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Compensación de tierras: el diagrama de masas

Figura 1. Perfil del terreno y diagrama de masas (Bruckner)

Cuando todas las tierras a desmontar, después del oportuno estudio geotécnico, resultan aprovechables para la ejecución de los terraplenes, no es necesario desecharlas o llevarlas a vertederos o “caballeros”. Si todos los terraplenes necesarios pueden construirse con los productos obtenidos del desmonte, no será necesario recurrir a tierras de “préstamo”. Si ambas condiciones se cumplen simultáneamente, lo cual es difícil de lograr, se producirá una compensación total de tierras.

Para lograr este objetivo, no habrá que olvidar el “entumecimiento” que sufren las tierras excavadas al compactarlas. Además, para planificar el transporte de la tierra, es necesario contar con el “esponjamiento” que experimenta el terreno natural al excavarlo.

Si en una sección a media ladera se emplean los productos procedentes del desmonte en la ejecución del terraplén de dicho tramo, lograremos una compensación transversal (Figura 2) que es, en principio, la opción más económica, pues implica un menor costo de transporte. En este sentido, el buldócer suele ser la opción más adecuada. Sin embargo, también debemos analizar la compensación longitudinal de tierras, es decir, qué haremos con el excedente de tierra de cada desmonte para construir el terraplén requerido, así como el costo del transporte asociado a esta operación. Por tanto, es fundamental considerar los medios auxiliares necesarios para llevar a cabo la obra de manera eficiente.

En la planificación de obras de infraestructuras lineales, la elección de la maquinaria para el movimiento de tierras se basa en las condiciones del terreno y las distancias de transporte estimadas a partir de los volúmenes de excavación y relleno. Estos datos se representan en los diagramas de masas, también llamado diagrama de Bruckner, que permite ajustar la compensación longitudinal y las distancias de transporte de los volúmenes de desmonte y terraplén (Figura 1). En este diagrama, la diferencia de ordenadas entre dos puntos mide el volumen a mover entre ambos. Además, los puntos de corte del perfil del terreno con la rasante de la vía corresponden a máximos o mínimos en el diagrama de masas.

En ocasiones, la optimización técnica puede no ser rentable por los altos costos de combustible de maquinaria pesada, como las traíllas. Esto podría obligar a buscar préstamos o recurrir a vertederos, lo que implica gastos adicionales y la responsabilidad de rehabilitar y reforestar el área, además de pagar cánones a los propietarios. Es importante tener en cuenta la calidad de los materiales que se encuentren en el terreno, tanto dentro como fuera de la traza, a través de sondeos geotécnicos, pues esto afecta la distribución de las tongadas y las distancias de transporte, dependiendo de si se trata de pedraplenes, suelos seleccionados, etc.

La compensación adecuada de volúmenes se ve afectada significativamente por su impacto ambiental. Por lo tanto, se busca no solo igualar los volúmenes de desmonte y terraplén para minimizar los costos, sino también reducir el impacto ambiental. Esto implica evitar la construcción de terraplenes altos y prolongados que ocupen áreas de alto valor económico o ecológico, y en su lugar, construir viaductos. En algunos casos, los grandes costos de desmontes se evitan mediante la construcción de túneles o la implementación de permeabilidad territorial.

Sin embargo, todo esto puede aumentar significativamente los costos del proyecto, lo que requiere que el Director del Proyecto (representante de la propiedad) esté dispuesto a gastar el dinero. Por lo tanto, el autor del proyecto debe conocer las demandas y prioridades de la propiedad con respecto al impacto ambiental.

Algunas de las recomendaciones en la compensación de volúmenes son las siguientes:

Un factor importante que influye en la compensación de volúmenes son las obras de drenaje transversal, caños, estructuras, etc. que pueden requerir curvas y pendientes en las pistas de acarreo, lo que puede distorsionar las distancias teóricas.
Es fundamental considerar que los volúmenes de desmonte y terraplén dependen de la diferencia entre la cota del terreno y la del perfil de la obra. Por lo tanto, es posible modificar ambos volúmenes mediante la alteración del perfil de la obra.
Un aumento de las cotas del trazado reduce el volumen de desmonte y aumenta el de terraplenes, mientras que una disminución produce un aumento de desmontes y una disminución de terraplenes. De esta manera, ajustando la rasante, es posible lograr la compensación óptima entre ambos volúmenes.
Es recomendable buscar una compensación de volúmenes por tramos no demasiado largos, en lugar de referirse a la totalidad de la obra, pues puede generar distancias de transporte excesivamente largas.

