Los datos históricos nos indican que ya se emplearon diversos morteros y hormigones en civilizaciones tan antiguas como la egipcia o la china hacia el 3000 A.C. Sin embargo, fueron los romanos los que utilizaron su famoso mortero formado de cal y adiciones de tierra volcánica abundante en Puzzoli, a las faldas del Vesubio. Con este material se construyeron numerosas obras, entre las que podemos destacar el teatro de Pompeya, los baños públicos de Roma, el Pont du Gard o el Panteón.
Hubo que esperar a 1756 cuando John Smeaton empleó morteros obtenidos por calcinación de mezclas de calizas y arcillas para reconstruir el faro de Eddystone. Años más tarde, en 1796, James Parker patenta un cemento hidráulico natural al calcinar caliza con impurezas de arcilla, denominándolo «Cemento Parker» o «Cemento Romano». Son en estos años, a caballo entre el final del siglo XVIII y el principio del XIX cuando se registran numerosas patentes de cementos naturales, detacándose el cemento de Luois Vicat, fruto de la mezcla de cales y arcillas en proporciones adecuadas y molidas de forma conjunta. Ello permitió proyectar al propio Vicat el primer puente construido con hormigón en masa, el puente de Souillac, entre 1812 y 1824.
Puente de Souillac (1812-1824), sobre el río Dordogne. Louis Vicat. Primer puente construido con hormigón en masa.Joseph Aspdin (1778-1855)
Sin embargo, el denominado como cemento Portland es el que supone la aparición del cemento artificial propiamente dicho, patentado en 1824 por Joseph Aspdin. El invento consistió en cocer en un horno a elevadas temperaturas una mezcla molida de creta calcinada y arcilla, de una forma muy similar a la actual. El nombre se debió a que el color era parecido a la piedra natural de la localidad inglesa de Portland. Con este nuevo cemento, en 1828 Isambard K. Brunel obtuvo un hormigón con el que se repararon varias brechas aparecidas en el famoso túnel del Támesis en Londres.
La producción de este cemento artificial a escala industrial tuvo que esperar. Fue Isaac Jonson el que, en 1840, puso en marcha la primera cementera del mundo, logrando cinco años más tarde la temperatura suficientemente elevada como para clinkerizar la mezcla de cales y arcillas empleadas como materia prima. En España tuvimos que esperar más, hasta 1899, para tener la primera fábrica de cemento Portland, que se creó en Tudela Veguín (Asturias), con accionariado íntegramente español.
Seguimos con este post la divulgación de conceptos básicos relacionados con una de las unidades de obra que más patologías suponen a largo plazo: la compactación. En otros posts anteriores ya hablamos de los tramos de prueba y de la compactación dinámica. La compactación constituye una unidad de obra donde la interacción entre la naturaleza del suelo, sus condiciones, la maquinaria y el buen hacer de las personas que intervienen en ella es crucial. Desgraciadamente, en numerosas ocasiones se trata la compactación como una unidad de obra complementaria o auxiliar. Las variables que más influyen en la compactación son la naturaleza del terreno, su grado de humedad y la energía aplicada. Estas variables se estudian a continuación.
Figura 1. Curva de compactación
La densidad, humedad y huecos están relacionados entre sí. Se trata de comprobar empíricamente lo que ocurre al someter a un suelo a un proceso de compactación. Dicho experimento consiste en golpear capas dentro de un cilindro, mediante un procedimiento normalizado, y medir la densidad seca y la humedad en cada caso. Se realizará el estudio sometiéndolo a diversas energías de compactación y humedades.
