Un motor es la parte de una máquina capaz de hacer funcionar algo, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. De hecho, gran parte de la maquinaria empleada en ingeniería civil utiliza motores de combustión interna para su funcionamiento, especialmente motores diesel turboalimentado. En este post vamos a repasar muy brevemente este tipo de motores y dejaremos alguna animación para su mejor comprensión. En otros artículos profundizaremos en la explicación y funcionamiento más detallado.
Los motores térmicos producen trabajo aprovechando la energía de los cuerpos que se encuentran a una temperatura elevada. A este tipo pertenecen los motores de combustión, en el que el medio de trabajo o sustancia a la que se le va a extraer la energía térmica ha adquirido su alta temperatura aprovechando el calor desprendido de una combustión. En la Tabla 1 se clasifican los motores térmicos de combustión.
Tabla 1.- Clasificación de los motores térmicos de combustión.
Los motores endotérmicos o de combustión interna aprovechan la energía generada por la expansión de un combustible en el interior de una cámara, transformándola en movimiento. Si bien existen antecedentes a mediados del siglo XVII con Huygens y Papin con motores de pólvora, no fue hasta 1794 en el que el inglés Robert Street patentó el primer motor alternativo de combustión interna que utilizaba una mezcla de aire y combustible gaseoso. El primer motor de este tipo capaz de soportar una utilización continuada en el ámbito industrial fue construido por el francés Etienne Lenoir en 1859, siendo mejorado notablemente por el alemán Nikolaus Otto en 1876 con su motor de cuatro tiempos.
El primer motor de gasolina fue diseñado y patentado por el ingeniero alemán Gottlieb Daimler en 1885, y en 1892 su compatriota Rudolf Diesel patenta el primer motor de encendido de compresión.
Los motores de combustión interna pueden clasificarse atendiendo a diferentes conceptos:
Por la forma de iniciar la combustión: Motores Otto (motores de explosión: encendido por chispa) y motores Diesel (encendido por compresión).
Por el ciclo de trabajo: Motores de 4 tiempos y motores de 2 tiempos.
Por el movimiento del pistón: Motores de pistón alternativo y motores de pistón rotativo.
El motor de combustión interna alternativo es una máquina térmica de desplazamiento positivo que permite la transformación de energía térmica obtenida mediante un proceso de combustión en el propio fluido operante, en energía mecánica mediante el movimiento lineal de un émbolo. El fluido comprime y expande un volumen cerrado deformable formado por el cilindro, el pistón y la culata.
Motor de explosión de cuatro tiempos
Dentro de los motores de combustión interna rotativos, el motor Wankel, cuya patente data de 1936, se diferencia enormemente de los motores convencionales. Conserva el producto, la compresión, la potencia y el ciclo familiar del extractor, pero utiliza, en vez de un pistón, de un cilindro y de válvulas mecánicas, un rotor triangular que gira alrededor del excéntrico. Otro tipo son las turbinas de gas, que son motores compuestos por uno o varios compresores, una o varias cámaras de combustión dispuestas anularmente alrededor del eje de la máquina. Una turbina de uno o varios escalones que acciona el compresor y una turbina de potencia donde el trabajo producido se puede emplear para generar energía eléctrica, mover la hélice de una aeronave, etc. Además, lleva un pequeño motor de arranque y un sistema de inyección del combustible en la cámara de combustión y de regulación del régimen de la máquina.
Motor Wankel
En próximos artículos profundizaremos algo más en el funcionamiento detallado de estos motores, en especial, en los ciclos Otto y Diesel.
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.
Voy a dedicar el post de hoy a hablar un poco de ISEC (Structural Engineering & Construction Conference). Se trata de una sociedad integrada por profesionales de la ingeniería en las áreas de ingeniería civil, estructural e ingeniería de la construcción. Se trata de una red que se encarga de realizar conferencias, seminarios y publicaciones.
La primera de las conferencias, ISEC-01 tuvo lugar en enero de 2001, siendo la Universidad de Hawaii la organización anfitriona. Siguieron, con carácter bianual, otras conferencias en Roma, Shunan, Melburne, Las Vegas, Zurich, Honolulu y Sidney. El próximo 2017 la Universitat Politècnica de València actuará como anfitriona. Dicha conferencia se desarrollará del 24 al 29 de julio de 2017.
El profesor Eugenio Pellicer actuará como Conference Chair de dicho evento. En mi caso, me ha tocado estar en el Comité Organizador y actuar como co-editor de las comunicaciones que se reciban.
En este momento se han recibido más de 300 comunicaciones, lo cual significa un gran éxito de convocatoria. Hay que pensar que Valencia es un sitio muy atractivo y bien comunicado y eso favorece dicho éxito.
Os paso a continuación el «Call for papers» por si estáis interesados en participar en este evento.