A continuación os dejo varios vídeos explicativos y varios problemas resueltos que, espero, sean de vuestro interés. Se trata de uno de los muchos casos que explicamos en el Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción. Os animo a que, si estáis interesados, os informéis de este curso en línea.

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Referencias:

YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

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

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción.

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Códigos abiertos para la elaboración de nomogramas en el ámbito de la ingeniería civil y minera

En este artículo se hace una introducción sobre los códigos abiertos, PyNomo y Nomogen, para la elaboración de nomogramas o ábacos de útil aplicación en el ámbito de la ingeniería civil y minera, resolviendo de forma gráfica y eficiente ecuaciones comúnmente utilizadas y sin necesidad de realizar cálculos manuales exhaustivos. Se presentan varios ejemplos de nomogramas realizados con PyNomo y Nomogen que servirán para mostrar la utilidad de estos códigos abiertos en el campo de la ingeniería hidráulica. Se trata de una colaboración internacional con profesores de Finlandia, Canadá y Australia, cuyo resultado se ha publicado en la revista inGEOpress, en su número de abril del 2023.

La nomografía se puede definir como aquella rama de las matemáticas que se encarga de la representación gráfica de ecuaciones a través de nomogramas (también conocidos como ábacos) que permiten poner en relación tres o más variables resolviendo una de ellas cuando se conocen el resto. Esta área de las matemáticas fue implantada en 1880, y posteriormente desarrollada por Maurice d’Ocagne. El empleo de la nomografía tuvo su mayor desarrollo en el siglo pasado como una forma de resolver de forma rápida y precisa complejas expresiones matemáticas en sectores tan diversos como medicina, aeronáutica, hidráulica, química, física, matemáticas, electrónica, radio, balística, alimentación, etc. Por ello, son innumerables los ejemplos que han llegado hasta nuestros días y que aún aparecen en libros especializados de ingeniería, especialmente hidráulica, ingeniería civil, minería, etc. . Además, en la actualidad, todavía es común que un gran volumen de documentación técnica, folletos de especificaciones técnicas y catálogos de equipos faciliten el cálculo de numerosas expresiones a través de nomogramas.

Referencia:

MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; YEPES, V.; ROSCHIER, L.; BOULET, D.; BLIGHT, T. (2023). Introducción de los códigos abiertos PyNomo y Nomogen para la elaboración de nomogramas en el ámbito de la ingeniería civil y minera. Ingeopres, 302:66-70.

Os paso a continuación el artículo entero por si os resulta de interés.

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Los documentos contractuales en la contratación de las obras

El proceso de construcción de una obra implica una serie de etapas que van desde la concepción de la idea hasta la ejecución del proyecto. Una vez se decide contratar la ejecución de las obras, el promotor debe preparar los documentos contractuales para establecer los términos y condiciones que regirán la obra.

En este sentido, la justificación de la solución adoptada, la definición gráfica del trabajo a ejecutar, las condiciones técnicas de los materiales, el coste estimado, la duración y secuencia cronológica de las actividades, así como las condiciones generales y particulares del contrato son elementos clave que deben ser precisados en estos documentos. En este artículo, se profundiza en la importancia de cada uno de ellos para lograr una gestión eficiente de la obra.

Una vez se decide contratar la ejecución de las obras, el promotor debe preparar los documentos contractuales para clarificar los siguientes aspectos:

La justificación de la solución adoptada, mediante una memoria.
La definición gráfica del trabajo a ejecutar, mediante planos.
Las condiciones técnicas de los materiales, equipos e instalaciones, así como la ejecución de los trabajos, en cuanto a la calidad y al nivel de cumplimiento esperado, mediante un pliego de prescripciones técnicas particulares.
El coste estimado del trabajo, a través de precios unitarios, generalmente reflejados en un presupuesto.
La duración y secuencia cronológica de cada una de las actividades que comprenden la obra, mediante un programa de trabajos.
Las condiciones generales del contrato, mediante pliegos administrativos generales, reglamentos y ley.
Las condiciones particulares del contrato, donde se especifiquen los derechos y obligaciones de las partes, mediante un pliego de cláusulas administrativas particulares.
Las condiciones a cumplir por los ofertantes, incluyendo la documentación a presentar y la valoración prevista de las proposiciones, mediante un pliego de cláusulas administrativas particulares.
El propio contrato.

