Julián Alcalá (en el centro), junto con el tribunal de su concurso-oposición.
En el día de hoy, 12 de noviembre de 2021, Julián Alcalá González ha superado con éxito su oposición al Profesor Titular de Universidad, dentro del Área de Ingeniería de la Construcción. Desde este blog quiero felicitarlo públicamente, pues pocos profesores son tan merecedores como él de ostentar esta plaza. A su amplia trayectoria académica, hay que sumar su extensísima experiencia profesional, especialmente en el diseño de puentes. Además, para mí fue un verdadero honor haber codirigido su tesis doctoral, pues fue una de las primeras. Ahora ya somos dos catedráticos (Fernando González Vidosa y Víctor Yepes) y dos profesores titulares (José V. Martí y Julián Alcalá) en la Unidad Docente de Procedimientos de Construcción del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València.
Reitero la felicitación pública y le animo a seguir trabando e investigando para que, más pronto que tarde, podamos ver en Julián a un nuevo Catedrático de Universidad.
Compactador Bomag de rodillo con patas apisonadoras. https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/Articulos/145132-Bomag-presenta-la-quinta-generacion-de-rodillos-autopropulsados.html
Suele ser habitual en este blog hacer preguntas como título al contenido de lo que se explica a continuación. La pregunta aquí expuesta tiene que ver con el control del proceso de la compactación de los suelos. En un artículo anterior ya hablamos del control de la calidad de la compactación, distinguiendo el control de recepción del control del proceso. En España el control de recepción parece que es el que prevalece para el cliente, mientras que la empresa constructora suele ocuparse del control del proceso para no incurrir en costes innecesarios. Pero esta forma de actuar no es común en todos los países, y menos con las nuevas tecnologías.
En efecto, atendiendo al control del proceso, hoy día la tecnología incorpora un control de la compactación automático que guía al conductor de la máquina a saber si ha cumplido con las especificaciones exigidas. Se trata de una compactación inteligente que evita un número de pasadas excesivo y, por tanto, aumenta el rendimiento y reduce el coste de esta unidad de obra. Por tanto, el control del proceso claramente se puede automatizar. Pero no siempre ha sido esto así.
En España, el «control de procedimiento» queda descrito en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para Obras de Carreteras y Puentes (PG-3), que establece en su artículo 330 que “cuando lo indique el Proyecto o lo aconsejen las características del material o de la obra, y previa autorización del Director de las Obras, las determinaciones “in situ” de densidad, humedad, y módulo de deformación se complementarán por otras, como los ensayos de huella ejecutados según NLT 256 o el método de “Control de procedimiento” a partir de bandas de ensayo previas. En estas últimas deberán quedar definidas, para permitir su control posterior, las operaciones de ejecución, equipos de extendido y compactación, espesores de tongada, humedad del material y número de pasadas, debiendo comprobarse en esas bandas de ensayo que se cumplen las condiciones de densidad, saturación, módulo de deformación y relación de módulos que se acaban de establecer. En estas bandas o terraplenes de ensayo el número de tongadas a realizar será, al menos, de tres (3)”. Es decir, se trata de realizar un tramo de prueba donde poder determinar, para un material con unas condiciones determinadas, el espesor de tongada, la humedad del material y el número de pasadas.
Sin embargo, la determinación del espesor de capa y número de pasadas puede ser un quebradero de cabeza. En efecto, es posible que el espesor real sea muy diferente al previsto. Suele estar asociado a la elección del equipo de transporte y extensión de tierras. Esta variabilidad obliga a recalcular cada vez el número de pasadas necesario para cada capa. Evidentemente, esto complica la ejecución de la obra, y por ello, raramente se hace este cálculo. Además, la maquinaria puede realizar a la vez la extensión y la compactación, con lo que este control se vuelve poco realista.
Las recomendaciones francesas ofrecen una alternativa inteligente a este tipo de problema. Se trata de fijar un espesor máximo de tongada para cada tipo de suelo y de maquinaria empleada. Pero en vez de exigir un número de pasadas, se recurre al parámetro Q/S, donde Q es el volumen de suelo que se compacta durante un tiempo determinado y S es la superficie cubierta por el compactador para ese tiempo. El cuentakilómetros del compactador nos indica la distancia recorrida en el tiempo de referencia. Basta saber la anchura eficaz de compactación para conocer la superficie S cubierta, pues basta multiplicar dicha anchura eficaz por la distancia indicada.
