El blog de Víctor Yepes

Perforación con martillo en fondo

La perforación con martillo en fondo (D.T.H. down the hole), desarrollada por Stenuick en 1951, se basa en que un martillo golpea directamente la boca en el fondo de la perforación. De esta forma se evita la pérdida de energía transmitida por la percusión del pistón a través del varillaje (a partir de 15-20 m, los martillos en cabeza dejan de ser efectivos). Hoy en día se pueden alcanzar profundidades superiores a los 100 m con rendimientos de entre 60 y 100 m/turno. El martillo en el fondo y la boca forman una unidad integrada dentro del barreno. Esto garantiza una velocidad de perforación bastante homogénea a medida que aumenta la profundidad del taladro, aunque es normal que disminuya debido a la reducción de la velocidad de barrido con la profundidad. El accionamiento del pistón se lleva a cabo neumáticamente, mientras que la rotación puede ser neumática o hidráulica.

El martillo DTH consta de un cilindro cuya longitud es función de la carrera del pistón y cuyo diámetro es acorde con el diámetro de perforación. En el extremo de este cilindro se encuentra la boca de perforación, alojada en un portabocas. El varillaje se sustituye por un tubo hueco que conecta el martillo con el equipo y que transmite el par de rotación y la fuerza de avance. Los barrenos perforados con martillo en el fondo presentan mínimas desviaciones y ofrecen buenos resultados en rocas muy fracturadas. El varillaje, compuesto por tubos de igual diámetro en toda su longitud, no tiene acoplamientos que puedan obstruir la perforación. La rotación la realiza un motor neumático o hidráulico montado en el carro, al igual que el sistema de avance. El aire de escape limpia los detritos y los transporta fuera.

Martillo DTH Secoroc COP 64 Gold. www.dthrotarydrilling.com

El campo de aplicación del martillo DTH son las rocas con una resistencia a compresión media-alta (60-100 MPa), para los cuales se utilizan diámetros más frecuentes entre 85 y 200 mm, aunque podrían ampliarse a diámetros mayores entrando en competencia con los sistemas rotopercutivos hidráulicos con martillo en cabeza. La velocidad de penetración de estos martillos, para diámetros entre 105 y 165 mm, es de 0,5 a 0,6 m/min, con presiones de trabajo entre 1800 y 2000 kPa. La frecuencia de golpeo oscila entre 600 y 1600 golpes por minuto. En cuanto al empuje, son necesarios unos 85 kg por cada cm de diámetro. Para hacerse una idea, con diámetros de 125 mm podemos obtener el doble de potencia que con un diámetro de 100 mm, a igualdad de presión y carrera de pistón.

Hoy en día, el sistema DTH, en el rango de 76 a 125 mm, está siendo sustituido por la perforación con martillo hidráulico en cabeza. Las ventajas de la perforación con martillo DTH frente a otros sistemas son las siguientes:

Velocidad de penetración prácticamente constante con el aumento de la profundidad de perforación
Salvo en rocas muy abrasivas, desgastes de las bocas menores que con martillo en cabeza
Vida más larga de los tubos que de las varillas y manguitos de los martillos en cabeza
Desviaciones pequeñas de los barrenos, por lo que son adecuados para profundidades largas
Menor energía de impacto y más frecuencia, lo cual es apto para macizos muy fracturados o desfavorables
Par y velocidad de rotación menor que otros métodos
No necesitan barras de carga, lo cual permite pequeños carros de perforación para barrenos de gran diámetro y profundidad
Menor coste por metro lineal que con perforación rotativa en diámetros grandes y rocas muy duras
Consumo de aire comprimido más bajo que con martillo en cabeza neumático
Nivel de ruido inferior al estar el martillo dentro de la perforación.

En cuanto a los inconvenientes de este sistema:

Velocidades de penetración bajas
Cada martillo está diseñado para una gama de diámetros muy estrecha que oscila en unos 12 mm
El diámetro más pequeño está limitado por las dimensiones del martillo para un rendimiento aceptable (unos 76 mm)
El costo de un martillo de fondo es muy elevado frente a la pequeña inversión de un tren de varillaje
Riesgo de pérdida del martillo en el interior de la perforación
Se necesitan compresores de alta presión con elevados consumos energéticos.