Los documentos necesarios para la contratación de una obra se pueden dividir en dos grupos: técnicos y contractuales. Los cuatro primeros documentos forman el grupo técnico y conforman el proyecto junto con la memoria justificativa de la solución adoptada. El programa de trabajos suele integrarse en esta memoria y, si es necesario, formará parte del contrato. El otro grupo es el de los documentos administrativos, que incluyen las cláusulas generales exigidas por la legislación vigente y las particulares expresadas en el pliego de cláusulas administrativas. Además, este grupo incluye las condiciones del proceso de selección de contratistas y la forma de adjudicación del contrato.

En los procedimientos de contratación tradicionales, estos documentos suelen elaborarse por el proyectista en beneficio del promotor. Sin embargo, algunos promotores importantes, especialmente los públicos, disponen de condiciones generales de contratación y documentos tipo adaptados a sus necesidades.

En procedimientos de contratación en los que el trabajo no se ha definido por completo, el promotor establece un plan general a seguir. Los licitadores deben desarrollar, total o parcialmente, los documentos técnicos mencionados anteriormente por su cuenta, lo que significa que las soluciones propuestas por cada uno se utilizan para valorar y comparar las ofertas.

En definitiva, la elaboración de los documentos contractuales y técnicos necesarios para la contratación de una obra es una tarea crucial que debe realizarse con gran detalle y cuidado. Estos documentos proporcionan las especificaciones técnicas, los términos y condiciones del contrato y otros detalles relevantes para la gestión eficiente de la obra. Es fundamental destacar que la elaboración de estos documentos debe llevarse a cabo por profesionales experimentados en la materia para garantizar la correcta interpretación y cumplimiento de cada uno de los términos y condiciones estipulados. En este sentido, la calidad de los documentos contractuales es un factor fundamental para garantizar el éxito del proyecto de construcción.

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.

YEPES, V. (2008). Site Setup and Planning, in Pellicer, E. et al.: Construction Management. Construction Managers’ Library Leonardo da Vinci: PL/06/B/F/PP/174014. Ed. Warsaw University of Technology, pp. 102-114. ISBN: 83-89780-48-8.

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Índice de huecos de un suelo ideal formado por esferas de igual tamaño

En un artículo previo, se describieron las propiedades volumétricas y gravimétricas de un suelo, específicamente, los conceptos de índice de huecos y porosidad. El índice de huecos, también llamado relación de vacíos, es el cociente entre el volumen de vacíos y el volumen sólido de un suelo. La porosidad es la fracción entre el volumen de huecos respecto al total.

En este artículo, abordaremos el cálculo del índice de huecos y la porosidad de un suelo ideal compuesto por esferas del mismo tamaño. También calcularemos la reducción en el espesor de una capa de esferas desde su estado más suelto hasta su estado más compacto. Este ejercicio es meramente teórico, pero tiene como objetivo clarificar conceptos importantes.

Este problema es un ejemplo de lo que se imparte en el curso en línea sobre “Compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación”, que podéis encontrar aquí: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-compactacion-superficial-y-profunda-de-suelos-en-obras-de-ingenieria-civil-y-edificacion/

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Referencias:

YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

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Los grupos electrógenos en una obra

https://protelec.com.pe/lp/mantenimiento-grupos-electrogenos-lima-peru

Los generadores eléctricos se utilizan para suministrar energía eléctrica cuando es necesario reemplazar la electricidad proveniente de la red general, ya sea porque las exigencias de la obra o porque no hay acceso a una red eléctrica. En algunos casos, es esencial emplear estos generadores debido a la falta de una red eléctrica, mientras que en otros, la demanda total de energía de la obra supera la capacidad ofrecida por la red general, lo que hace necesario recurrir a los generadores.

Además de las situaciones previamente mencionadas, hay otras en las que es necesario el uso de generadores eléctricos. Por ejemplo, cuando la cercanía a la red general no es suficiente para conectarse debido a los costos derivados del enganche y la instalación de la línea, así como el costo por kW. En estas situaciones, puede ser más conveniente usar sistemas propios de producción de energía eléctrica. En cuanto a su función, los generadores pueden generar energía total, ofrecer un servicio continuo, cubrir las horas pico o actuar como fuente de energía de emergencia.

