Geofísica aplicada a la ingeniería civil

https://www.youtube.com/watch?v=A6t3NR8DXIg

Uno de los problemas que afecta a la ingeniería civil y otras disciplinas es conocer una o varias características y propiedades del subsuelo. Para ello se emplea la ciencia de la geofísica.

La geofísica es una ciencia aplicada que estudia los fenómenos naturales de nuestro planeta desde el punto de vista físico y matemático. Su objeto de estudio abarca todos los fenómenos relacionados con la estructura, condiciones físicas e historia evolutiva de la Tierra.

Originalmente fue desarrollada como un método efectivo para la prospección del petróleo y otros depósitos minerales, pero actualmente tiene aplicaciones específicas en el campo de la ingeniería civil.

Al ser una disciplina experimental, usa para su estudio métodos cuantitativos físicos como la física de reflexión y refracción de ondas mecánicas, y una serie de métodos basados en la medida de la gravedad, de campos electromagnéticos,magnéticos o eléctricos y de fenómenos radiactivos. En algunos casos dichos métodos aprovechan campos o fenómenos naturales (gravedad, magnetismo terrestre, mareas, terremotos, tsunamis, etc.) y en otros son inducidos por el hombre (campos eléctricos y fenómenos sísmicos).

Os dejo una presentación interesante sobre la aplicación de la geofísica a la ingeniería civil. Espero que os guste.

 

 

Sondeos helicoidales

 El sondeo a rotación con barrena helicoidal, maciza o hueca es un método a perforación a destroza en la que los materiales salen desmenuzados por la boca del sondeo. Se puede utilizar si el terreno es relativamente blando y cohesivo, y no se encuentran capas cementadas, gravas, o roca en toda la profundidad de realización del sondeo. Si se emplea la barra helicoidal hueca, es posible la toma de muestras inalteradas y la realización de ensayos “in situ” por el interior de la sonda.

Podemos destacar tres tipos fundamentales: hélice corta, hélice continua y cucharas auger. Continue reading “Sondeos helicoidales”

Plataformas petrolíferas

Plataforma Mittelplate en Alemania. Wikipedia

El mundo necesita energía desesperadamente. Pero cada vez cuesta más encontrar petróleo y gas. Las prospecciones se llevan a sitios complicados. Los primeros pozos petroleros se perforaban mediante percusión, martillando una herramienta sujeta a un cable. Poco tiempo después las herramientas de cables fueron substituidas por la perforación rotatoria, que permitía perforar a mayor profundidad y en menor tiempo. En 1989 se alcanzó un récord en el pozo Kola Borehole al norte de Rusia, que alcanzó 12.262 m de profundidad, usando un motor de perforación no rotatoria en el fango.

Una plataforma petrolífera o plataforma petrolera es una estructura de grandes dimensiones cuya función es extraer petróleo y gas natural de los yacimientos del lecho marino que luego serán exportados hacia la costa. También sirve como vivienda de los trabajadores que operan en ella y como torre de telecomunicaciones. Dependiendo de las circunstancias, la plataforma puede estar fija al fondo del océano, flotar o ser una isla artificial.

1, 2) Plataformas convencionales fijas; 3) Plataformas de torre autoelevable; 4, 5) Plataformas flotantes tensionadas; 6) Plataformas Spar; 7,8) Plataformas semi-sumergibles; 9) Plataformas en barcos perforadores; 10) Plataformas sustentadas en el zócalo y unidas a instalaciones de extracción en el fondo marino. Wikipedia

Os dejo un vídeo sobre las plataformas petrolíferas que espero sea de vuestro interés.

Aquí podéis ver una plataforma petrolífera de récord. Es tan alta como la Torre Eiffel y pesa unas 20.000 toneladas. La compañía Shell ha tardado un año y medio en construirla.

Perforación a rotación por circulación inversa

Existen dos posibilidades a la hora de realizar una perforación a rotación: la rotación con circulación directa y la rotación con circulación inversa. La diferencia entre ambas estriba en el sentido de circulación del fluido de perforación. En la circulación inversa, objeto de este post, el fluido de perforación y el detritus se eleva a la superficie por el interior del varillaje hasta una balsa de lodos. En este depósito, el lodo se recupera para volver a introducirlo en la perforación por el espacio anular comprendido entre el varillaje y la perforación. La principal diferencia entre los equipos de rotación directa  o los de rotación inversa es que, mientras los primeros utilizan una bomba de lodos, los segundos utilizan un compresor, que generalmente suele llevar su propio motor. En ambos casos, estos elementos suelen ir montados sobre el propio chasis de la máquina, aunque a veces, debido al tamaño de los compresores suelen ir en remolques independientes.