Os dejo a continuación algunos vídeos de este sistema de perforación. En el primero os dejo un Polimedia que espero os sea útil.

En el siguiente vemos una máquina perforadora neumática Stenuick modelo MD25-60 con motor de rotación Stenuick mod F574, martillo del fondo de 2″, broca de carburo de tungsteno de 2 ¾ » y 3″ y tubos de perforación de 60 mm de diámetro por 2 m.

En este vemos una perforación de anclajes con martillo de fondo para la estabilización de un talud en roca meteorizada de basalto.

En este otro se puede ver una perforación con DTH a través de estructuras geotécnicas para la ejecución de inyecciones de contacto en una estructura subterránea.

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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.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209.

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

Perforación con martillo en cabeza

Figura 1. Equipo de perforación Simba 7.

La forma habitual de perforación de una roca a rotopercusión es la perforación con martillo en cabeza. El principio de corte se basa en el impacto realizado en el exterior de la perforación por un pistón de acero sobre una barrena o varillaje, que a su vez transmite la energía al fondo del taladro por medio del elemento final (la boca) que fragmenta la roca en esquirlas. Para asegurar una sección circular en el barreno, el útil gira con cada golpe para presentar nueva roca virgen en el fondo del barreno. Además, es preciso evacuar los detritos del barreno (barrido), lo que se consigue insuflando aire al fondo del taladro. Parte de la energía del impacto se pierde en la transmisión y en los cambios de sección del varillaje, por lo que la velocidad de penetración de la perforación disminuirá a medida que se profundice en el barreno. Es un sistema que conceptualmente es similar al barrenado manual, donde un operario golpea con una maza la cabeza de una barrena.

Se pueden distinguir los martillos manuales de las perforadoras de martillo en cabeza propiamente dichas. Los primeros son equipos sencillos, actualmente en desuso, salvo en demoliciones o perforaciones de pequeña sección no mecanizable. Los segundos son equipos pesados que, en consecuencia, precisan de su montaje en chasis especiales.

Las perforadoras con martillo en cabeza pueden accionarse mediante martillos neumáticos y martillos hidráulicos. El desarrollo de los martillos hidráulicos en los años sesenta y comienzos de los setenta supuso un gran avance tecnológico en la perforación de rocas.

Tanto las perforadoras neumáticas como las hidráulicas constan de los siguientes elementos:

Un cilindro que con su movimiento alternativo golpea el extremo de una barrena
Un mecanismo de rotación incorporado al pistón (barra rifle o rueda trinquete) o independiente de este (motor de rotación)
Un sistema que permite el barrido del barreno mediante una aguja de barrido que atraviesa el pistón o bien por medio de la inyección del fluido de barrido lateralmente en la cabeza frontal de la perforadora

Perforadoras neumáticas

El accionamiento de estas perforadoras es mediante aire comprimido, con una misma presión tanto para el mecanismo de impacto como para el aire de barrido. Son perforadoras que se han empleado de forma tradicional para barrenos de menos de 150 mm de diámetro. Su peso y tamaño son menores que el de las perforadoras hidráulicas. Presentan un consumo de aire de unos 2,1-2,8 m³/min por cada centímetro de diámetro, la velocidad de rotación es de 40-400 rpm y la carrera del pistón de 35-95 mm.

La rotación del varillaje puede realizarse mediante:

Barra estriada o rueda de trinquete: Muy generalizado en perforadoras ligeras
Motor independiente: Barrenos de gran diámetro

Las longitudes de perforación con este sistema no superan habitualmente los 30 m debido a las importantes pérdidas de energía ocasionadas por la transmisión de la onda de choque y por las desviaciones de los barrenos. Lo normal es utilizar barrenos cortos, con longitudes de entre 2 y 15 m, y diámetros pequeños, de entre 38 y 100 mm. Además, a medida que aumenta la longitud del barreno, se precisa una mayor presión de aire de barrido.