El parámetro Q/S es más sencillo de medir y controlar que la determinación del número de pasadas. De hecho, Q/S tiene la ventaja de que no hay que realizar ajustes (al menos en primera aproximación), pues el esfuerzo de compactación al que corresponde una superficie S está relacionado con el volumen total Q, en vez de estar definido por tongada elemental, tal y como sucede en el caso en el que se indica el número de pasadas (Morilla, 2012).
Os dejo a continuación varios vídeos donde se explica la solución para el control automático de la compactación. Espero que os gusten.
Referencias:
MORILLA, I. (2012). Interpretación de los ensayos geotécnicos en suelos. 627 pp., Madrid.
En la asignatura de «Modelos predictivos y de optimización de estructuras de hormigón», del Máster en Ingeniería del Hormigón, se desarrollan laboratorios informáticos. En este caso, os traigo un ejemplo de aplicación de un diseño de experimentos. En este caso, un diseño factorial fraccionado resuelto con MINITAB.
Se quiere determinar la mejor forma de elaborar hormigón compactado con una pavimentadora. La variable de respuesta es el porcentaje de compactación, medido con un densímetro nuclear. Tras una tormenta de ideas con expertos, se ha realizado un diseño de experimentos con 5 factores: el porcentaje de aditivo, la pavimentadora (A antigua, B moderna), el operador de la pavimentadora (A con poca experiencia, y B con mucha), el tipo de mezcla de hormigón y la temperatura del hormigón. Se ha tenido que realizar un diseño fraccionado puesto que el presupuesto limita el número de experimentos a un máximo de 12. Se pide que se analicen los resultados, que fueron los de la tabla siguiente:
Los datos de este caso provienen de la siguiente publicación: Arias, C.; Adanaqué, I.; Buestán, M. Optimización del proceso de elaboración de hormigón compactado con pavimentadora. Escuela Superior Politécnica del Litoral, Ecuador. http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/4754
Os paso la resolución de este laboratorio informático. Espero que os sea de interés.
Os presento la primera edición del libro que he publicado sobre procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Se trata de un manual de referencia que trata de los aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, la maquinaria y los medios auxiliares necesarios para realizar la compactación y la mejora del terreno. La novedad de esta obra radica en el tratamiento constructivo de estas técnicas, donde las fotografías e ilustraciones añaden valor a las explicaciones realizadas en el texto. Además de incluir una amplia bibliografía, se aportan cuestiones de autoevaluación con respuestas para el aprendizaje de los conceptos más importantes. Es un libro de texto dirigido a estudiantes de ingeniería y arquitectura, con una fuerte orientación hacia la construcción. No obstante, también se estructura como un manual de consulta para los profesionales relacionados con el proyecto y la construcción de obras. Además, este libro complementa los aspectos constructivos de otro tipo de textos estructurales o geotécnicos, más orientados a la teoría y los problemas.
El libro tiene 426 páginas, 259 figuras y fotografías, así como 325 cuestiones de autoevaluación resueltas. Los contenidos de esta publicación han sido evaluados mediante el sistema doble ciego, siguiendo el procedimiento que se recoge en: http://www.upv.es/entidades/AEUPV/info/891747normalc.html
Sobre el autor: Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Es director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.
Estoy en este momento revisando la última prueba de imprenta de un Manual de Referencia (revisado por el sistema doble ciego) de la Universitat Politècnica de València, del cual soy autor. Se trata de un libro de 422 páginas, con 259 ilustraciones y 325 preguntas de autoevaluación, titulado «Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno». Su referencia es el número 428 y os pasaré el enlace para que lo podáis conseguir en cuanto se publique.
Sin embargo, no me he podido resistir a adelantar el prólogo que he escrito para este libro y que, además de presentarlo, sirve como reflexión sobre la docencia de la asignatura «Procedimientos de Construcción» que actualmente se imparte en los grados de ingeniería civil y de ingeniería de obras públicas de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.