Los grupos mencionados están equipados con un motor de combustión interna, generalmente diésel, y un generador eléctrico que suministra energía eléctrica a la obra en construcción. Su potencia varía habitualmente entre 10 y 100 kVA trifásicos y tienen arranque bajo demanda en función del escenario o la potencia requerida. En construcciones de gran envergadura, se han utilizado grupos electrógenos con capacidades de hasta 500 kVA trifásicos, que suelen ser silenciosos. También se instala comúnmente un grupo electrógeno de emergencia al finalizar la obra para garantizar el suministro eléctrico en caso de fallos en la red convencional. En la tabla siguiente se puede ver la potencia y el consumo de generadores diésel a 1.500 rpm, en función de la carga conectada.

Tabla. Potencia y consumo de generadores diésel a 1.500 rpm. https://maximdomenech.es/maquinaria-tv/grupos-electrogenos-que-son-tipos-y-como-elegir-el-adecuado/

El rendimiento de los equipos está directamente relacionado con la cantidad y tipo de generadores utilizados. En general, es más rentable y genera menos problemas emplear varios generadores simultáneamente en lugar de uno solo de alta capacidad. El uso de varios generadores permite realizar operaciones de mantenimiento o reparación en uno de ellos sin interrumpir la producción. Es recomendable usar generadores del mismo tipo, capacidad y fabricante para simplificar el almacenamiento y reducir el costo de las piezas de repuesto. De esta forma, se pueden intercambiar piezas entre los equipos si es necesario.

Es fundamental entender la capacidad adecuada del equipo o conjunto de equipos para su correcto funcionamiento, pues tanto la falta como el exceso de capacidad puede tener un impacto negativo en la vida útil del motor del generador. Si el equipo no cuenta con la capacidad suficiente para cubrir las necesidades de energía requeridas, se producirán sobrecargas y sobrecalentamientos, afectando negativamente el rendimiento del equipo y disminuyendo su vida útil. Por otro lado, si el equipo cuenta con una capacidad excesiva, este trabajará a bajas revoluciones por minuto, lo que puede ocasionar daños en el motor debido a su incorrecto funcionamiento.

Se recomienda el uso de varios grupos de generadores en lugar de un único grupo de gran capacidad, pues esto resulta más rentable y evita problemas de averías, reparaciones y revisiones. Al diseñar un conjunto de grupos, es importante garantizar que la suma de todos ellos tenga una reserva del 15% para casos de averías, revisiones, etc., sin afectar significativamente el rendimiento. El uso de varios generadores permite desconectar algunos de ellos durante horas de baja demanda, lo que ahorra combustible y aumenta su vida útil al permitir que los restantes trabajen a plena carga.

Os dejo algunos vídeos explicativos, que espero os resulten 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.

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El contrato de construcción de una obra

Para llevar a cabo cualquier actividad comercial o negocio, es imprescindible establecer un contrato. Tanto las entidades públicas como las privadas, que no cuentan con las capacidades, medios y procedimientos internos necesarios para construir, mantener, reparar o demoler infraestructuras, deberán contratar a terceros para realizar estas tareas, incluyendo su diseño y ejecución. Por lo tanto, un contrato de construcción se puede definir como un acuerdo legal entre dos partes que establece derechos y obligaciones, que se pueden hacer cumplir en los tribunales si es necesario. Para que un contrato de obra sea realmente efectivo, deben converger tres elementos que son fundamentales, el técnico, el administrativo y el jurídico. Debe manifestarse en términos de corresponsabilidades, que es lo que define la relación entre las partes implicadas.

Tradicionalmente, un contrato de obras involucra a dos partes: el promotor que desea construir, reparar o demoler la infraestructura y tiene los medios y métodos para pagar por ello; y el contratista (o empresa constructora adjudicataria) que posee los medios y métodos para construir la infraestructura por un precio acordado. No obstante, actualmente se aplican procedimientos de contratación alternativos que dependen de los agentes intervinientes. Entre ellos se pueden mencionar la contratación por lotes, el concurso de proyecto y obra, concesiones administrativas, dirección integrada de proyectos (o “project management”) y contratación llave en mano.