Este experimento permite la obtención de las curvas de compactación, que relacionan el peso específico seco y la humedad de las muestras de suelo compactadas con una energía determinada, y que presentan un máximo, más o menos acusado, según su naturaleza. Los valores típicos de los pesos unitarios máximos secos oscilan entre 16 y 20 kN/m³, con los valores máximos en el intervalo de 13 a 24 kN/m³. Cifras superiores a 23 kN/m³ son raras, ya que este valor es cercano al hormigón húmedo. Los contenidos típicos de humedad óptima oscilan entre el 10% y el 20% con un intervalo máximo del 5% al 30%. Generalmente, se requieren cinco puntos con el objeto de obtener una curva fiable, con una humedad entre puntos que no se diferencien en más del 3%.
Se puede definir como índice de compactación (IC) la relación entre el peso específico seco del terreno compactado y el peso específico seco óptimo.
Antes de llegar a la humedad óptima, el agua favorece la densificación al actuar con cierto efecto lubricante, pero al pasar de la óptima, la densidad seca decrece, ya que el aire no sale tan fácil por los huecos, y el agua desplaza aparte de las partículas sólidas. La rama descendente de la curva tiende a aproximarse asintóticamente a la de saturación del suelo. Hogentogler (1936) considera que la forma de la curva de compactación se debe a dichos procesos de hidratación, lubricación, hinchamiento y saturación reflejados en la Figura 2.
Figura 2. Efectos del contenido de humedad en la compactación
Si se aplican diferentes energías de compactación, ocurre lo que se indica en la Figura 3: el peso específico seco máximo aumenta, pero con una humedad menor y las ramas descendentes se acercan de forma progresiva con humedades altas, ya que el aumento de energía lo absorbe el exceso de agua. Los máximos suelen situarse sobre la misma línea de huecos de aire, en general, alrededor de na = 5 %.
Figura 3. Variación de la energía de compactación
La composición granulométrica del suelo y su sensibilidad al agua de su fracción fina son muy significativas al compactar. Los terrenos granulares sin finos presentan curvas de compactación aplanadas, sin un máximo muy definido, teniendo escasa influencia su humedad. Los suelos finos (más del 35% en peso) presentan pesos específicos secos más bajos que si no tuviesen tantos finos, y por consiguiente precisan de mayor humedad. Lo idóneo es una mezcla de tamaños más o menos continua, con un máximo del 10 al 12% de finos.
Figura 4. Curvas de compactación para diversos materiales (Johnson y Sallberg, 1960)
En obra suele ser difícil mantener contenidos de agua próximos al óptimo, lo cual implica que si las curvas de compactación tienen ramas con fuertes pendientes, estos materiales van a ser más difíciles de compactar, ya que pequeños cambios de humedad causan fuertes bajas en la densidad. Son preferibles curvas con cuyas ramas tengan pendientes más suaves.
Veamos, en 8 minutos, a dar dos pinceladas sobre el concepto de curva de compactación. Espero que os guste.
HOGENTOGLER, C.A. (1936). Essentials of soil compaction. Proceedings Highway Research Board, National Research Council, Washington D. C., 309-316.
JOHNSON, A.W.; SALLBERG, J.R. (1960). Factors that Influence Field Compaction of Soils. Bulletin 272. HRB, National Research Council, Washington, D. C., 206 pp.
A continuación os paso, en varias partes, un documental de National Geographic, sobre los explosivos. Tras visionarlos, podrás contestar a las siguientes cuestiones:
Define brevemente qué es una explosión
¿Qué elementos son necesarios para toda explosión?
¿Cuál es el primer explosivo del que se tiene constancia?
¿De qué está compuesta la pólvora?
¿Por qué se dice que la pólvora es sucia?
¿Cuál fue el primer explosivo militar moderno?
¿Qué se necesita para explosionar el trinitrotolueno?
¿Qué es el «efecto negativo» de la onda expansiva?
¿Cuál es el efecto más pernicioso para un edificio si recibe una explosión?
¿Cómo se puede proteger una estructura del impacto de un explosivo?
¿Cuántas veces es más potente un explosivo actual que la pólvora?
¿Qué significa que un explosivo sea estable?
¿En qué condiciones se da la «química extrema», propia de una detonación?