Entre las ventajas de las perforadoras neumáticas cabe destacar las siguientes:

Gran simplicidad
Fiabilidad y bajo mantenimiento
Facilidad de reparación
Precios de adquisición bajos

Perforadoras hidráulicas

Estos equipos se introdujeron inicialmente en los trabajos subterráneos, pero poco a poco se están imponiendo también en la perforación en superficie. Estructuralmente, la perforadora hidráulica es similar a la neumática, aunque el accionamiento se realiza mediante un grupo de bombas que suministran un caudal de aceite que impulsa los componentes. Además, estas unidades van equipadas con un compresor cuya función es suministrar aire para barrer los escombros y se puede incrementar la presión del aire con la profundidad del barreno. La presión de trabajo de estos equipos oscila entre 7,5 y 25 MPa, la potencia de impacto entre 6 y 20 kW y la velocidad de rotación entre 0 y 500 rpm. Aquí el consumo relativo de aire comprimido es menor, entre 0,6 y 0,9 m³/min por cada centímetro de diámetro.

Respecto a las perforadoras neumáticas, necesitan una mayor inversión inicial, requieren reparaciones más complejas y costosas y necesitan una mejor organización y formación del personal de mantenimiento. En cambio, las ventajas tecnológicas de las perforadoras hidráulicas son las siguientes:

Menor consumo de energía: tres veces menos
Menor coste de accesorios de perforación: incremento del 20% de la vida útil del varillaje
Mayor capacidad de perforación: velocidades de penetración entre un 50 y un 100% mayores
Mejores condiciones ambientales: más limpios y silenciosos
Mayor elasticidad en la operación: posibilidad de variar la presión de accionamiento, la energía y la frecuencia de golpeo
Mayor facilidad para la automatización: cambio de varillaje, mecanismos antiatranque, etc.

Carro para martillo en fondo semihidráulico AirROC D45 (Atlas Copco)

Os dejo un Polimedia explicativo sobre este sistema de perforación que espero os sea útil.

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.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.

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

Perforación rotativa con trépanos triturantes o triconos

Tricono de dientes para formación blanda. Wikipedia

Trépano es la herramienta de corte localizado en el extremo inferior de la sarta de perforación que se utiliza para cortar o triturar la formación durante el proceso de la perforación rotatoria. Actualmente los trépanos más utilizados son los trépanos triturantes o triconos. Esta herramienta se creó en 1910, pero no fue hasta que se perfeccionaron los equipos de rotación en la década de los sesenta cuando su uso se popularizó. Al principio, este tipo de perforación se utilizaba solo en rocas blandas o de poca resistencia, pero actualmente estos sistemas ya son competitivos en rocas duras. Con este sistema de perforación se alcanzan buenos rendimientos, de entre 60 y 100 m por turno, en profundidades de hasta 200 m. Se utiliza en ingeniería civil con diámetros de entre 100 y 300 mm. Sin embargo, estos límites se superan en perforaciones petrolíferas, donde en España se han superado los 4500 m de profundidad.

El principio de perforación se basa en dos acciones combinadas:

Indentación: Los dientes o insertos penetran en la roca debido al empuje sobre la boca. Este mecanismo tritura la roca.
Corte: La roca se fragmenta debido al movimiento lateral de desgarre de los conos al girar sobre el fondo del barreno.

La fuerza de avance se produce al introducir los botones del tricono en la roca. Este empuje se transmite al varillaje mediante una cadena de accionamiento hidráulico. La magnitud del empuje no debe sobrepasar cierto umbral para evitar que el trépano se agarrote a la roca y se produzcan otros fallos. La limpieza de la perforación se realiza inyectando un fluido, generalmente lodo, aunque en ocasiones se usa agua o aire comprimido, por el interior de la columna de barras hacia el fondo del barreno. Este caudal, aparte de barrer el detritus, permite refrigerar y lubricar los rodamientos del tricono.

La velocidad de penetración de este sistema depende de la dureza o resistencia de la roca y de las variables de operación, que son las siguientes:

Velocidad de rotación
Fuerza de empuje
Diámetro de la perforación
Velocidad y caudal del aire de barrido
Desgaste de los trépanos

Tricono de insertos. https://www.talleresegovia.com

Se pueden distinguir dos tipos de triconos: de dientes y de insertos de carburo de tungsteno. Los triconos de dientes tienen un coste económico menor, aproximadamente una quinta parte menos que los de insertos. Sin embargo, estos últimos presentan claras ventajas:

Mantienen la velocidad de penetración durante la vida útil
Requieren menos empuje para una determinada velocidad de penetración
Necesitan menos par, disminuyendo las tensiones sobre los motores de rotación
Reducen las vibraciones, con menos fatiga sobre la perforadora y el varillaje
Disminuye el desgaste sobre el estabilizador y la barra
Producen menos pérdidas de tiempo por cambio de bocas y menores daños en las roscas.