La base fundamental de cualquier relación contractual es el contrato en sí mismo. La oferta presentada por la empresa adjudicataria es considerada vinculante, pero antes de proceder a su formalización, es necesario enviar una carta de confirmación de la adjudicación del contrato a la empresa constructora seleccionada. Para que dicha adjudicación sea efectiva, debe ser formalizada mediante la firma del contrato. Desde un punto de vista legal, el contrato formal es un documento que vincula a dos partes: el promotor y el contratista, y debe contener la siguiente información esencial:

Los nombres y filiación del promotor y del contratista.
La fecha en que se firma el contrato.
La ubicación y naturaleza de los trabajos a ejecutar.
El presupuesto de adjudicación.
Los documentos contractuales, que incluyen la oferta presentada (junto con el programa de trabajos propuesto), los planos, el pliego de prescripciones técnicas particulares y los cuadros de precios.

Además de los datos básicos que deben incluirse en un contrato de ejecución de obra, las partes pueden añadir todos los detalles que consideren necesarios para dejar claros los términos del acuerdo. Esto puede incluir información sobre la obra en cuestión, así como las obligaciones y derechos de cada parte, los riesgos o situaciones especiales que pudieran presentarse, y la manera en que se deberán abordar y resolver dichas situaciones.

Al igual que ocurre con otros elementos de los documentos contractuales, existen formatos estándar disponibles, preparados por los promotores públicos, que pueden aplicarse a distintos tipos de documentos contractuales. Si alguna de las partes introduce enmiendas a las cláusulas del contrato, ambas deben estar de acuerdo con dichas modificaciones.

Existen dos tipos de contratos de obras: públicos y privados. En el caso de los contratos celebrados por las administraciones públicas, se deben ajustar a las disposiciones de la Ley 9/2017 de Contratos del Sector Público y su reglamentación correspondiente, que se basa en las Directivas del Parlamento Europeo y del Consejo 2014/23/UE y 2014/24/UE. La mayoría de los contratos de ingeniería civil se enmarcan en esta categoría debido a que los promotores suelen ser administraciones públicas. Por otro lado, en el sector privado, la contratación de obras se rige por el derecho civil y mercantil, y la mayoría de los contratos de edificación son privados debido a la naturaleza del promotor. A diferencia de los contratos administrativos, este tipo de contrato no requiere formalidades específicas y puede ser un intercambio de cartas entre las partes o incluso un acuerdo verbal. Sin embargo, para evitar posibles disputas en el futuro, es recomendable que incluso las obras más sencillas se formalicen mediante un contrato escrito.

Cuando un promotor necesita acordar la construcción de infraestructuras, existen cuatro enfoques posibles, independientemente del tipo de contrato:

Construcción por medios propios de la organización, ya sea una empresa privada o una administración pública.
Designación directa de una empresa constructora, aunque este procedimiento no es posible en la contratación administrativa, salvo en casos excepcionales.
Invitación a un número limitado de empresas constructoras, lo que equivale al “negociado” o “restringido” según los condicionantes, en la contratación administrativa.
Licitación del contrato mediante la publicidad adecuada, denominado “abierto” en la contratación administrativa.

Una administración pública puede referirse al Estado, a la Comunidad Autónoma, a la Diputación o al Ayuntamiento correspondiente, así como a organizaciones o entidades reguladas por la contratación pública. Cuando una administración pública realiza una contratación o intervienen fondos públicos, se aplican criterios de publicidad y libre concurrencia empresarial para garantizar la transparencia, objetividad e imparcialidad del proceso. Estos criterios se encuentran establecidos en la Ley 9/2017, por la que se transponen al ordenamiento jurídico español las Directivas del Parlamento Europeo y del Consejo 2014/23/UE y 2014/24/UE.

Os paso algunos vídeos explicativos al respecto del contrato de obra de construcción.

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.

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Estudio de la viabilidad económica de una obra

Una de las facetas donde el jefe de obra debe prestar mayor atención es al estudio de la viabilidad económica de la obra. En esta etapa, se busca obtener una estimación precisa del resultado económico final, así como prever cualquier cambio o acción que pueda conducir a mejorarlo. Para lograrlo, es necesario un análisis detallado de una serie de aspectos que se relacionan a continuación:

Medición correcta de la obra

La correcta medición de la obra es esencial para conocer su estado económico real y para realizar las compras a proveedores de forma adecuada. Medir es la mejor manera de conocer todos los detalles del proyecto, aunque en esta fase no es posible cuantificar todo, por lo que es importante centrarse en las partidas que se consideren prioritarias.