¿Cuándo y dónde se hizo la primera prueba nuclear?, ¿a cuántas toneladas de TNT equivaldría?
¿Cuántas veces fue más potente la primera bomba H que la bomba de Hiroshima?
¿Cuál es la mayor bomba explosionada nunca?, ¿quién la explotó y cuándo?, ¿a cuántas bombas de Hiroshima equivalían?
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.
El ventilador es una turbomáquina que sirve para transportar gases, absorbiendo energía mecánica en el eje y devolviéndola al gas. En obra civil o en minería se emplean en la renovación del aire, funcionando en el medio de trabajo por impulsión o por extracción.
La ventilación cobra especial importancia en los trabajos subterráneos, tales como galerías, pozos y túneles. Esta consigue la disminución notable de enfermedades pulmonares profesionales, así como un aumento sustancial de la productividad de los equipos. Además, también se emplea la ventilación durante la gestión de los grandes túneles carreteros, de forma que se consiga una atmósfera saludable para el automovilista y un aire puro que permita a los motores térmicos una marcha eficiente.
Los ventiladores son máquinas destinadas a producir un incremento de presión total del aire pequeño, con una relación de compresión de 1,1. En este caso la variación del volumen específico del gas a través de la máquina se puede despreciar, por lo que el ventilador se comporta como una turbomáquina hidráulica. Se distingue del turbocompresor en que las variaciones de presión en el interior del ventilador son tan pequeñas, que el gas se puede considerar prácticamente incompresible. Esto significa que las leyes que relacionan el caudal, la presión y la potencia de un ventilador con su velocidad de rotación son las mismas que en las bombas axiales o centrífugas.
A continuación os paso un Polimedia presentado por la profesora Petra Amparo López Jiménez, de la Universitat Politècnica de València. Allí se presenta los tipos de ventiladores y se describe importancia de las curvas de selección de los mismos, así como la determinación de su punto de funcionamiento e idoneidad para una instalación. Espero que os guste.
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.
Un emisario submarino, en el ámbito de la ingeniería sanitaria es un conducto mediante el cual se bombea el agua residual, después de un tratamiento primario, para conducirla a una cierta distancia de la costa. Al final de la tubería se instala un tramo de tubo perforado, llamado difusor, que facilita la difusión del agua servida en el cuerpo receptor.
Para entender este tipo de obra y su funcionamiento, os recomiendo el siguiente Polimedia de la profesora P. Amparo López, de la Universitat Politècnica de València. Se introducen las partes del mismo y las metodologías de cálculo para realizar un diseño preliminar. Espero que os guste.
En la siguiente animación se puede ver cómo se podría ejecutar un emisario submarino usando la hinca de una microtuneladora. La hinca de tubos es una solución constructiva que presenta grandes ventajas en contra del método tradicional de apertura de zanjas en la construcción de emisarios submarinos.
Animación de construcción de emisario submarino. Fuente: www.microtunel.com
A continuación os dejo un vídeo resumen de la obra de construcción del emisario submarino de Pinedo en Valencia, del que José Álvarez fue autor del proyecto y director de la obra de construcción. Las características de este emisario eran las siguientes: Caudal = 8.5 m3/s. Conducción hormigón armado camisa de chapa diámetro int. 2500 mm. y diámetro ext. 3200 mm. Longitud emisario 3800 m. Difusor en PEAD en forma de Y de 561 m. cada brazo. Diámetros 1600, 1200, 800, 560, 400 y 280 mm. Bocas difusoras totales = 340 ud. El procedimiento de construcción fue mediante el lanzamiento continuo y el arrastre de la tubería por el fondo marino o botton pull. Espero que os guste.
Otro vídeo de interés es el que os dejo a continuación. En él se explica el emisario submarino de Bens (A Coruña). El Emisario está diseñado para un caudal máximo de salida de 6,7 m3/s y el sistema consta de un equipo de desinfección por rayos UV, una cámara de carga, un tramo subterráneo en hinca de 560 m de longitud de Ø int. 1800 y un tramo de emisario submarino fondeado en zanja de 360 m. realizado en tubería de PEAD de Ø int. 1600 con 14 tubos elevadores con dos válvulas antirretorno de 350 mm de diámetro interior por unidad.