Un Polimedia explicativo es el siguiente:

Os dejo a continuación algunos vídeos sobre triconos que espero os sean útiles.

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.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

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

Draga de succión con cabezal cortador

La draga de succión con cabezal cortador, también conocida como cutter suction dredger o simplemente cutter en inglés, es un tipo de draga que tienen un cabezal cortador sumergible, capaces de manejar materiales compactos con una alta producción volumétrica. Gracias a sus equipos de succión, el material se transporta a bordo para su inmediato bombeo. Su campo de aplicación es muy amplio, desde restauración de terrenos a rellenos hidráulicos.

Estas dragas funcionan estacionariamente, pero pueden ser remolcadas sobre pontonas o incluso autopropulsadas (especialmente las más grandes). La combinación de características mecánicas e hidráulicas permite que estas dragas utilicen un dispositivo mecánico para cortar el material y un sistema hidráulico para su transporte y vertido a través de tuberías.

Puede dragar cualquier tipo de material, excepto rocas de elevada dureza. El dragado de bolos y piedra quebrantada en tamaños grandes presenta dificultades, pues el material debe pasar por el cortador y las bombas centrífugas. Además, el dragado de materiales cohesivos como la arcilla puede obstruir y cerrar el cortador, reduciendo drásticamente la producción.

La draga cuenta con un spud en la popa para operar y mantener su posición, así como con dos anclas en la proa. Gracias a las anclas, la embarcación puede realizar movimientos transversales de borneo durante su operación, mientras que el spud de popa le permite avanzar longitudinalmente. Además, el tubo de succión está ubicado en la proa. Muchas dragas están equipadas con una pluma en la proa que les permite mover las anclas de borneo por sí mismas.

Ciclo de trabajo:

Navegación hacia el área de operación
Fijación de la embarcación (basada en el número de anclas o spuds disponibles)
Duración del proceso de carga (que depende del espesor y tipo de terreno)
Descarga sobre el gánguil, o bombeo por tubería
Desplazamiento de los anclajes o spuds

Una vez que la pontona se ubica en la zona de dragado, las spuds se anclan y, en caso de emplear tubería, se conecta desde la embarcación hasta el punto de descarga. Luego, se hace bajar la cabeza cortadora hasta alcanzar la profundidad deseada, se encienden las bombas de dragado y se activa el motor del cortador. Con materiales blandos, el grosor de corte es igual al diámetro de la cabeza cortadora. No obstante, con rocas y arcillas duras, la profundidad de corte es menor que el diámetro del cabezal. Por lo tanto, en este caso, se suelen dar varias pasadas antes de avanzar el equipo. En general, para completar el proceso de corte, se realiza una última pasada hasta alcanzar la altura del cortador. Una vez terminado el corte de esta sección, se levanta el spud y se desplaza el equipo hacia adelante, repitiendo el proceso.

Las producciones son moderadamente elevadas y están determinadas por la eficiencia de las bombas, la potencia del cortador y la distancia de bombeo. El diámetro de la tubería de succión oscila entre los 150 mm y los 1.100 mm, y el poder de corte de la cabeza cortadora varía entre 15 kW y 4.500 kW. La instalación de una bomba en la escala de la draga mantiene la producción sin variaciones significativas, independientemente de la profundidad. A pesar de que la adquisición de estos equipos requiere una inversión considerable y el costo del personal es medio, la producción elevada reduce el costo unitario de manera significativa.

En cuanto a las ventajas de esta draga, se destacan las siguientes: la capacidad de dragar una amplia variedad de materiales, incluyendo roca, y transportándolos directamente mediante bombeo a las áreas de descarga o restauración. Además, esta draga es efectiva en zonas con un radio de acción limitado, también puede operar en aguas poco profundas, permitiendo nivelar el fondo marino y lograr altos volúmenes de producción. Para los equipos más avanzados, también existe la posibilidad de realizar operaciones de dragado siguiendo un perfil predeterminado.