*** CALL FOR PAPERS ***
This is a reminder that the 9th Biennial International Structural Engineering and Construction Conference (ISEC-9) will be held in Valencia, Spain, July 24-29, 2017. The port city of Valencia lies on Spain’s southeastern coast, and has been Spain’s historical harbor on the Mediterranean. Valencia is Spain’s third largest city and a popular tourist destination. Valencia is known as a City of Arts and Sciences, with futuristic structures and several beautiful beaches within easy distance of the city center. There is lots to explore in Valencia! So, we hope you will mark the ISEC-9 conference on your calendar!
ISEC-9 succeeds the following ISEC conferences:
ISEC-8 in Sydney Australia, 2015;
ISEC-7 in Honolulu, Hawaii, USA, 2013;
ISEC-6 in Zurich, Switzerland, 2011;
ISEC-5 in Las Vegas, Nevada, USA, 2009;
ISEC-4 in Melbourne, Australia, 2007;
ISEC-3 in Shunan, Japan, 2005;
ISEC-2 in Rome, Italy, 2003;
ISEC-1 in Honolulu, Hawaii, USA, 2001.
The abstract submission deadline is Dec 16, 2016 (final).
CONFERENCE: 9th International Structural Engineering and Construction Conference (ISEC-9), Valencia, Spain, July 24-29, 2017
HOST: Universitat Politècnica de València, València, Spain
ORGANIZED BY: ISEC Society
CO-SPONSORED BY: American Concrete Institute (ACI), Chartered Institute of Building (CIOB)
TOPICS: (in alphabetical-order): {All branches of structural and construction engineering}; Architecture and Architectural Engineering, Construction and Engineering Management, Construction Safety, Cost and Project Management, Disaster Management, Education and Professional Ethics, Energy, Facilities and Asset Management, Hydraulics and Hydrology, Geotechnical and Foundation Engineering, Housing, Infrastructure, Law and Dispute Resolution, Materials, Policies for Technology and National Development, Ports and Harbors, Procurement, Quality, Risk Analysis, Structures, Sustainability, Water and Air, and more. See https://www.isec-society.org/ISEC_09/topics.php for the 21 tracks and 186 sub-tracks.
DEADLINE and METHOD FOR SUBMISSION OF ABSTRACTS:December 16, 2016 for a 200 to 400 word abstract outlining the subject, methodology, major content, and conclusions. Abstracts must be submitted online at the ISEC abstracts and papers submission website at https://www.isec-society.org/ISEC_09/abstractsAndPapers/
Precarga en dársena del puerto de Escombreras. http://opweb.carm.es/premiosingenieriacivil/faces/vervistaprevia.xhtml?codigo=E201646
La precarga consiste en aplicar al terreno una carga igual o superior a la que producirá en servicio la estructura que se proyecta apoyar en él, provocando su consolidación, lo que se traduce en un aumento de la resistencia del terreno y una disminución de los asientos postconstructivos. En algunas ocasiones es necesario realizar la precarga una vez finalizada la obra, como en tanques de almacenamiento de líquidos.
Este tratamiento es un método de mejora destinado, en principio, a suelos cohesivos blandos. Estos suelos pueden sufrir asientos importantes bajo sobrecargas pequeñas, con una evolución lenta de estos asientos. Además, dada su baja resistencia al corte, pueden producirse procesos de rotura (deslizamiento de terraplenes, hundimiento de cimentaciones superficiales, etc.). La primera vez que se carga el suelo blando se deforma entre 5 y 10 veces más que si se carga posteriormente, después de haber sido precargado y descargado. Sin embargo, existen situaciones en las que esta primera deformación puede oscilar entre 2 y 20 veces más (Ministerio de Fomento, 2002). La profundidad eficaz del tratamiento puede llegar hasta varias decenas de metros.
En un suelo blando, los asientos son irreversibles casi en su totalidad, por lo que, aunque se retiren las cargas, el terreno no vuelve a su posición original. Si se vuelve a cargar hasta el mismo valor de la carga previa, o no hay asientos o estos son mucho menores.
La Figura 1 muestra la curva de asientos de un suelo precargado bajo un terraplén. Durante la precarga, el suelo asienta según la curva descrita hasta llegar al punto 1, correspondiente al instante en que se retira el terraplén. Así, la curva describe esta descarga hasta llegar al punto 2, donde el suelo ya no tiene carga, pero los asientos remanentes son casi iguales a los producidos por la carga del terraplén.
Figura 1. Curva carga-asiento de un suelo precargado bajo un terraplén
Al recargar el suelo con una carga igual a la del terraplén (punto 3 de la Figura 2) el suelo describe una curva similar a la de descarga, pero de sentido contrario. Se observa como los asientos inducidos por la recarga son pequeños, debido a la memoria de carga del suelo.