Este sentido inverso de circulación es adecuado cuando el diámetro de la perforación es elevado (un diámetro habitual de trabajo es de 600 mm, pudiendo ser mayor). El método de perforación por Circulación Inversa depende del potencial del agua para contener las paredes de la perforación, precisando un mínimo de 3 metros de columna desde el fondo de la perforación. Ante suelos de alta transmisividad, igualmente puede ser requerido un elevado ratio de bombeo de fluido de perforación, dadas las perdidas, o bien se puede necesitar algún aditivo para impermeabilizar las paredes de la perforación, que posteriormente deberá ser eliminado mediante el debido desarrollo.

Para entender mejor este sistema, os dejo a continuación unos vídeos explicativos que espero os gusten.

 

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

Perforación con coronas

Elementos de la corona
Elementos de la corona

La perforación con corona es el método de sondeo más difundido en el ámbito de la ingeniería civil, siendo imprescindible cuando se trata de extraer un testigo continuo en formaciones rocosas.

La zona de corte consta de la matriz, que es una aleación de distintas características según el terreno a perforar y en la que se insertan los diamantes, y de un cuerpo principal, que da soporte a la matriz y sirve de unión por roscado al varillaje. Si hay necesidad de extraer testigos, la matriz debe ser hueca (de corte anular) y en el caso contrario, maciza o ciega.

coronas de matriz maciza
Coronas de matriz maciza

La función de la corona es fragmentar la roca hasta dejarla en condiciones de ser extraída a la superficie. La eficacia de esta función, su precio y la duración (que dependerá del desgaste) son los tres aspectos básicos en su elección. Según la dureza y abrasividad del terreno la corona puede ser de widia o de diamantes.

Las coronas de widia son apropiadas para perforar rocas blandas o de dureza media. Están compuestas por prismas octogonales de unos 15 mm de longitud, insertados en las zonas más sobresalientes del perfil que forma el perímetro de la corona. La widia (aglomerado de carburo de wolframio, tungsteno, molibdeno, cobalto y otros metales) es mucho más resistente y menos sensible a la abrasión que los aceros especiales, pero su costo es bastante más elevado, aunque menor que el del diamante.

Coronas de widia
Coronas de widia

Las coronas de diamante se emplean en rocas muy duras y abrasivas, donde el rápido desgaste de las coronas de widia no compensaría la economía obtenida en su compra.

Por la forma de fabricación y distribución de los diamantes, estas coronas puedes ser de inserción o de concreción.

  • En las coronas de inserción los diamantes están incrustados sobre la superficie de la corona de la que sobresalen en forma de casquete. El tamaño de los diamantes es en estos casos de 10-80 p.p.q. (piedras por quilate: 1 quilate = 0,2 gramos).
  • En las coronas de concreción, los diamantes son de bastante menor tamaño (80-1000 p.p.q.), están mezclados y distribuidos regularmente por la matriz.
Coronas de diamantes de inserción
Coronas de diamantes de inserción

Al cabo de cierto tiempo de utilización, la corona no proporciona ya un avance aceptable por lo que es necesario su recambio. Ese momento puede medirse aproximadamente, cuando con la máxima carga sobre la corona, el avance es inferior a unos 2 cm/min. El intentar en estos casos mantener el rendimiento aumentando la carga podría provocar la fractura de algún diamante o de la matriz.

Os dejo unos vídeos sobre el tema.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

Perforación con hélice corta

Hélice cortaCuando se trata de perforaciones de diámetros elevados y la extracción del material se realiza de forma discontinua, se utiliza la perforación con hélice corta (intermittent augering). Con este procedimiento se pueden abrir perforaciones de hasta unos 2,5 m de diámetro y profundidades de hasta unos 50 m. El terreno debe ser lo suficientemente seco y cohesivo para evitar derrumbes en las paredes. En caso contrario, se debería recurrir a la perforación con lodos y extracción con cazo.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

Sistema “Franki” de ejecución de pilotes de desplazamiento

El sistema “Franki” de ejecución de un pilote de desplazamiento se base en una entubación metálica que presenta un tapón de hormigón en la punta. Dicho conjunto se hinca “a golpes” mediante una maza. Una vez se llega a la profundidad adecuada, se sujeta la entubación y se golpea el tapón en la punta para expulsarlo hacia abajo, creando así un bulbo o “punta ensanchada” a base de compactar el terreno, lo que hace que este pilote sea también muy eficiente trabajando a tracción.No se recomienda su uso en suelos cohesivos, donde la compactación de la base no es posible.

Fue desarrollado en el año 1909 por el ingeniero belga Frankignoul Edgard y desde entonces ha logrado un éxito considerable en todo el mundo.  Este método se puede aplicar en diferentes condiciones, y sigue siendo utilizado debido a su alta capacidad de carga y tracción, y los bajos niveles de ruido y las vibraciones del suelo.

A continuación podéis ver un vídeo explicativo de los pilotes de desplazamiento con tapón de gravas, que en la nomenclatura de las NTE se denomina CPI-3.

Os recomiendo el enlace de Enrique Montalar, y también los siguientes vídeos explicativos que espero os gusten.

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