La draga presenta una serie de desafíos en su funcionamiento. Es muy sensible a las condiciones marítimas debido al uso exclusivo de un spud, lo que provoca una menor precisión del dragado en comparación con sistemas que utilizan anclas. La profundidad máxima de dragado se limita a unos 35 m. Además, el oleaje puede afectar la dilución del material dragado y limitar la profundidad de este proceso. Desde un punto de vista económico, la distancia de transporte del material se ve limitada debido a los elevados costos de desplazamiento de la draga.

Las cabezas cortadoras más empleadas son las de tipo corona, compuestas por un grupo de cuchillas diseñadas especialmente para cortar o romper el fondo marino y dirigir el material hacia la entrada del tubo de succión. Hay tres tipos de cuchillas más comunes:

Cuchilla con hojas de filo plano, ideal para materiales blandos como arena, sedimentos y arcilla.
Cuchilla con hojas de filo aserrado, usadas para materiales consolidados como arcillas duras, arenas densas y, en algunos casos, para trabajar con rocas muy débiles y altamente meteorizadas.
Cuchillas para roca, con hojas diseñadas para mantener el mayor número de dientes en contacto con la capa, independientemente de la profundidad de dragado. La forma de la cuchilla varía en función del material a trabajar y puede ser en forma de trépano para arcillas compactas y rocas débiles, o en forma de pica para rocas de dureza moderada.

La eficacia de las dragas depende de sus características específicas, sin embargo, se pueden establecer unos parámetros mínimos para determinar su viabilidad económica en términos de operación. Para que una draga sea considerada viable, debe tener una profundidad mínima de trabajo de 0,75 m y una profundidad máxima de dragado de 35 m. Además, la anchura máxima de corte debe ser de 175 m, la altura máxima de las olas debe ser de 2 m, la velocidad máxima de la corriente debe ser de 2 nudos, el espesor máximo de la capa de hielo debe ser de 200 mm, el tamaño máximo de la partícula debe ser de 500 mm y la resistencia máxima de compresión del terreno debe ser de 50 MPa.

Es importante tener en cuenta que cuando las operaciones de dragado se realizan en aguas confinadas donde el flujo de agua es insuficiente para el bombeo de la draga, el nivel del agua puede disminuir continuamente, lo que puede causar problemas operacionales y graves impactos ambientales. Es relevante destacar que incluso las dragas más pequeñas son capaces de remover 300 m³/h, lo que demuestra su poder y capacidad de impacto.

Os paso los siguientes vídeos donde se puede ver cómo trabaja esta máquina:

A continuación os paso un vídeo sobre Artemis, la segunda draga de succión cortadora autopropulsada construida para Van Oord en los Países Bajos.

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Referencias:

BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2^nd 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.

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

Puente colgante sobre el Vinalopó (Elche)

Fuente: https://twitter.com/e_goberna/status/947089123231268864

El puente colgante sobre el Vinalopó, en Elche, es una estructura diseñada por FHECOR (Hugo Corres y José Romo) y construida por FCC Construcción. Se trata de un tablero metálico asimétrico, con un canto transversal variable de 0,75 a 0,52 m, de 164,50 m de longitud y 23 m de ancho que se cuelga con 54 péndolas cogidas de dos catenarias de ocho cables cada una. Los cables parten de una estructura contrapeso anclada a tierra, que se eleva hasta una silla desviadora metálica situada en un mástil de hormigón de 43 m de altura, bajando en catenaria hasta el contrapeso de estribo opuesto y salvando una distancia de 244 m entre contrapesos.

Los cables principales se montaron con un sistema de cable guía. Las péndolas y sus conexiones con el cable principal han sido montadas con un sistema especialmente diseñado que circulaba sobre los cables principales previamente instalados. El tablero metálico se montó con grúas, dejando articuladas las uniones de los paños entre sí. El hormigonado de la losa se realizó de una vez, utilizando un hormigón con retardador de fraguado para que tuviera lugar cuando el tablero estuviera totalmente hormigonado. La conexión entre acero y hormigón se realizó mediante pernos conectadores tipo Nelson.

Esta estructura se inauguró en julio de 2000, siendo el promotor la Generalitat Valenciana. Os dejo un enlace donde se describe este puente por sus autores: http://e-ache.com/modules/ache/ficheros/Realizaciones/Obra20.pdf

Asimismo, os dejo un par de vídeos donde podéis ver la construcción del puente. Espero que os gusten.

