1,45 t/m3 para los suelos tolerables y 1,75 t/m3 para los suelos adecuados y seleccionados. En el lenguaje coloquial a veces se confunden pesos específicos con densidades, aunque son conceptos distintos. La unidad de masa común en laboratorio de 1 g/cm3 se debe multiplicar por la aceleración de 9,81 para convertirlo en kN/m3, que es la unidad correcta en el Sistema Internacional. A efectos prácticos suelen usarse indistintamente dichos conceptos, aunque es recomendable el uso del Sistema Internacional.
Raras veces de admite un peso específico seco inferior al 95% del máximo Proctor Normal obtenido en laboratorio, ya que un material suelto, sin apisonar, presenta un valor próximo al 85%. La normativa limita (ver Tabla 1) los valores para carreteras en función de la Intensidad Media Diaria (IMD) de vehículos pesados. De esta forma, para la zahorra artificial y tráficos T00 y T2, se exige un mínimo del 100% PM; para zahorra artificial y tráficos T3, T4 y arcenes, un mínimo del 98% PM. En cambio, para la zahorra natural, que suele colocarse en las capas inferiores (subbase), la densidad mínima es del 98% PM.
Es importante indicar que a veces es posible superar el 100% del Proctor correspondiente sin que por ello se pueda afirmar que la capa está suficientemente compactada. Ello es posible, entre otras posibles causas, cuando la capa ensayada presenta gran cantidad de gruesos cuyo elevado peso específico respecto al promedio del resto de la capa hace subir el valor del peso específico in situ. Tengamos presente que el ensayo en laboratorio se realiza sobre la fracción de suelo inferior a 20 mm. En estos casos es necesario realizar una corrección.
El proyecto (o Director de las obras) debe definir el ensayo de referencia: el ensayo Proctor Normal o Proctor Modificado. En la mayoría de los casos, el ensayo de referencia es el Proctor Modificado, pues puede reproducir con mayor fidelidad las condiciones de compactación de la obra, que emplea compactadores más pesados debido al aumento de la carga por eje experimentado por los vehículos. Sin embargo, en suelos expansivos se recomienda el Proctor Normal. Este ensayo también es más útil en compactaciones menores, como son las correspondientes a relleno de zanjas o ejecución de caminos.
Os dejo un vídeo elaborado por los alumnos de Ingeniería Civil de la Universidad de Granada donde nos cuentas cómo realizar el ensayo Proctor.
Aquí tenéis una explicación del profesor Agustín Rodríguez, que igual os puede complementar ideas.
Referencias:
ABECASIS, J. y ROCCI, S. (1987). Sistematización de los medios de compactación y su control. Vol. 19 Tecnología carreteras MOPU. Ed. Secretaría General Técnica MOPU. Madrid, diciembre.
ROJO, J. (1988): Teoría y práctica de la compactación. (I) Suelos. Ed. Dynapac. Impresión Sanmartín. Madrid.
En un artículo anterior definimos la distancia crítica de transporte en un movimiento de tierras como aquella distancia en la que el equipo de cargadoras y camiones está equilibrado. Es decir, ni sobran ni faltan camiones o cargadoras. O dicho de otra forma, es la distancia de transporte en la que no existen esperas en las máquinas. Esta es una distancia teórica, puesto que para calcularla debemos conocer todos los datos de antemano, y estos no son deterministas. Por otra parte, en obra ocurre lo contrario: tenemos una distancia de transporte como dato, pero en este caso se trataría de saber cuántos camiones y cargadoras serían necesarios para que no existiesen demoras. Afortunadamente en obra se puede corregir rápidamente cualquier desfase. En dicho artículo proporcionamos, incluso, una calculadora en línea para que se pudiesen visualizar los cambios.