Figura 2. Curva carga-asiento tras la retirada del terraplén
La finalidad de la precarga es preconsolidar un suelo compresible para que, cuando vuelva a ser cargado por la estructura definitiva, sufra los menores asientos posibles, además de aumentar su resistencia.
La precarga es eficaz para mejorar casi todos los suelos, tanto secos como saturados. Se ha utilizado en suelos naturales, como arenas sueltas y limos, arcillas limosas blandas, limos orgánicos, turbas y depósitos aluviales erráticos, así como en suelos artificiales formados por materiales dragados sin compactar, residuos industriales (cenizas) y depósitos de residuos urbanos. Los suelos sobreconsolidados, es decir, aquellos sometidos a una carga mayor que la actual, no responden tan bien a la precarga, puesto que su comportamiento es más elástico que el de los suelos normalmente consolidados. La técnica más habitual para mejorar la compacidad de los rellenos portuarios realizados con material proveniente del dragado es la realización de precargas. En la Figura 3 se muestra el uso de la precarga en la construcción del Muelle de Baleares en el Puerto de Tarragona.
Figura 3. Precarga en la construcción del Muelle de Baleares en el Puerto de Tarragona. https://www.elestrechodigital.com/2021/02/15/el-puerto-de-tarragona-encara-la-fase-final-de-la-construccion-del-muelle-de-baleares/
El método más común de aplicar la precarga es apilar el material de relleno sobre el terreno original, usando camiones y extendedoras, y dejando la carga un cierto tiempo. El material se retira una vez alcanzada la consolidación con medios auxiliares similares. A continuación, se ejecuta la nueva obra, considerando que las deformaciones con que responderá el terreno serán admisibles. El material retirado sirve para otra precarga o para la construcción de terraplenes. Existen otros métodos de precarga que consisten en bajar el nivel freático mediante pozos filtrantes, zanjas, bombeo al vacío en pozos, y el fenómeno de electroósmosis.
Como ventajas de la aplicación de este método pueden destacar:
Bajo coste. Entre un 10-20% respecto a otros métodos. Entre un 20-40% si la precarga se realiza con drenes.
Los equipos utilizados son sencillos y baratos (equipos de movimiento de tierras)
Se evalúan los efectos de un modo directo e inmediato. Equivale a un ensayo a escala natural.
En zonas sensibles a la sismicidad, se reduce el riesgo de licuación en suelos arenosos finos.
Figura 4. Precompresión del terreno
Uno de los factores que más limitan esta técnica es el tiempo necesario para la consolidación, por lo que a veces ni siquiera se dispone de unos pocos meses para que funcione la precarga. Esto puede evitarse con una buena previsión del trabajo, anticipando la ejecución de la precarga a la finalización del proyecto o el comienzo de las obras. Además del tiempo, como factores limitantes de la precarga pueden considerarse el límite de la capacidad de soporte del suelo, el efecto sobre estructuras próximas (asientos, empujes laterales del terreno y rozamiento negativo) y los posibles costes elevados de auscultación y control.
Para acelerar la consolidación y reducir el tiempo de precarga, puede ser rentable realizar tratamientos adicionales que mejoren el drenaje del terreno, lo que reduce el camino del agua hacia zonas más permeables y modifica las direcciones del flujo. Estos métodos son:
Inclusiones verticales por columnas de grava. Esta técnica, además de acelerar el proceso de consolidación, supone un refuerzo del terreno.
Instalación de drenes verticales en el terreno. Los fines buscados con este método son alcanzar un grado de consolidación suficiente dentro de un plazo aceptable en el proyecto, modificando las variables de consolidación y tiempo. Con ello se provocan asientos de forma anticipada, con asientos postconstructivos insignificantes.
El Ministerio de Fomento (2002) establece como parámetros para fijar los objetivos de la precarga los asientos producidos durante la construcción de la obra y posteriormente, así como la seguridad frente a los distintos estados límite. También fija los siguientes aspectos que deben controlarse durante su ejecución: la extensión en planta y altura de la precarga, la densidad aparente de los materiales de la precarga, las fechas de colocación y retirada de las precargas, los asientos superficiales del terreno, las presiones intersticiales en el terreno y los posibles agrietamientos y otros síntomas de inestabilidad en la superficie externa de las precargas.
Os dejo un vídeo explicativo sobre esta técnica que he grabado.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.
MINISTERIO DE FOMENTO (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
El método alemán es un procedimiento de construcción de túneles de grandes luces que también se emplea cuando el terreno es muy malo y resulta peligroso descalzar parte de la bóveda para ejecutar los hastiales, como ocurre con el método belga. Este procedimiento permite reaccionar con mayor rapidez que el método belga en caso de que aparezca agua, en terrenos sueltos o capas arenosas. Además, permite reducir los posibles asientos diferenciales que producirían grietas en la bóveda y asientos en la superficie.