Prólogo
La docencia de una asignatura como “Procedimientos de Construcción” resulta complicada, ya que se debe enseñar al futuro ingeniero civil cómo ejecutar las obras. Eso incluye no solo las fases constructivas, sino también aspectos de gran relevancia como el conocimiento de la maquinaria y los medios auxiliares, la seguridad y la salud, el impacto ambiental de las obras y, sobre todo, el conocimiento básico necesario en geotecnia, resistencia de materiales, mecánica, cálculo de estructuras, gestión de empresas, planificación de obras y economía. Todo ello para acertar en la selección del mejor proceso constructivo para una obra determinada. Y todo este conocimiento debe abordarse con una experiencia nula o muy limitada del alumnado respecto de la realidad física de las obras.
La pregunta es inmediata: ¿Cómo podemos llevar la obra al estudiante en un aula? Resulta evidente la necesidad de que los futuros profesionales pisen las obras lo máximo posible y realicen prácticas en empresa. Pero esta experiencia no es suficiente para adquirir las competencias y conocimientos necesarios.
El problema se agrava cuando este tipo de asignaturas de construcción se imparten en los primeros cursos de los grados. En los planes antiguos, “Procedimientos Generales de Construcción y Organización de Obras” se impartía en los últimos cursos, incluso en paralelo con la asignatura de Proyectos. Esto permitía al estudiante aplicar todos los conocimientos adquiridos con anterioridad y hacía que la asignatura pudiera entenderse con mayor profundidad.
Pero el problema sigue siendo el mismo. Me acuerdo que esta asignatura la estudié en cuarto curso de la titulación de ingeniero de caminos, canales y puertos, cuando el plan se desarrollaba en seis cursos. En aquella época, hablo del año 1986, D. Hermelando Corbí Abad, profesor de la asignatura, utilizaba todos los medios disponibles en su momento, como el proyector de opacos, fotografías que nos pasábamos de mano en mano o catálogos de máquinas o de empresas, para que nos imagináramos cómo se podría hacer una obra. Y, sobre todo, pizarra, mucha pizarra. Tomábamos apuntes en clase y teníamos fotocopias mecanografiadas por el profesor que nos servían de texto. Todo se complementaba con abundantes visitas a obras y excursiones organizadas que nos abrían los ojos, el compañerismo y la ilusión por esta apasionante profesión.
Cuando en 1994 empecé a impartir la asignatura por primera vez, tuve que recurrir a todo tipo de estrategias disponibles en aquel momento. Era entonces profesor asociado, más joven, pero con años de experiencia ya en los sectores público y privado. Usábamos vídeos en VHS, transparencias que nos permitían ahorrar mucha pizarra, fotografías y catálogos. Se completaba con las visitas a la obra. Pero el problema de acercar la realidad al estudiante seguía siendo complejo. Además, las técnicas constructivas, y sobre todo las máquinas y los elementos auxiliares, cambiaban a un ritmo acelerado. Todo fue demasiado rápido para los medios de los que disponíamos.
Sin embargo, la aparición de los ordenadores, el PowerPoint y, sobre todo, de internet revolucionó todo con el cambio de milenio. Nada volvió a ser como antes. La información y las novedades se acumularon en mi ordenador. Cientos de fotografías, vídeos y documentos se perdían entre las carpetas de mi disco duro. Había que poner orden.
El descubrimiento de las ventajas de contar con una bitácora digital revolucionó mi forma de impartir las clases de esta asignatura. En efecto, el 5 de marzo de 2012 empecé con lo que iba a ser un blog personal para organizar la información que tenía dispersa en mi ordenador. Fue una auténtica revolución. Podía ordenar por entradas información dispersa sobre temas de construcción, incluyendo fotografías, vídeos y enlaces a otros documentos. Nada volvería a ser lo mismo. Los estudiantes disponían de una herramienta con la que tenían toda la información, no solo de clase, sino que podían ampliarla hasta donde quisieran buceando en internet. Así nació el “Blog de Víctor Yepes” https://victoryepes.blogs.upv.es/, que hoy cuenta con casi 1 500 artículos y más de 5 000 visitas diarias. Además, con la potencia de las redes sociales, toda la información se multiplicaba exponencialmente.