Si el contrato es de “precio cerrado”, la medición es especialmente relevante, pues puede tener un gran impacto en el resultado. En el caso de contratos de “precios unitarios”, incluso una pequeña variación en la medición de una unidad de obra puede afectar significativamente el resultado final, dependiendo del margen que se obtenga en esa unidad específica. Frente a unidades que generan pérdidas, un aumento en la medición empeora la situación, mientras que si disminuye, se reduce la merma en el resultado.

Una opción que algunas constructoras eligen es subcontratar a consultores de mediciones en la fase de oferta o en la fase de estudio inicial. Si el contrato es a “precio cerrado”, se recomienda medir toda la obra en la fase de oferta.

Costes directos / precios

Los proveedores son un elemento clave en el proyecto, y cuanto mayor sea su peso en el proyecto, mayor debe ser la exactitud de su estudio. En esta fase, puede haber una limitación de tiempo para negociar con proveedores, por lo que es necesario basarse en las ofertas de la fase de estudios y en la experiencia y bases de datos del propio jefe de obra. Es importante, al menos, tener actualizados los precios más significativos, solicitando ofertas específicas para la obra.

Costes indirectos

A partir de la programación inicial de las obras y la estimación de los medios y recursos necesarios para ejecutarlas, el jefe de obra realiza una primera estimación de los costes indirectos. Son costes indirectos todos aquellos que no son imputables directamente a unidades concretas, sino al conjunto de la obra, comunicaciones, almacenes, talleres, pabellones temporales para los operarios, laboratorios, los de personal técnico y los imprevistos.

Gastos generales de la empresa

A los costes anteriores hay que añadir los gastos generales de la empresa que, en numerosas ocasiones, escapa al control que puede realizar el jefe de obra y que vienen determinados por la propia constructora. Estos gastos generales incluyen, entre otros, la infraestructura de delegaciones y oficinas centrales, los gastos financieros, los seguros, etc. Un aspecto muy relevante de estos gastos es la financiación de la obra, que puede ser a partir de recursos propios de la empresa o ajenos. En ambos casos, se debe considerar un coste del capital empleado.

Resultado

Utilizando los datos previos, como las mediciones reales, los costes directos, los costes indirectos y los gastos generales de la empresa, y los precios de venta establecidos en el contrato, se llega a un primer resultado para la obra. A partir de este punto, la tarea del jefe de obra consiste en plantear posibles modificaciones al proyecto con el objetivo de mejorar el resultado inicial.

Modificaciones

Es tarea del jefe de obra detectar carencias, errores y omisiones en el proyecto, y analizar y proponer cambios que faciliten la ejecución y mejoren las condiciones económicas del contrato. Si se encuentran partidas que puedan afectar a la seguridad estructural o al cumplimiento de la normativa, se debe informar por escrito a la dirección facultativa para llegar a un acuerdo previo al inicio de la obra.

Las modificaciones se valoran y se introducen en el Estudio de Viabilidad, sustituyendo o complementando las partidas existentes. Normalmente, se realizan diferentes previsiones (APO):

A – Actual: Refleja la previsión de resultado con las partidas contractuales y las mediciones reales.
P – Previsto: Es el resultado anterior, incluyendo carencias, errores y omisiones.
O – Óptimo: Al resultado previsto se le incluyen posibles cambios propuestos.

Con estos datos, se puede disponer de la primera versión del estudio de ejecución, es decir, el resultado previsto al final de la obra, que deberá actualizarse a medida que avanza la obra.

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.

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Nomograma para el cálculo de la piedra de una voladura a cielo abierto según Ash

En un artículo anterior, presentamos el método de Langefors y Kihlström para voladuras en banco de pequeño diámetro. En él se incluía una fórmula para calcular el valor de la piedra, también conocido como valor de mínima resistencia o burden. Sin embargo, existen otros métodos para calcular este valor. En otro artículo también resolvimos este problema, incluyendo cinco métodos y dos nomogramas originales para su cálculo.