Perforación rotativa de rocas

Figura 1. Trépano tricono típico. Wikipedia

El principio utilizado por las perforadoras rotativas consiste en aplicar energía a la roca haciendo rotar un útil de corte o destroza conjuntamente con la acción de una gran fuerza de empuje. Los diámetros habituales de barreno conseguidos con este tipo de perforadoras oscilan entre 50 y 311 mm, estando los mayores diámetros especialmente indicados para los grandes volúmenes de excavación.

Este sistema consta de una fuente de energía, una columna de barras o tubos individuales o conectados en serie, que transmiten el peso, la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o de insertos de carburo de tungsteno que deben fragmentar la roca. De este modo, se puede distinguir la perforación con tricono (Figura 1) y la perforación con útiles de corte (Figura 2). El primer sistema se aplica a rocas de dureza media a alta y el segundo a rocas blandas.

La fuente primaria de potencia utilizada por estos equipos puede ser eléctrica o motores diésel, y su aplicación se realiza mediante mecanismos de transmisión mecánicos e hidráulicos. La energía se transmite a través de las barras de perforación, que giran al mismo tiempo que penetra la boca, debido a la intensidad de la fuerza de avance. Prácticamente, casi sin excepciones, esta fuerza de empuje se obtiene a partir de un motor hidráulico. En este tipo de perforación, las pérdidas de energía en las barras y la boca son despreciables, por este motivo, la velocidad de penetración no varía apenas con la longitud del barreno. Para girar las barras y conseguir el par necesario, estas máquinas tienen un sistema de rotación montado habitualmente sobre un bastidor que se desliza a lo largo del mástil de la perforadora. El barrido del detritus de la perforación se realiza con aire comprimido, para lo cual el equipo está dotado de uno o dos compresores ubicados en la sala de máquinas.

El empuje a aplicar dependerá de la resistencia de la roca y del diámetro de la perforación. El mecanismo de empuje está diseñado para aplicar una fuerza del orden del 50% del peso de la máquina, alcanzando los equipos de mayor tamaño un peso de unas 120 toneladas. La rotación la provee un motor eléctrico o hidráulico y se transmite a la herramienta por medio de la columna de barras. Los sistemas de rotación pueden ser los siguientes:

Directos
De mesa de rotación
Falsa barra Kelly

Figura 3. Sistemas de rotación: (a) directo, (b) mesa de rotación y (c) falsa barra Kelly

A su vez, estas perforadoras se pueden montar sobre orugas o sobre neumáticos. La elección de uno u otro depende de las condiciones del terreno y de factores como la maniobrabilidad, la movilidad o la estabilidad de la máquina. El montaje sobre orugas se utiliza preferentemente en las grandes excavaciones a cielo abierto, donde los requerimientos de movilidad son escasos. Su limitación en cuanto a menor velocidad de traslación, 2 a 3 km/h, es poco relevante cuando el equipo permanece durante largos períodos de tiempo operando en un mismo banco o sector de la excavación. En tareas medianas, donde se requiere un desplazamiento más frecuente y ágil del equipo, se prefiere el montaje sobre neumáticos. Estos equipos van montados sobre un camión de dos o tres ejes, los más ligeros, y solo los de mayor tamaño se construyen sobre un chasis de cuatro ejes. Su velocidad media de desplazamiento es de 20 a 30 km/h.

El éxito de la perforación rotativa depende de una serie de factores, unos directamente relacionados con la máquina y otros que son factores externos a la misma. Entre los primeros caben resaltar la magnitud del empuje sobre la roca, la velocidad de rotación, el desgaste de la boca, el diámetro del barreno y el caudal de aire necesario para la evacuación del detritus. Entre los factores que no dependen de la máquina se encuentran las características del macizo rocoso y los rendimientos dependientes del operario.

TIPO DE ROCA	RESISTENCIA A COMPRESIÓN SIMPLE (MPa)	VELOCIDAD (rpm)
Muy blandas	< 40	120 – 100
Blandas	40 – 80	100 – 80
Medianas	80 – 120	80 – 60
Duras	120 – 200	60 – 40
Muy duras	> 200	40 – 30

En el Polimedia que os presento se resumen las ideas más importantes acerca de la perforación rotativa de roca. Espero que os sea útil.