El paso siguiente era el lógico y el normal. Se trataba de depurar y mejorar la información para elaborar un libro. Así surgió una serie de textos docentes que, bajo el nombre de Manual de Referencia, edita la Universitat Politècnica de València. Además, este libro en particular sirve de base para un curso en línea, gratuito y masivo que, bajo el mismo nombre, se imparte desde este mismo año en la plataforma edX, en la que colabora nuestra universidad. En el enlace https://www.edx.org/course/introduccion-procedimientos-construccion-obra-civil se puede acceder al curso en cualquier momento y obtener un certificado oficial.
En cuanto a la estructura de este libro, realmente tiene dos grandes partes, una dedicada a la compactación mecánica de los suelos y, la segunda, que se centra en las técnicas de mejora del terreno. Si bien es cierto que la compactación mecánica no deja de ser una técnica de mejora del terreno, por su importancia y su generalidad en las obras, se ha tratado como una parte diferenciada. También podréis encontrar un buen número de referencias y una cantidad nada desdeñable de preguntas tipo test con sus respuestas para comprobar si habéis comprendido bien lo explicado en el texto. Al final podréis localizar un índice temático que, de buen seguro, os servirá para encontrar información rápidamente.
La necesidad de un libro como este surge de cubrir un importante hueco editorial. Si bien se pueden encontrar cientos de libros de gran calidad en materias tales como la geotecnia y la mecánica de suelos, la resistencia de materiales y el cálculo de estructuras, la hidráulica, etc., son pocos los que se dedican a desgranar los procedimientos constructivos, la maquinaria y los medios auxiliares necesarios para ello.
El reto fue bastante importante. Se trató de estructurar información muy dispersa, técnicas clásicas y otras de rabiosa actualidad, maquinaria que, año tras año, deja obsoletos a los modelos anteriores. Y, afortunadamente, es posible que, en unos años, parte de las técnicas contenidas en este volumen queden como recuerdos del pasado, dando paso a la robotización, la inteligencia artificial, los gemelos digitales y otras muchas técnicas emergentes que desdibujarán la forma en que entendemos las obras.
Por último, aunque se ha realizado un esfuerzo minucioso para revisar el manuscrito, es posible que haya alguna errata típica de una obra publicada por primera vez. Asumo la responsabilidad de cualquier error y, en la medida de lo posible, trataré de subsanar y mejorar los aspectos o sugerencias que me hagáis llegar.
Este libro, a partir de ahora, deja de ser mío y pasa a ser vuestro. Espero que sirva para todos los estudiantes y profesionales que quieran introducirse al maravilloso mundo de las obras, y en particular, a aquellos que tienen que luchar, día a día con el terreno donde se van a asentar.
A través del blog de Carlos Fernández Tadeo se puede acceder a la descarga gratuita de la monografía del Cedex denominada «Recomendaciones para la ejecución e interpretación de ensayos no destructivos para el control de la integridad de pilotes y pantallas in situ». Esta monografía también se puede descargar gratuitamente de la página de publicaciones de la web de Aetess. No obstante, la monografía se publicó en 2006, y si bien los conceptos básicos permanecen vigentes, la instrumentación y los equipos ha avanzado considerablemente. Os remito a Carlos Fernández Tadeo, gran especialista en este tema, para más información al respecto.
Tengo el placer de anunciar que la Asamblea General de Socios ha aprobado por unanimidad nombrarme como Colaborador de Honor de la Asociación Ibérica de Tecnología sin Zanja IbSTT. Es un honor colaborar por la difusión de las tecnologías sin zanja y apoyar desinteresadamente a esta asociación. Muchas gracias por el reconocimiento.
Figura. Cabria abandonada en El Centenillo, Jaén. https://es.wikipedia.org/wiki/Cabria_(construcci%C3%B3n)
La cabria, también denominada trípode de izado, es un dispositivo clásico de elevación de muy sencilla construcción cuyo nombre proviene del latín caprea («cabra»), por la semejanza de su estructura con las patas traseras de este animal en posición de salto. Su uso está documentado desde la Antigüedad griega y romana. Consiste en dos vigas ensambladas en un ángulo agudo, sostenidas por una tercera que forma un trípode con ellas, o bien por una o varias amarras.