El sistema sería similar al método belga, pero con algunas diferencias en el orden y la ejecución de las fases y la bóveda. El procedimiento comienza con la excavación de dos galerías de avance en la fase 1, se hormigonan los hastiales, se excava la fase 3 y 4, se recubre la bóveda y, por último, se excava la parte central en la fase 5, con el fin de facilitar la entibación y el apuntalamiento de la parte superior. El avance de las galerías (fase 1) se suele realizar por tramos de entre 25 y 30 m, dependiendo del tipo de terreno. Sin embargo, si el túnel no es muy largo (menos de 200 m, por ejemplo), se puede excavar de una sola vez. Estas galerías son muy útiles si es necesario drenar agua durante la excavación. A diferencia del método belga, el hormigonado de la bóveda no se apoya sobre el terreno, sino sobre los estribos hormigonados. Esta bóveda se ejecuta mediante costillas construidas de forma alterna. Es decir, primero se construye la galería central superior y, después, se ataca cada semicostilla desde la parte superior del hastial antes de verter el hormigón. Una vez excavada la bóveda a través de la galería superior, se hormigona. Este procedimiento permite construir grandes secciones de túnel sin que el frente abierto supere los 3-5 m².
Os dejo un par de vídeos donde se explica con mayor detalle el método. Espero que os sean útiles.
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.
MELIS, M.J.; TRABADA, J.M. (2000). Construcción de una estación en caverna de gran luz. La estación de Guzmán el Bueno. Revista de Obras Públicas, 3485:85-90.
Los encofrados deslizantes (slip form, en inglés) consisten en un molde de poca altura, capaz de configurar una sección de hormigón vertida en él de forma constante y a la misma velocidad que se eleva dicho molde.
Este se cuelga de unos marcos o caballetes de madera o metal a una serie de dispositivos de elevación soportados por barras metálicas o por otros elementos que se apoyan sobre los cimientos o sobre el hormigón endurecido. El hormigón se vierte en el encofrado y, a medida que se endurece, este se va levantando progresivamente, mientras el encofrado es arrastrado por los dispositivos de elevación de los que está colgado. Se trata de un sistema de encofrado independiente que requiere poco tiempo de grúa durante la construcción.
Los encofrados deslizantes se utilizan preferentemente en obras de gran altura, con sección constante o que varía ligeramente con la altura y con espesores también variables, como ascensores, escaleras, torres, etc. Hoy en día es posible realizar variaciones importantes en el espesor de la sección, aunque ello supone cierta dificultad añadida. En silos y estructuras que así lo permitan, suele utilizarse una grúa torre para hormigonar. Su utilización se ha extendido a estructuras inclinadas complejas y a estructuras compuestas combinables con elementos prefabricados.
El vertido del hormigón, el montaje de las armaduras, de los marcos de puertas y ventanas, de los moldes para crear aberturas, etc., se realiza conforme se eleva el encofrado, a partir de una plataforma de trabajo situada a la altura del borde superior. De esta plataforma se cuelgan, a una altura de 3 o 4 m, una o dos plataformas inferiores, desde las cuales se vigila la calidad del vertido del hormigón. El encofrado deslizante se eleva continuamente a una velocidad de entre 5 y 30 cm por hora, según el endurecimiento del hormigón, para garantizar una cadena tecnológica.
El sistema es rápido, ya que está fuertemente industrializado, pero tiene un alto coste de primera instalación, por lo que solo es rentable con alturas muy importantes (en pilas se prefieren alturas por encima de 70 m) o con alturas menores si el número de piezas que se van a deslizar en la misma obra es muy significativo. El encofrado se puede retirar entre 4 y 12 horas después de colocar el hormigón. El trabajo no se debe interrumpir, aunque es posible adoptando las medidas apropiadas, por lo que se necesitan dos o tres turnos. Esto significa que la construcción puede elevarse entre 1,5 y 6 m al día.
Por tanto, cuando se usa un encofrado deslizante, los procesos de armado, encofrado, hormigonado y desencofrado se ejecutan de forma simultánea y continua. La forma de elevar el molde, que al principio era manual, ahora se efectúa de forma mecánica mediante sistemas hidráulicos, con un ascenso automático y a la velocidad deseada. Existen dos tipos de encofrados deslizantes: los empleados para obras en vertical (silos, pozos, chimeneas, pilas, etc.) y los destinados a obras en horizontal (canales, etc.).
Normalmente, el sistema de encofrado cuenta con tres plataformas. La plataforma superior actúa como área de almacenamiento y distribución, mientras que la plataforma intermedia, situada por encima del nivel de hormigón vertido, es la zona principal de trabajo. Por último, la plataforma inferior permite el acabado del hormigón.