Os dejo a continuación un pequeño vídeo donde se muestra el funcionamiento del tricono.

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.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.

¿Cómo influye el factor humano en la calidad?

La satisfacción de las expectativas de los clientes y la eficiencia empresarial están vertebrándose como los ejes sobre los cuales gira la competitividad y futuro de las empresas. Esta nueva forma de entender y gestionar los negocios, basadas en la calidad y la innovación, están retorciendo los cimientos tradicionales donde se apoyaba toda la estructura empresarial. El mismo concepto de empresa, su estructura organizativa, su dimensión, sus fines y las personas que, en definitiva dan soporte a todas las actividades, están cambiando vertiginosamente dentro de un mundo cada vez más competitivo.

En este escenario, la mejora continua de los productos y servicios prestados se hace necesaria, siendo incluso insuficiente en algunos entornos de alta competencia. En estos casos se imponen saltos cualitativos a través de la innovación en las tecnologías y equipos de producción, en la reestructuración organizativa de la empresa, la reorientación de las políticas y estrategias de los negocios y de la cualificación de los recursos humanos, incidiendo muy especialmente en el comportamiento e implicación de los equipos directivos. Continue reading «¿Cómo influye el factor humano en la calidad?» →

¿Cuándo hay que comprar o renovar la maquinaria empleada en la construcción?

La adquisición de maquinaria puede motivarse, bien por la implantación de un proceso novedoso, por la mejora de otro ya existente, por el incremento de la capacidad de producción, o simplemente por una sustitución periódica de otra máquina similar que llegó al término de su vida económica. El conocimiento de las causas que provocan la pérdida de valor de las máquinas proporciona las pautas para su renovación, que dependerán, en gran medida, de las disponibilidades y circunstancias de la empresa. El envejecimiento de los equipos, una producción baja o con unos costes elevados y el mercado de maquinaria nueva y usada son algunos de los criterios que deberían guiar a la empresa en la adquisición de una máquina. Además, deben considerarse otros factores como el estado general de la economía, el futuro de la empresa y sus necesidades inmediatas, los objetivos a largo plazo y la selección de los medios adecuados para sus logros. Sin embargo, la realidad es que la necesidad concreta que surge en una obra determinada es la que plantea la adquisición de una nueva máquina.

El problema de la renovación es independiente de la dimensión de las organizaciones. Las pequeñas empresas deben afrontar el reemplazamiento de los equipos con la misma amplitud que las grandes, so pena de soportar serios problemas de descapitalización y de incrementos en los costes de producción. Las opciones a la compra de un equipo nuevo son la gran reparación, el alquiler, el arrendamiento financiero y la compra de máquinas usadas. Siempre que la empresa pueda abordar la adquisición de un nuevo equipo, son los criterios de rentabilidad económica durante la vida útil los que decidirán la opción más adecuada en cada caso. Como variantes a la adquisición de equipos para grandes obras, en ocasiones se compran los equipos para una obra y se venden a terceros cuando se termina, o bien se adquieren con el compromiso de recompra por parte del vendedor. Con ello se evita que estos equipos graven al parque de maquinaria por su falta de empleo. La maquinaria propia representa para la empresa un mayor potencial y prestigio; sin embargo, supone un mayor inmovilizado, el riesgo de paralización si no existe suficiente obra, la necesidad de contar con un parque o servicio de maquinaria y el riesgo de personal excedente cuando se paran las máquinas. Una alternativa puede ser el alquiler.

Para profundizar un poco más en este tema, os paso un vídeo Polimedia sobre el tema. Espero que os guste.

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. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 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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¿Cómo podríamos diseñar un hotel con «calidad»?

Hotel Fábrica de Giner en Morella (Castellón)

En posts anteriores hemos destacado la importancia de la calidad de un proyecto de construcción, los costes de explotación y mantenimiento o del despilfarro en las obras. Aquí vamos a comentar algunos aspectos relacionados con una tipología concreta. Se trata de una infraestructura que, con mayor o menor fortuna, todos hemos utilizado, pero que menos han tenido la oportunidad de diseñar. Podemos, por tanto, realizarnos la siguiente pregunta: ¿qué es la calidad de diseño en un hotel? ¿Qué deberíamos hacer para que el proyecto de un hotel realmente tuviese en cuenta las necesidades de los clientes?