Aquí os dejo la propuesta ganadora para la construcción del Emisario Submarino de la depuradora de Lagares (Vigo). Vídeo realizado por Proin4D para DRAGADOS-DRACE.
Las rozadoras o minadores son máquinas autoportantes en las que la excavación se efectúa por la incidencia del útil de corte con el terreno. Tienen además los elementos necesarios para recoger el material excavado y descargarlo sobre el medio auxiliar previsto para su evacuación.
La excavación con rozadora es eficaz en rocas blandas o muy alteradas, terrenos de tránsito o suelos de cierta cohesión y estabilidad. En suelos heterogéneos tienen la ventaja de poder adecuar y dirigir el esfuerzo de la máquina a la resistencia del terreno en cada punto.
Las rozadoras de ataque frontal (“ripping”, en inglés) hacen girar el cabezal alrededor de un eje horizontal, perpendicular al brazo de la máquina. Este tipo de máquinas son las más usuales en las obras civiles. Intervienen tres fuerzas en el arranque por parte de las picas. El par de corte es proporcionado por el motor que acciona la cabeza de corte. La fuerza horizontal se ejerce con el giro del brazo y la fuerza vertical con el peso de la rozadora. Aprovecha bien el empuje en la dirección perpendicular al frente del túnel. El tipo de pica más común es la pica cónica.
En el siguiente vídeo podremos ver la construcción del segundo túnel de Tabaza (Avilés, Asturias) con el minador Westfalia.
En este otro vídeo se puede ver la construcción de un túnel mediante un minador de ataque frontal Sandvik MT 720 (Lurpelan):
Otro vídeo donde se ve perfectamente el trabajo de la máquina:
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.
La innovación y el optimismo son dos conceptos íntimamente ligados. El miedo a no equivocarse, aprender de los errores, afrontar los problemas de forma positiva son actitudes que benefician fuertemente la innovación, y como mínimo, no ayuda a ser más felices.
Algunas citas que podemos encontrar entorno al optimismo creo que nos pueden ayudar:
Algunas personas miran al mundo y dicen ¿Porque?. Otras miran al mundo y dicen ¿Porque no?.George Bernard Shaw
El optimista se equivoca con tanta frecuencia como el pesimista, pero es incomparablemente más feliz.Napoleón Hill
El sol brilla en todas partes, pero algunos no ven más que sus sombras.Arthur Helps
Un optimista ve una oportunidad en toda calamidad, un pesimista ve una calamidad en toda oportunidad.Winston Churchill
Un buen libro sobre este tema lo ha escrito Luís Rojas Marcos, hablando incluso del efecto placebo que para la salud tiene el estar convencido de que uno se va a curar de una enfermedad. Muy recomendable el programa Redes de Punset sobre este tema que podéis ver pinchando aquí. Os paso algún vídeo que creo que puede ser interesante.
Las obras subterráneas están aún expuestas hoy día, a pesar de las muchas perfecciones técnicas, a numerosos riesgos. Se debe insistir mucho sobre la observación rigurosa de las disposiciones de seguridad que son prácticamente las mismas en los distintos países, sobre todo teniendo en cuenta que a causa de la escasez de mano de obra, actualmente se encuentran trabajando en obras subterráneas muchos obreros sin calificación y enseñanza profesional que desconocen los peligros latentes. Por ello el primer mandamiento para la dirección de obras es la vigilancia, enseñanza y educación de este personal.
Mencionamos a continuación algunas observaciones a considerar. Existen numerosos manuales y normas legales al respecto. Aquí sólo mencionaremos algunos aspectos que consideramos de interés, aunque no son exhaustivos. Os recomiendo también este post de la revista Seguridad Minera.