Aquí vamos a presentar un nuevo nomograma basado en la metodología de Ash (1963) y la resolución de un problema. Esta metodología es popular debido a su simplicidad, pero solo es apropiada para el diseño de voladuras al aire libre.

Agradezco sinceramente la colaboración de los profesores Pedro Martínez Pagán, Daniel Boulet, y Leif Roschier en la elaboración de este nomograma. A continuación, comparto el nomograma junto con la solución correspondiente del problema. Espero que esta información sea de utilidad e interés para mis lectores.

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Referencias:

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 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

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Nomograma para el cálculo de la producción del ripado y transporte con un buldócer

Figura 1. Buldócer Cat D9T. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:CatD9T.jpg

Uno de los ejemplos usuales es la producción de un buldócer (bulldozer, en inglés), que primero debe escarificar un terreno y luego debe empujarlo hasta una distancia de transporte determinada. En una entrada anterior dimos la resolución de la producción combinada de un buldócer.

Ahora os presentamos un nomograma elaborado junto con el profesor Pedro Martínez-Pagán sobre la producción del ripado y transporte con dicha máquina. Se han seguido las recomendaciones empíricas recogidas en el “Manual de arranque, carga y transporte en minería de cielo abierto” (Gómez de las Heras et al., 1995).

A continuación os voy a dar resuelto un problema de este tipo. Se trata de uno de los muchos casos que explicamos en el Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción. Os animo a que, si estáis interesados, os informéis de este curso en línea.

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Referencias:

GÓMEZ DE LAS HERAS, J.; MANGLANO, S.; TOLEDO, J.; LÓPEZ-JIMENO, C.; LÓPEZ-JIMENO, E. (1995). Manual de arranque, carga y transporte en minería a cielo abierto. Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, 604 pp.

YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción

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Construcción de túneles mediante perforación y voladura

Figura 1. Operaciones básicas integrantes del ciclo de excavación de túneles con explosivos

A pesar del avance tecnológico, la técnica de perforación y voladura sigue siendo popular en la excavación de túneles debido a sus ventajas. A diferencia de la excavación mecánica, la técnica de explosivos es versátil, trabajando con varios tipos de roca y secciones de obra. Además, se adapta a otros trabajos, es fácilmente transportable y la inversión inicial es reducida. Se trata de un método de frente abierto, que consiste básicamente en la realización de unos taladros que posteriormente se cargan con explosivos y se detonan. Los gases de la explosión penetran en las fracturas y desmenuzan la roca.

La técnica de arranque con explosivos se utiliza en rocas de alta resistencia con una velocidad sísmica del orden de 2000 a 2500 m/s, dependiendo de las condiciones del terreno o de la abrasividad de las rocas. Es aplicable a rocas con una resistencia a la compresión de 80 MPa o superior, incluso las más duras, lo que la hace más eficiente que la excavación mecánica. En estos casos, la excavación mecánica puede resultar antieconómica debido a la pérdida de rendimiento y el consumo de elementos de desgaste. Además, la técnica de perforación y voladura es más flexible y puede adaptarse a cambios litológicos o trastornos tectónicos en el terreno.

La técnica de excavación con explosivos consiste en realizar taladros en el frente de excavación, cargarlos con explosivos y detonarlos. Para perforar se emplean equipos como “jumbos” o carros perforadores. Uno de los principales objetivos de una buena voladura es evitar el deterioro excesivo de la roca circundante a la excavación, ya que una voladura inadecuada puede provocar sobreexcavaciones y caídas de bloques que generan problemas de estabilidad adicionales. Por lo tanto, es necesario efectuar voladuras controladas y técnicas como el precorte o las voladuras suaves para minimizar el daño estructural al terreno. En la Figura 1 se muestran las operaciones básicas que componen el ciclo de excavación de túneles con explosivos.

Los taladros se ajustan a una longitud de avance de entre 1 y 4 metros, según la resistencia de la roca. Aunque hay diferentes disposiciones de taladros, todas ellas deben atenuar el confinamiento generado por la onda expansiva, ya que solo hay una cara de salida disponible.

Figura 2. Zonas de una voladura en un túnel

La técnica de voladura en el frente de ataque consiste en una explosión controlada que se lleva a cabo mediante una secuencia. Se utilizan detonadores de retardo de milisegundos para activar las diferentes áreas de la carga en momentos distintos. Es necesario que en un principio se cree un hueco libre con los barrenos de cuele y contra-cuele, hacia el cual romperán las cargas restantes de la sección. Luego, se vuela la destroza y se da forma a la sección del túnel con los barrenos del piso (zapateras) y los barrenos de recorte o contorno.