La secuencia básica de construcción utilizando este encofrado es la siguiente:
Se ensamblan el encofrado y la plataforma de acceso en el suelo.
El ensamblaje se eleva mediante gatos hidráulicos.
A medida que el encofrado se eleva continuamente, se requiere un suministro constante de hormigón y armaduras hasta que la operación esté finalizada.
Al culminar la operación, el encofrado se retira utilizando una grúa.
Este sistema se empezó a emplear en Estados Unidos en 1903 y en Europa en 1924 para la construcción de silos. Sin embargo, pronto se empezó a utilizar en otros tipos de obras, como pilas de puente, depósitos elevados de agua o faros. En España, las primeras realizaciones fueron en silos de grano a finales de los años cuarenta del siglo pasado.
En España destaca la realización con este método de la chimenea de la central térmica de Puentes de García Rodríguez (propiedad de ENDESA) que con una altura de 356 m y un diámetro de 36 m en la base (espesor de 1,25 m) y de 18 m en coronación (espesor de 0,25 m). Esta chimenea (Endesa Termic), que comenzó a construirse en 1972 y cuyo funcionamiento empezó en 1976, fue realizada por Entrecanales y Tavora S.A., fue en su momento la más alta de Europa y la tercera del mundo (ver nota a pie de página).
Figura 2. Endesa Termic, chimenea de la central térmica de Puentes de García Rodríguez. Wikipedia
Ventajas del sistema:
a) Se realizan de forma simultánea varias operaciones, que en otros métodos deben hacerse de forma sucesiva, lo que supone una reducción del plazo de ejecución
b) Se suprimen tiempos muertos y cuellos de botella en las operaciones
c) Se consigue una gran velocidad de ejecución (hasta 6 m/día), con una muy buena calidad de obra
d) Se logra un gran número de reutilizaciones de los paneles
e) Es posible la construcción de obras de gran altura sin andamiajes, aplicando sistemas de elevación para personal y materiales
f) Economías significativas de mano de obra, al mecanizarse gran parte de las operaciones
g) Continuidad en la ejecución, incluso en tiempo frío, tomando las medidas que garanticen el endurecimiento del hormigón
h) Muy buen acabado de obra, debido al monolitismo, sin juntas frías, y a la uniformidad
Figura 3. Esquema de encofrado deslizante
Condiciones de aplicación:
En contrapartida a las ventajas anteriores, el sistema exige:
a) Estudio y redacción de todo un proyecto de encofrado mecanizado por técnicos competentes
b) La ejecución de las obras debería ser dirigida por técnicos que hayan aplicado ya el método
c) Organización perfecta de la ejecución, con personal muy especializado, que asegure el trabajo las 24 horas
d) Fabricación y montaje de encofrados con gran exactitud, con tolerancias muy estrictas
Figura 4. Esquema de encofrado deslizante
El principio de funcionamiento:
La unidad fundamental del equipo son los gatos de trepa. Son huecos por donde pasa un tubo de acero que es la barra de trepa, que se apoya en la cimentación. El gato dispone de dos juegos de cuñas dentadas que se clavan alternativamente en la barra y hacen que el gato ascienda a lo largo de esta. Del gato cuelgan dos vigas de acero por medio de una transversal que forman lo que se denomina normalmente «yugo» o «caballete». De los yugos se suspende el encofrado y el resto de estructuras, andamios y plataformas necesarias para las tareas de ferralla, hormigonado, etc., así como los mecanismos de reducción de diámetro y espesor. Los procedimientos de hormigonado varían en función del tipo de estructura. En estructuras muy altas, como chimeneas o torres de televisión, lo más habitual es colocar un ascensor en el centro, suspendido de unas estructuras radiales y guiado mediante unos cables tensados. En él sube una tolva de hormigón y, una vez retirada esta, sirve también para el ascenso de ferralla y del personal. La vibración es normalmente con aguja.
Figura 5. Imagen del yugo en el encofrado deslizante
Elementos de un sistema de encofrado deslizante vertical:
a) Paneles: son los tableros del encofrado propiamente dicho
b) Caballetes: para arrastrar los paneles, a los que se anclan
c) Barras de apoyo: sobre las que se transmite el esfuerzo de elevación
d) Dispositivo de elevación: normalmente gatos o crics, actúan sobre los caballetes para elevar los paneles apoyándose en las barras
e) Plataformas de trabajo: de acceso a los diversos puntos de trabajo y control
f) Redes de las diferentes instalaciones: necesarias para el funcionamiento del encofrado
Figura 6. Sección y elementos de un encofrado deslizante
A continuación dejo algunos vídeos donde se puede comprobar el funcionamiento del sistema.