Los trabajos de voladura deben ser solamente efectuados por personal especializado y aun ello bajo la vigilancia de la dirección de obras. Aquí también se actúa hoy día a menudo imprudentemente, a veces por ignorancia, a veces por negligencia.
Muy a menudo se almacenan y transportan juntos los explosivos y los detonadores, los obreros llevan cápsulas de fulminantes sueltas en los bolsillos y se pierden detonadores en cualquier sitio.
Al proceder al revestimiento de impermeabilización con material sintético aplicado en dos componentes “in situ” pueden nacer vapores disolventes venenosos y explosivos (estirol) en concentraciones peligrosas.
Cuando se usen hojas de material sintético como impermeabilización se debe prestar atención a la peligrosidad del fuego (ninguna llama abierta, ningún soplete); las vías de escape se deben mantener siempre libres.
Cortesía: Revista Seguridad Minera
Los diferentes trabajos en las obras subterráneas como perforación, voladuras, retirada del material excavado y la maquinaria, producen polvo y gases que impurifican el aire en la obra subterránea y que en determinadas concentraciones pueden ser peligrosos para el personal. De éstos, los principales son el fino polvo cuarcífero. El óxido y el monóxido de carbono, vapores nitrosos y aldehídos así como el dióxido de azufre. En parte, bastan cantidades ínfimas para causar daños en el cuerpo humano que permanezca ocho horas en esta atmósfera impura.
Estos datos recalcan la importancia de una aireación eficaz correctamente calculada. Entre los sistemas de aireación se distinguen la ventilación por impulsión, por aspiración y la combinación de éstas. Para la ventilación por impulsión se insufla aire fresco hacia el frente de trabajo mientras que el aire viciado es expulsado, a través del túnel, afuera. El frente de trabajo se ventila eficazmente y deprisa siempre que se conduzca suficiente aire fresco y el extremo del tubo de ventilación sea colocado lo bastante cerca del mismo. El efecto de esta ventilación se ve fuertemente influenciado por la velocidad del aire insuflado a través del tubo, por distancia entre el extremo del tubo y el frente de trabajo, por la sección del túnel y por el emplazamiento del tubo de ventilación en la sección.
La ventilación por impulsión tiene, sin embargo, la desventaja que el aire viciado es empujado a lo largo de toda la galería o túnel y molesta a otros grupos de trabajo. Para la ventilación por aspiración, el aire viciado es aspirado en el frente de trabajo y el aire fresco viene desde la boca a través del túnel.
A pesar de que la idea de aspirar los gases tóxicos en el lugar de su nacimiento es correcta, la ventilación por aspiración tiene la grave desventaja que el efecto de la aspiración solamente alcanza a algunos metros más a la del extremo del tubo aun en caso de aspiración continua. Pero precisamente en el frente de trabajo, donde el ensuciamiento del aire es más pronunciado y donde se efectúa el trabajo más duro, queda siempre una zona local con aire muy viciado.
Entre las ventilaciones por impulsión y por aspiración hay una serie de posibilidades de combinación, por ejemplo la ventilación reversible, aspiración con aireación, y otras distintas combinaciones.
Os dejo un pequeño vídeo sobre este tema. Está en inglés, pero podéis activar la opción del subtitulado. Espero que os guste.
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.
¿Hasta qué punto los problemas de calidad en las obras se deben a deficiencias en los proyectos? En este post continuamos una serie de reflexiones relacionadas con la calidad, los proyectos y los recursos humanos. Nunca será suficiente resaltar la gran importancia de hacer buenos proyectos, y en este sentido aportamos aquí algunos datos que, con toda seguridad, se quedan cortos en relación al tema.
La siniestralidad de la construcción constituye un problema de gran importancia social y económica. Edificios con problemas estructurales, de impermeabilización o de fisuras; hundimientos de barrios enteros como consecuencia de la excavación de túneles subterráneos para el metro; líneas de ferrocarril de alta velocidad con problemas para alcanzar su velocidad comercial; presas que sufren roturas y provocan verdaderas catástrofes. Estos son algunos ejemplos que se pueden encontrar en la vida cotidiana y que suponen elevadísimos costes de todo tipo.