La excavación de túneles puede llevarse a cabo en secciones completas o, si son demasiado grandes, por fases, empleando galerías de avance, destrozas laterales y/o banqueo del suelo. Los jumbos modernos presentan una ventaja significativa en comparación con los topos y minadores. A diferencia de los topos que solo pueden excavar secciones circulares y de los minadores que tienen una capacidad de cobertura limitada, los jumbos actuales pueden utilizarse para trabajos de perforación para el sostenimiento y tienen una gran movilidad que les permite desplazarse fácilmente de un frente a otro.

En términos de inversión, los equipos de perforación tienen un costo inferior en comparación con los minadores o topos para una misma sección de excavación. Por lo tanto, en obras lineales de reducida longitud, es el sistema más recomendable para su amortización e incluso se puede destinar a la ejecución de otras obras distintas.

Sin embargo, el arranque con explosivos presenta algunos inconvenientes en comparación con la excavación mecánica. Por ejemplo, los perfiles de excavación pueden ser más irregulares y la alteración del macizo rocoso remanente puede ser intensa si las voladuras no se disparan empleando técnicas de contorno en el perímetro. Ambos aspectos pueden aumentar los costos del sostenimiento y, sobre todo, del revestimiento mediante hormigonado.

Además, si se realizan perforaciones con explosivos en zonas urbanas, las vibraciones generadas por las voladuras pueden ser un factor limitante. Es necesario proteger la integridad de las edificaciones y otras estructuras subterráneas y evitar las molestias a las personas.

Ciclo básico de perforación y voladura

En primer lugar, es importante tener en cuenta que la excavación de túneles en roca usando la perforación y los explosivos es una operación cíclica y no continua.

El ciclo básico de excavación mediante perforación y voladura consta de las siguientes operaciones. Si solo se excava la parte superior y un banco en lugar de todo el frente, se tendrá un ciclo doble más complejo:

Perforación de barrenos en el frente a un patrón y profundidad adecuados.
Retirar el equipo perforador.
Carga del explosivo y retirada del personal.
Detonado de las cargas.
Evacuación de humos y ventilación.
Saneo de los hastiales y bóveda y bulonado.
Carga y transporte del escombro.
Labores de sostenimiento y gunitado.
Replanteo de la nueva voladura.

El tiempo que se tarda en completar un ciclo de excavación para un túnel con sección completa o de calota, en caso de que el avance se realice en varias fases, suele ser de uno a dos turnos, según la sección y el tipo de sostenimiento requerido. La distribución de tiempos suele seguir la tabla que se presenta a continuación:

Perforación de barrenos	10 – 30%
Carga del explosivo	5 – 15%
Voladura y ventilación	5 – 10%
Saneo y desescombro	15 – 35%
Sostenimiento	65 – 10%

En la tabla se puede observar que el tiempo destinado al sostenimiento en la sección de avance puede llegar a superar el 50% de la duración total del ciclo en los casos más desfavorables. Por otro lado, en la sección de destroza, estos tiempos suelen ser generalmente del orden de la mitad e incluso inferiores.

En general, se recomienda utilizar una tuneladora (TBM) para excavar túneles de más de 4,5 km de longitud y la técnica de perforación y voladura para túneles de menos de 1,5 km (ver Figura 3). Sin embargo, es importante tener en cuenta que esta es una guía general y que cada proyecto debe ser evaluado en función de factores específicos que puedan influir en la elección del método de excavación. Por ejemplo, puede haber casos en los que un túnel de 5 km se excave mediante la técnica de perforación y voladura en lugar de un TBM, o viceversa, en función de factores como la geología, la geometría, el impacto ambiental y los plazos de ejecución. Para los túneles cuya longitud está comprendida entre los 1,5 km y los 4,5 km, los costos de ejecución pueden ser similares, pero se deben tener en cuenta otros factores para tomar una decisión informada sobre el método de excavación más adecuado.

Figura 3. Coste según longitud del túnel excavado para los métodos con TBM y perforación y voladura. https://bestsupportunderground.com/tbm-perforacion-voladura/

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.

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