El izado se realiza mediante un torno o cabrestante fijo situado entre las dos vigas principales, junto con un sistema de poleas y cuerdas o cables que pasa por el vértice del trípode, desde el cual queda suspendida la carga.
Existen varias tipologías. La cabria trípode es la más habitual y versátil. La cabria de puntales, destinada a cargas más pesadas, incorpora refuerzos adicionales en su estructura. La cabria de tijera, similar a la trípode, pero con las patas cruzadas, ofrece mayor estabilidad en terrenos irregulares. La mayoría son de brazo fijo, aunque en algunos casos también se construyen con brazo inclinable.
Una de sus principales ventajas operativas es la desmontabilidad: la cabria puede desarmarse en elementos fácilmente transportables y reinstalarse en otro punto de la obra a medida que esta avanza en extensión o en altura. En conjunto, se trata de un procedimiento sencillo y económico para elevar cargas pesadas. Las capacidades de 150 a 200 toneladas son posibles en diseños de gran sección y adecuado arriostramiento, existiendo cabrias portuarias de hasta 400 toneladas, aunque la capacidad real depende siempre del diseño, la longitud de las vigas y las condiciones de seguridad.
En su configuración clásica, la cabria carece de un sistema de giro horizontal integrado. El desplazamiento horizontal se logra mediante arrastre, tracción o reposicionamiento de la propia estructura, sin que el brazo gire en torno a un eje. Esta es una diferencia clave respecto de las grúas giratorias, como las grúas derrick con corona giratoria.
Las cabrias se han empleado históricamente en puertos, en el montaje de estructuras y en obras que requieren un equipo de izado sencillo y económico. Su montaje sobre barcazas o pontones es frecuente tanto en operaciones portuarias como en obras hidráulicas. También tienen un uso ampliamente documentado en la ejecución de pozos, donde su configuración permite extraer con facilidad el material excavado. Además de en la construcción, se han utilizado en minería para extraer mineral, y el personal en jaulas y montacargas también está documentado; la cabria es el mecanismo fundamental de todo castillete minero.
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.
Figura 1. Inyección de lechada. Fuente: https://www.suelosingenieria.com/index.php/actividades/construccion/mejoramientos-de-suelos/inyecciones-lechada
La inyección de morteros o de suspensiones inestables es el caso habitual en las lechadas de cemento (Figura 1). Se trata de una suspensión de cemento en agua cuya homogeneidad depende de la agitación de la mezcla. Una vez cesa la agitación, se inicia la sedimentación del cemento. Esa sedimentación provoca el taponamiento de los poros y la inyección se obstaculiza. El cemento es un excelente material de inyección, pues no solo rellena los huecos, sino que, al fraguar, endurece el terreno o los macizos rocosos.
La aplicación habitual de la inyección de lechadas inestables es aumentar la resistencia de un macizo rocoso, aunque también se consigue impermeabilizar, especialmente si se emplean lechadas tratadas químicamente (estables). Lo habitual es que la inyección con lechadas de cemento se realice mediante impregnación (2 a 5 MPa) o fractura (9 a 10 MPa). También se podría realizar una inyección de compactación, pero requiere que el fluido sea muy denso, de modo que los bulbos de mortero fraguado desplacen y compacten la masa de suelo en sus alrededores.
La impermeabilización facilita tanto la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la excavación de pozos o galerías bajo nivel freático que luego se revestirán, como la ejecución de trabajos definitivos, como es la ejecución de pantallas estancas bajo presas, cuando se adivinan filtraciones de agua importantes (Figura 2). La inyección a alta presión no sería necesaria para garantizar la impermeabilización, sin embargo, es frecuente, pues permite utilizar explosivos en la excavación posterior sin perjudicar la calidad del tratamiento.
Figura 2. Tratamiento de inyecciones en presa de hormigón. Adaptado de Houlsby (1990)
La consolidación mediante inyecciones de cemento en un macizo rocoso facilita la ejecución de trabajos posteriores, como es el caso de la perforación de galerías en terrenos difíciles, y mejora la capacidad resistente de la cimentación de una obra, por ejemplo, bajo la pila de un puente, en los estribos de una presa bóveda, etc.