La calidad de diseño de un sistema hotelero se establecería a través de las siguientes fases:

Identificación de las necesidades de los distintos segmentos de mercado. No se debe proyectar un hotel como un edificio a imagen del arquitecto o del propietario, debe serlo a gusto del huésped buscado.

Elaborar un producto -instalaciones hoteleras- acorde a dichas necesidades, desarrollando las especificaciones de un proyecto factible, que lleven a la satisfacción de cliente -tanto interno como externo- y a la eficiencia económica. De las múltiples opciones se elegirá aquella que minimice los costes globales a lo largo de la vida del hotel. Técnicas como el “análisis del valor” deben desechar componentes del diseño que no proporcionen valor añadido al cliente. Esta implicación siempre obliga al estudio de varias soluciones alternativas. Continue reading «¿Cómo podríamos diseñar un hotel con «calidad»?» →

La perforación a rotopercusión

La perforación a rotopercusión es el sistema clásico de perforación de barrenos que aparece con el desarrollo industrial del siglo XIX. Este sistema, junto con la invención de la dinamita, constituyen dos hitos en el desarrollo del arranque de rocas en minería y obras civiles. Este tipo de perforadoras se usan tanto en obras públicas subterráneas como en minas o explotaciones a cielo abierto: túneles, carreteras, cavernas de centrales hidráulicas, etc.

El principio de perforación de estos equipos se basa en el impacto de una pieza de acero llamada pistón, sobre un útil, que a su vez transmite la energía al fondo del barreno, por medio de un elemento final denominado boca o bit. Este sistema de perforación suele usarse en terrenos muy duros y semiduros.

Las acciones básicas que tienen lugar sobre el sistema de transmisión de energía hasta la boca de perforación son las siguientes:

La percusión: los impactos producidos por el golpe del pistón originan unas ondas de choque se que transmiten a la boca a través del varillaje
La rotación: se hace girar la boca para cambiar la zona de impacto
El empuje: para mantener en contacto la roca con la boca
El barrido: donde el fluido permite extraer el detritus del fondo del barreno

Dependiendo del lugar donde esté instalado el martillo, las perforadoras a rotopercusión se clasifican en:

Perforadoras con martillo en cabeza, que a su vez pueden ser de accionamiento neumático o hidráulico. Aquí la rotación y la percusión se producen fuera del barreno, transmitiéndose a través de una espiga y del varillaje hasta la boca de perforación.
Perforadoras con martillo en fondo, en inglés Down the Hole (D.T.H.), donde la acción del pistón se lleva a cabo de una forma neumática y la acción de rotación puede ser tanto de tipo hidráulico como neumático. En ese caso la percusión se realiza directamente sobre la boca de perforación, mientras que la rotación se efectúa en el exterior del barreno.

Las gamas más habituales de diámetros utilizados con estas perforadoras dependen del campo de aplicación, según se puede ver en la tabla siguiente:

Tipo de perforadora	Diámetro de perforación (mm)
Tipo de perforadora	Cielo abierto	Subterráneo
Martillo en cabeza	50 – 127	38 – 65
Martillo en fondo	75 – 200	100 – 165

En los martillos manuales, la rotación se transmite a través del buje de rotación del martillo y se acciona por el propio mecanismo del pistón, en función de los impactos: a menor número de impactos, debe corresponder un menor par de rotación.

En los equipos de perforación pesados, la rotación se acciona a través de un motor independiente, lo que permite actuar bien sobre la rotación, bien sobre la percusión, según los condicionantes del terreno.

Como ventajas de la perforación rotopercutiva se pueden señalar las siguientes:

Su aplicación a todo tipo de rocas, blandas o duras
Amplia disponibilidad de diámetros
Versatilidad en los equipos y gran movilidad
Se maneja con un solo operario
Rapidez y accesibilidad en el mantenimiento de los equipos
Precio de adquisición no muy elevado

En el siguiente Polimedia podéis ver una explicación sobre este sistema.

En el vídeo que os muestro a continuación, podéis ver cómo golpea una perforadora con martillo de fondo. Espero que os guste.

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.
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.