Referencias:
DINESCU, T.; SANDUR, A.; RADULESCU, C. (1973). Los encofrados deslizantes. 1ª edición. Espasa-Calpe, S.A. Pozuelo de Alarcón, 496 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Nota: Para la construcción de la chimenea se utilizó una torre colgada de 120 t, con gatos de trepa de 40 m de altura, de la que se atirantaban los soportes. El problema radicó en desmontar esta torre una vez finalizada la operación. Para ello, según me comenta Juan Manuel Lázaro (responsable del Departamento de Obras Singulares de Entrecanales y Tavora en aquel momento), se empleó un puente Bailey de 18 m, colgado por medio de barras Dywidag de dos pórticos apoyados sobre el fuste de hormigón sobre el que se apoyó la torre. Esta maniobra fue idea de Javier Urquijo Grijalba.
La draga de succiónestacionaria (plain suction dredger, en inglés) es una máquina hidráulica con un mecanismo de succión sumergible similar a las dragas de succión en movimiento. Sin embargo, a diferencia de estas, las dragas estacionarias operan ancladas en un punto fijo y también difieren en la forma de cargar el material extraído. En general, estas dragas no tienen cántara y el material se transporta a través de gánguiles o se bombea por tuberías si la zona de vertido está cerca de la de extracción.
Al estar ancladas, estas dragas crean un hueco con forma de cono invertido en la zona de dragado (ver Figura 1). Por este motivo, no se recomiendan para proyectos que requieran un mayor grado de precisión, como el mantenimiento de canales de navegación o la nivelación de terrenos. En cambio, son ideales para la extracción de material granular en la restauración de terrenos.
Estos equipos están diseñados para dragar materiales sueltos y no cohesivos, como arenas de grano medio. La capacidad de la bomba de succión también influye en el tipo de material que se puede dragar. Ofrecen altos rendimientos cuando la capa de sedimentos es de al menos 3 m de espesor. La profundidad máxima de dragado suele ser de aproximadamente 50 metros. La draga puede trabajar con olas de hasta 3 m de altura y corrientes con velocidades máximas de 3 nudos. Son útiles en zonas de trabajo alejadas de los puntos de vertido, pero tienen la limitación de que la descarga del material en gánguiles solo es posible en aguas tranquilas.
Por lo tanto, las principales ventajas de esta técnica son su capacidad para extraer materiales ubicados bajo capas estériles, la posibilidad de realizar dragados en aguas poco profundas y su alta producción en capas de sedimentos gruesos y sueltos. Por otro lado, entre sus desventajas se encuentran su sensibilidad a las condiciones marítimas si la carga se encuentra sobre gánguiles y su uso limitado a materiales granulares.
Figura 2. Draga de succión estacionaria (Bray, Bates y Land, 1997)
El modo de operación y su ciclo de trabajo (ver Figura 3) es el siguiente:
Estacionamiento en la zona de trabajo
Posicionamiento de la barcaza junto a la draga o conexión a las tuberías de impulsión en el caso de bombeo
Descenso de los equipos de succión hasta la capa de material granular
Puesta en marcha de la succión y de los cabezales inyectores de agua que fluidifican y arrastran el terreno
Carga de los gánguiles a través de conductos elevados con difusores o bombeo
Figura 3. Ciclo de producción de las dragas estacionarias de succión (Bray, Bates y Land, 1997)
Las dragas estacionarias no necesitan un equipo auxiliar muy grande. Solo es necesario ajustar los cabezales de succión y la forma de descarga. Para dragar a profundidades elevadas, se coloca la bomba de dragado en la parte inferior del tubo de succión, lo que soluciona las limitaciones del cabezal hidráulico de succión. En otros casos, se agrega una bomba de chorro en la entrada del conducto de succión. En cualquier caso, estos cambios tienen como objetivo aumentar la cantidad de material que entra en el conducto de succión o disolver los sedimentos del fondo marino cerca de la entrada del conducto de succión, lo que se logra con inyectores de agua de alta presión.
En cuanto a los métodos de descarga, tenemos los siguientes:
Descarga por el fondo: Este método es similar a la descarga de las dragas de succión en marcha.
Conductos laterales: Esta opción es una alternativa a la descarga sobre cántara. La mezcla bombeada se dirige a través de una tubería hasta los conductos laterales, y desde allí se cargan las barcazas o gánguiles.
Tubería: Las dragas estacionarias también pueden descargar el material de manera similar a las dragas con cabezal cortador, conectando tuberías flotantes por donde se desplaza el material dragado.
He grabado un vídeo explicativo que, espero, sea de vuestro interés.
Os pongo un vídeo que muestra el funcionamiento de esta máquina de succión. Espero que os sea útil.
Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
El dragado es un proceso que consiste en eliminar rocas, sedimentos y otros materiales subacuáticos en entornos marinos, fluviales o lacustres. Incluye las etapas de extracción, transporte y eliminación de dichos materiales. El dragado puede tener como objetivo profundizar ríos, canales o puertos para mejorar la navegación o evitar inundaciones en zonas situadas aguas abajo, lo que aumenta la capacidad de transporte de agua. La extracción se lleva a cabo con equipos especializados y el transporte puede realizarse mediante la propia embarcación, gánguiles o tuberías. Finalmente, el material se descarga en el fondo de la embarcación transportadora o se bombea a través de tuberías. Cada vez es más frecuente el aprovechamiento de los materiales obtenidos mediante el dragado.
Los dragados tienen una aplicación muy amplia, fundamentalmente en ingeniería civil y minería. Se clasifican según el objetivo del dragado, el emplazamiento y las características de los terrenos a dragar. El dragado se considera un medio para alcanzar un objetivo concreto. Entre otros, se podrían enunciar los siguientes:
Construcción y ampliación de puertos
Mantenimiento y mejora de calados en puertos y cauces
Mantenimiento y mejora de capacidad de desagüe en ríos y canales
Recuperación de zonas bajas inundables y drenaje de zonas pantanosas
Sustitución de terrenos de bajas características geotécnicas
Creación de suelo ganando terreno al mar
Cimentación y protección de Obras marítimas (offshore)
Construcción de rellenos para bases de carreteras, diques y aeropuertos
Trincheras submarinas para oleoductos, tuberías y emisarios
Extracción de materiales para la construcción y minerales
Extracción de sedimentos y áridos marinos
Extracción de arenas para la regeneración de playas
Creación de Islas artificiales en aguas costeras
Limpieza de fondos contaminados y sustitución de los mismos
Actuaciones de regeneración de hábitats subacuáticos
Draga con tolva continua. https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Draga_con_tolva_continua.jpg
Las inversiones en maquinaria y medios especializados son fundamentales en las operaciones de dragado, por lo que es crucial seleccionar los equipos adecuados. Los equipos de dragado se pueden clasificar según el método de excavación, el modo de operación y la disposición del material. Entre estas categorías se incluyen las dragas mecánicas, hidráulicas y especiales. Las dragas mecánicas utilizan medios mecánicos para la excavación y la disposición, mientras que las hidráulicas utilizan medios hidráulicos. Los medios especiales son muy variados y están diseñados para usos específicos.
Antes de realizar una operación de dragado, es importante conocer aspectos como la batimetría, las características geotécnicas y geológicas del material que se va a dragar y las condiciones medioambientales de las zonas de dragado, transporte y disposición. Esta información es fundamental para minimizar los costes ambientales y económicos asociados.
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
Figura 1. http://ingenieriaycomputacion.blogspot.com.es/2011/02/watermaster-classic-excelente-draga-y.html
La draga retroexcavadora (backhoe/dipper dredge, en inglés) es una draga mecánica montada sobre un pedestal situado en un extremo de una pontona. Está equipada con un cazo con una capacidad de entre 1 y 20 m³. Desarrollada a partir de las retroexcavadoras hidráulicas terrestres, en ocasiones se fijan directamente estas últimas a un pontón. Para garantizar su estabilidad durante la excavación, la barcaza se ancla con tres pilones: uno en la popa y dos en los costados de la proa. Las dragas de retroexcavadora son típicas en Europa, mientras que en Estados Unidos es más habitual el uso de palas frontales.
La draga retroexcavadora es apta para suelos de diferentes tipos, incluso rocas con una resistencia a compresión simple de hasta 10 MPa. La profundidad de dragado oscila entre 2 y 24 m. Puede trabajar en condiciones de oleaje con alturas máximas de 1,5 m y velocidades máximas de corriente de 2 nudos. Aunque es adecuada para trabajar en espacios reducidos, su uso en regeneraciones costeras es limitado debido a la necesidad de barcazas o vertido directo. Además, su funcionamiento discontinuo reduce su productividad en comparación con otras dragas. El campo de aplicación de la draga retroexcavadora es similar al de las dragas de rosario, y es más adecuada para dragar rocas y suelos con menor resistencia al oleaje.
La cuchara de la retroexcavadora tiene una cara cóncava orientada hacia atrás, lo que permite que el cucharón se acerque a la plataforma durante la excavación. La cuchara entra en la capa de material que se va a extraer de arriba hacia abajo. Este método de trabajo es similar al de las dragas de pala frontal al excavar coronas circulares. Sin embargo, estos equipos pueden operar tanto en avance como en retroceso, lo que reduce los derrames y garantiza un fondo dragado de mejor calidad. La capacidad de trabajar en ambas direcciones mejora el rendimiento en la extracción de materiales compactos o rocas rotas. Las dragas retroexcavadoras con cables son muy efectivas en el dragado de arcillas cohesivas, pues se pueden instalar empujadores en la parte inferior del brazo de excavación que facilitan la descarga del material.