Figura 3. Formación de una bóveda a la entrada de un intersticio en un suelo granular
El prototipo de suspensión inestable es un mortero de un tipo análogo al de uso corriente, pero lo suficientemente diluido como para ser inyectable. Es decir, un mortero muy fluido (lechada), inestable debido al tamaño de los granos de cemento y al proceso de fabricación. El grado de dilución en este tipo de suspensiones es variable, con relaciones máximas de 10 litros de agua/1 kg de cemento, y lo mismo que en los morteros estables pueden añadirse proporciones de arena. Las relaciones agua/cemento varían de 0,5:1 a 10:1, aunque es habitual una proporción de 0,8:1 a 5:1 (Bell, 1993).
La penetrabilidad de las lechadas de cemento depende del tamaño de los granos de cemento, de la posibilidad de formar un cúmulo de granos en bóveda al atravesar un intersticio (Figura 3) y de la velocidad del fluido con la que comienza la sedimentación del cemento. Es por ello una solución muy adecuada para materiales granulares gruesos como zahorras, gravas y arenas gruesas, o bien para la inyección de grietas en macizos rocosos. En cambio, resulta un procedimiento poco eficaz en arenas, excepto si lo que se pretende es la consolidación o compactación conseguida cuando se inyecta en cortos intervalos (Tomlinson, 1982). Se trata de una solución sencilla y de relativamente poco coste, pero se encuentra limitada por la permeabilidad del medio. El uso de cemento Portland corriente y agua ya no es adecuado en suelos con permeabilidad inferior a 10⁻³ m/s.
Figura 4. Selección de inyección para la consolidación y estabilización de suelos. Fuente: https://col.sika.com/dms/getdocument.get/8de57674-59ac-3af1-ada7-a6bddb323deb/CONSOLIDACION,%20ESTABILIZACION%20E%20IMP%20DE%20SUELOS%20Y%20ROCAS.pdf
Se pueden distinguir, entre las lechadas de cemento, las siguientes:
Suspensiones de cemento puro: con una relación cemento/agua que oscila entre 0,1 y 0,5 en peso.
Suspensiones de cemento rebajado: donde se reemplaza parte del cemento por un polvo inerte como una arena fina o cenizas volantes. Con el porcentaje de arena, la resistencia disminuye rápidamente, pero no es un problema si se busca impermeabilidad. No obstante, las suspensiones de arena desgastan rápidamente las bombas de inyección.
El equipo empleado para la elaboración de las mezclas de cemento consta de un turbo mezclador de altas revoluciones (más de 1250 rpm); un mezclador de bajas revoluciones (de 60 a 80 rpm) que mantiene en agitación la mezcla durante la inyección; bombas de tornillo sinfín o de doble pistón con capacidad de inyección variable de 0 a 60 l/min y presión ajustable de 0 a 3 o 4 MPa; obturadores mecánicos, neumáticos o hidráulicos y manómetros registradores (Figura 5).
Figura 5. Esquema del equipo de inyección (Cambefort, 1968)
El tiempo de inyección está relacionado con la evolución de la viscosidad del material inyectado, con la presión de inyección admisible y con el radio efectivo (Bielza, 1999). En las suspensiones de cemento, el tiempo de inyección se limita a 2-4 horas. Cuando comienza la hidratación total, se inicia el fraguado del cemento. La lechada es bombeable desde la fase de agitación hasta su inyección, y también después del inicio de la hidratación. Sin embargo, tras ese comienzo la resistencia final del material se reduce. Por tanto, no se aconseja la inyección de suspensiones en condiciones de hidratación. Las resistencias normales a la compresión simple oscilan entre 5 y 50 MPa a los 28 días. El tiempo de fraguado aumenta con la relación agua/cemento. Así, las lechadas de cemento fraguan en unas 4-5 horas, pero si están muy diluidas, este periodo se puede alargar a las 10-15 horas. Incluso algunas lechadas con relaciones agua/cemento mayores a 10 nunca llegan a fraguar.