Varias estadísticas procedentes de diferentes países y realizadas por diversos organismos (Calavera, 1996) coinciden en señalar la elevada incidencia de los defectos producidos en la fase de proyecto y ejecución respecto a los materiales y al uso y mantenimiento de la construcción. En las Figuras 1 y 2 se recogen los resultados de un estudio estadístico de 10.000 informes de fallos del Bureau Seguritas (Francia), en 1978. Se comprueba que el coste de los errores en la fase de diseño se iguala a los de la ejecución de una construcción. Además, profundizando en la distribución de los fallos dentro de la propia etapa de proyecto, se evidencia la extraordinaria importancia de los detalles constructivos. Continue reading «Los problemas de calidad de los proyectos»→
La ventilación en minas y túneles constituye una operación fundamental cuya función es la de renovar el aire, diluir los gases contaminantes y polvo y controlar los humos en caso de incendio. Esta operación asegura unas condiciones ambientales no peligrosas para la circulación (respiración y visibilidad) y en caso de incendio garantiza las condiciones de evacuación y de intervención de los equipos de emergencia. En base al volumen de los gases nocivos emitidos, se adecua el volumen de aire limpio y fresco necesarios.
Existen diferencias entre la ventilación en fase de construcción y de explotación, pues en la primera se emiten más contaminantes, principalmente en la zona del frente de avance, estando además allí los operarios durante toda la jornada de trabajo. Otra diferencia importante en la ventilación durante la construcción de un túnel es que sólo tiene una entrada, por lo que la ventilación debe conseguirse asegurando la circulación desde la entrada hasta el frente de avance.
Básicamente, se pueden adoptar tres tipos de ventilación en construcción:
Ventilación aspirante: en ella se emplea la conducción del aire como aspirante (tubería rígida) extrayendo el polvo y los gases a su través. El aire entra por la boca del túnel y atraviesa toda su sección hasta llegar al frente de avance, mezclándose así con los distintos contaminantes que puedan existir. Un ventilador acoplado a la tubería hace que el aire del frente entre en ésta y sea expulsado por su otro extremo al exterior del túnel.
Ventilación aspirante. Fuente: construmatica.com
Ventilación soplante: se alimenta el frente de ataque con aire a través de la tubería de impulsión, saliendo el aire sucio a través de la galería que se está perforando. El tapón de humos, gases y polvo que ocupa el fondo del túnel es removido por el aire fresco soplado por la tubería, siendo así diluido y empujado a lo largo del túnel hasta su emboquille, por donde es expulsado hacia el exterior.
Ventilación soplante. Fuente: construmatica.com
Ventilación mixta: es una combinación de las anteriores; cuando se produce la pega (voladura) se adopta la disposición aspirante y una vez estraída la mayor parte de los gases sucios, se cambia a soplante.
Ventilación mixta. Fuente: construmatica.com
La ventaja de la ventilación aspirante es que los gases y el polvo retornan por la tubería evitando que los respire el personal. Además, tras el disparo de las voladuras los gases y humos se eliminan rápidamente. Por contra, se requiere una tubería rígida o si es de lona deben estar armadas con una espiral de acero, el aire entra por el túnel lentamente, la ventilación aspirante deja algunas zonas del frente mal ventiladas, precisa una mayor potencia instalada y genera mayores pérdidas de carga.
Cuando la obra subterránea presenta una gran longitud, es práctica frecuente la utilización de dos o más ventiladores instalados en serie. Con esta disposición de racionaliza la utilización, añadiendo ventiladores a medida que avanza el frente hasta la instalación final para el último tramo de obra.
Os dejo un vídeo donde se explica la ventilación de un túnel en construcción. Espero que os guste.
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.