Figura 2. Draga retroexcavadora con accionamiento por cables o hidráulico
Método de operación:
Situación del pontón en la zona de trabajo (estacionaria)
Descenso de los 3 pilonos de anclaje (spuds) que absorben esfuerzos horizontales de la excavación
Descenso del brazo de la retroexcavadora, extracción y elevación del material
Carga sobre gánguiles
Izado de los 2 spuds situados en el tercio delantero. El spud de popa hace girar a la draga sobre su eje (eje motor). Reinicio del proceso.
Figura 3. Ciclo de trabajo de la draga de retroexcavadora (Bray et al., 1997)
La draga de retroexcavadora presenta varias ventajas, como la capacidad de dragar diferentes tipos de terrenos, incluso con escombros y cantos, de trabajar en espacios reducidos y controlar la posición y profundidad con precisión, de no necesitar anclajes, de diluir el material dragado con mínimas consecuencias y de tener un tiempo de ciclo más corto en comparación con una draga de cuchara de tamaño similar. Además, los componentes clave del equipo se producen en serie, lo que reduce los costes de instalación y mejora la calidad y el control. Solo se requiere una persona para realizar las operaciones de dragado, aunque, por motivos de seguridad y para ayudar en la maniobra del pontón, se recomienda contar con un equipo de dos o tres personas.
El principal desafío de la retroexcavadora es su baja capacidad de producción en comparación con la de otros equipos de dragado que trabajan de forma continua. Este inconveniente es común a la mayoría de las dragas mecánicas, excepto a la draga de Rosario, que también depende de la disponibilidad de los gánguiles de descarga. La habilidad del operador es crucial para lograr un perfil final de trabajo uniforme, pero también es importante tener en cuenta las características del terreno que se va a dragar.
He grabado un vídeo sobre esta draga, que espero os sea de interés.
Os dejo unos vídeos donde podréis ver cómo funciona esta draga. Espero que os gusten.
Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
Figura 1. Draga de succión en marcha. Fuente: http://tecnologia-maritima.blogspot.com.es/
Una draga hidráulica de succión en marcha o de arrastre es una embarcación autopropulsada y autoportante que draga de forma continua elevados volúmenes de material en aguas profundas, incluso en condiciones marítimas desfavorables. Este tipo de dragas supone algo menos de una cuarta parte del parque mundial de dragas hidráulicas.
El material se aspira mediante una tubería provista de un cabezal de succión en su extremo. La bomba de dragado centrífuga puede ser sumergible (se instala en la tubería de succión a medio camino entre el cabezal y la conexión del tubo de succión al forro exterior del casco) o estar a bordo. La bomba pone en suspensión el material suelto y el agua, y aspira dicha mezcla mientras el barco sigue en movimiento, almacenándola en la cántara de la propia draga. El material sólido se decanta y el agua se evacúa por rebose. La cántara puede almacenar entre 1000 y 20 000 m³, por lo que es posible transportar el material a grandes distancias. El material se descarga mediante la apertura del fondo o por bombeo.
Esta draga es muy útil en terrenos blandos con poca compactación y cohesión (fangos, arcillas blandas, arenas y gravas). La profundidad de trabajo de esta draga se encuentra habitualmente entre los 4 y los 50 m, aunque ya se han alcanzado profundidades de trabajo de hasta 120-150 m. Navega a una velocidad de 17 nudos. Puede trabajar con una altura de ola de hasta 5 m. El tamaño máximo de partícula es de 300 mm y la resistencia máxima al corte del material a dragar es de 75 kPa.
Figura 2. Ciclo de trabajo de las dragas de succión en marcha (Sanz, 2001)
Os paso un vídeo donde podéis observar cómo trabajan estas dragas. Espero que os guste.
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Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
La próxima semana tendrá lugar el II Curso de posgrado «Especialista en tecnologías sin zanja», en el cual tendré la oportunidad de participar explicando aspectos generales de la perforación horizontal dirigida. Para aquellos que queráis más información sobre este curso, os recomiendo que os pongáis en contacto con IbSTT, que es la Asociación Ibérica de Tecnología SIN Zanja (http://www.ibstt.org/). Existen precios especiales para estudiantes y para aquellos otros alos que les interese sólo uno de los módulos. Os dejo algunos folletos al respecto.
Un motor es la parte de una máquina capaz de hacer funcionar algo, transformando algún tipo de energía (eléctrica, de combustibles fósiles, etc.), en energía mecánica capaz de realizar un trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento. De hecho, gran parte de la maquinaria empleada en ingeniería civil utiliza motores de combustión interna para su funcionamiento, especialmente motores diesel turboalimentado. En este post vamos a repasar muy brevemente este tipo de motores y dejaremos alguna animación para su mejor comprensión. En otros artículos profundizaremos en la explicación y funcionamiento más detallado.