Como las lechadas de cemento son inestables, su velocidad de flujo disminuye rápidamente a medida que aumenta la distancia desde la perforación hasta la zona de inyección, lo que provoca que las partículas se sedimenten en una proporción menor según la relación agua/cemento de la mezcla. Es decir, cuanto mayor sea la dosificación del mortero, más elevada será la velocidad crítica de sedimentación. Por ello, se aconseja que la lechada inicial tenga una dosificación baja, por ejemplo, una relación a/c de 10:1 a 15:1, para evitar los taponamientos prematuros. La dosificación ideal sería la menor que permita alcanzar la contrapresión de rechazo establecida de antemano. En la práctica, la dosificación inicial se determina a partir del resultado del ensayo de agua (Lugeon).
Para aumentar la penetrabilidad, se aconseja el uso de cemento de alta finura de molienda o de microcemento. Se evitan las bóvedas de granos al atravesar los intersticios mediante mezclas muy fluidas, denominadas mezclas medias. Sin embargo, el tratamiento de impregnación en masa no resulta aconsejable para este tipo de suspensiones inestables. Para que una inyección inestable sea factible o no resulte muy complicada, el tamaño mínimo de las partículas del terreno debería situarse entre 5 y 10 mm. Además, en terrenos con un 10% de finos ya no es factible inyectar cemento. En arenas y gravas se hincan tubos de punta perdida, un tubo de inyección cada 4 m² aproximadamente, inyectándose en zonas de unos 50 cm de altura. Si las inyecciones son con lechadas de cemento de molido normal y de tamaños muy diferentes (0 a 160 μm), no se pueden utilizar en fisuras de abertura inferior a 0,1 mm ni en suelos arenosos de tamaño inferior a 0,8 mm, pues se produce un filtrado de las partículas y la lechada no penetra en el terreno (Schulze y Simmer, 1978). Es decir, las arcillas no pueden inyectarse. Por el contrario, si los huecos son demasiado grandes, se deposita inmediatamente la lechada, dando a la inyección un radio de acción muy pequeño.
En cambio, la aplicabilidad de las lechadas de cemento se encuentra plenamente justificada en el caso de macizos rocosos fisurados (presencia de diaclasas, planos de debilidad, estratificación). La presión del fluido disminuye con la distancia y la velocidad, lo que provoca la sedimentación. Son habituales los taladros de 60 a 90 mm, separados entre 2 y 5 m, según la roca. La lechada de cemento se inyecta en capas de 3 a 5 m de espesor, según el porcentaje de finos a cerrar.
En rocas o materiales gruesos, se puede realizar una excavación por debajo del nivel freático, colocando una cortina de mortero inyectado. Tomlinson (1982) recomienda dos filas de perforaciones para una inyección primaria con sus centros separados de 3 a 6 m en ambas direcciones, con unos segundos taladros, incluso terceros, entre ellos (Figura 6). Una regla empírica habitual para inyectar pasta en las grietas de los estratos rocosos es aplicar 0,07 kg/cm² por cada 30 cm de profundidad de la perforación. Se aplica una mayor presión en las inyecciones secundarias y terciarias según la eficacia de la inyección primaria.
Figura 6. Disposición de perforaciones para formar una cortina impermeable mediante la inyección de lechada de cemento alrededor de una excavación. Adaptado de Tomlinson (1982)
La presión de inyección de las lechadas inestables constituye uno de los parámetros de diseño más importantes, pues favorece la apertura de las fisuras en una roca fisurada. Esta presión puede alcanzar entre 8 y 9 MPa. La presión facilita la expulsión del exceso de agua y permite corregir errores en la dosificación. Agranda tanto la longitud de penetración como las fisuras existentes, y crea nuevas. Independientemente de la presión de inyección, la calidad del cemento depositado en las fisuras aumenta con dicha presión.
Por otra parte, la lechada discurre casi en paralelo a los planos de estratificación o de diaclasas del macizo rocoso. Las fisuras perpendiculares a la inclinación general del macizo son artificiales y se producen en capas menos resistentes bajo la acción de presiones superiores a 10 MPa.
La mayor parte de los tratamientos de inyección en roca se relacionan con la construcción y el mantenimiento de presas y túneles, así como con algunas aplicaciones en minería. Se trata de obras subterráneas en las que las inyecciones buscan reducir y controlar la filtración de agua. Suelen ser habituales las lechadas de cemento, aunque en algunos casos se han realizado inyecciones químicas y con resina.
Hay que apuntar, por último, que actualmente se utilizan las mezclas estables en la mayoría de los tratamientos de inyección y consolidación debido a sus mejores propiedades reológicas. Sin embargo, si el terreno no presenta muchas dificultades, las inyecciones con lechadas inestables son un método económico y eficaz.
Referencias:
BELL, F.G. (1993). Engineering treatment of soils. E & F Spon, Londres.
BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Carlos López Jimeno, Madrid, 432 pp.
CAMBEFORT, H. (1968). Inyección de suelos. Omega, Barcelona.
HOULSBY, A.C. (1990). Construction and Design of Cement Grouting. John Wiley & Sons, Inc, New York.
SCHULZE, W.E.; SIMMER, K. (1978). Cimentaciones. Editorial Blume, Madrid, 365 pp.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp. POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
Figura 1. Retroexcavadora Cat 663 EH. https://www.diariomotor.com/tecmovia/2012/10/18/caterpillar-anade-un-sistema-hibrido-hidraulico-para-reducir-el-consumo-de-sus-excavadoras/
La adquisición de maquinaria en una empresa constructora es un aspecto de vital importancia para su rentabilidad económica, tanto actual como futura. Por tanto, la selección de los equipos deberá basarse en un estudio económico en profundidad. A continuación, se describen los elementos condicionantes y los criterios de selección.
La situación económica y financiera de la empresa, el tipo de trabajos que realiza, el estado del parque de maquinaria, la política y la estrategia empresarial, el escenario económico y las perspectivas de nuevas obras son factores que influyen en la selección de la maquinaria y en su posible adquisición. Sin embargo, la tipología de los trabajos, la capacidad de producción necesaria, la flexibilidad ante cambios en las condiciones, la fiabilidad y el servicio posventa son las condiciones que rodean el problema de la elección de la máquina más conveniente.
Para la selección, se procurará la unificación de los equipos (mayor simplicidad en el manejo, la conservación y la reparación, menor inventario de repuestos, simplificación de la formación y de la documentación), se considerará la adecuación de las máquinas que han de trabajar en equipo, se analizarán los costes de mantenimiento (consumos de combustibles, materiales de conservación y piezas de desgaste) y se estimarán las producciones previsibles. Además, deben valorarse los costes de los transportes de ida y vuelta, los montajes y los desmontajes, la matriculación y los seguros. La elección de la máquina idónea para una obra determinada depende de factores tales como la situación geográfica de la obra y la facilidad de sus accesos, la climatología, la tipología del terreno, el tipo de energía disponible, el plazo de ejecución, la forma y extensión de las obras, etc.
Tabla 1. Factores que influyen en la elección del tipo de maquinaria
Ubicación de la obra
Zona industrial
Zona urbana
Zona periurbana
Altitud
Forma y extensión de la obra
Reducida
Extensa
Lineal
Puntual
Tipología del terreno
Arenoso
Arcilloso
Rocoso
Anegado
Accesos
Facilidad de transporte
Viales
Carreteras
Caminos
Puentes
Túneles
Personal
Disponibilidad
Calificación
Topografía
Plana
Pendiente
Irregular
Abrupta
Climatología y microclima
Temperaturas extremas
Vientos dominantes
Precipitación máxima
Nieve
Consumos
Combustibles
Lubricantes
Calidad de ejecución
Trabajos de precisión
Trabajos de volumen
Otros
Energías a emplear
Nivel freático
Agua potable
Mantenimiento
Plazo de ejecución
Existen diversas marcas y modelos de máquinas capaces de satisfacer los condicionantes del trabajo requerido. La mejor opción depende del precio de la máquina, del rendimiento previsible y de otros factores como la calidad del servicio posventa, el precio de los repuestos y la rapidez en su suministro, entre otros. El precio de lista de los catálogos de venta puede variar considerablemente según los descuentos, la entrega de la máquina usada, las condiciones de pago y los intereses. El rendimiento previsible es el factor más importante a la hora de elegir la máquina, pero es difícil de estimar a menos que se tenga experiencia previa o se realicen demostraciones reales con el nuevo modelo. Por último, la adquisición de una máquina nueva es una opción tan válida como la compra de maquinaria usada, el alquiler u otros sistemas de financiación como el leasing.
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.
