• Author / Uploaded
• labeguerie

Citation preview

TEMA 3 OBRAS MARÍTIMAS PORTUARIAS

3.1 INTRODUCCIÓN Por obra marítima se entiende toda aquella construcción que se ejecuta bajo la influencia de la marea. En consecuencia abarca un gran número de obras con finalidades muy diferentes. Poseen en común dos aspectos muy importantes que las diferencian del resto de construcciones: -

-

Las solicitaciones a las que están sometidas son específicas: la más importante es la energía del oleaje y en menor medida hay que tener en cuenta la temperatura, calidad del agua... Su ejecución en el interior del mar obliga a disponer de técnicas específicas para su ejecución: cajones, dragas, buzos, grúas, plataformas flotantes...

Aun teniendo estas características comunes, poseen finalidades muy diferentes, pudiendo distinguirse: -

-

Obras marítimas portuarias: son todas aquellas que se ejecutan para crear zonas abrigadas y profundas que faciliten el atraque de los barcos y permitan el transbordo de su mercancía, formando parte de la cadena de transporte. Obras marítimas de protección y regeneración de la costa así como para la creación de playas. Obras marítimas de extracción de materias primas situadas en el subsuelo de los fondos marino como las plataformas petrolíferas. Obras marítimas de saneamiento de poblaciones costeras, como los emisarios submarinos. Obras marítimas especiales como son: o los diques de Holanda, para la creación de terrenos aprovechables controlando la acción de los mares y ríos. o Proyecto Moises para disminuir las inundaciones en Venecia. o Aeropuertos en el mar o Urbanizaciones en el Mar o ………………..

A continuación se muestran una serie de estos ejemplos de estructuras marinas singulares:

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

1

Diques del Mar del Norte en Holanda

Aeropuerto de Kansai (Japón)

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

2

Urbanización La Palmera (Dubai)

Energías renovables marinas

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

3

Plataforma petrolífera Troll (Noruega)

Proyecto Moises (Venecia)

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

4

Dados los objetivos de esta asignatura, estos apuntes se centrarán en las primeras, aunque los conocimientos de la dinámica litoral que requieren el proyecto y la ejecución de las segundas, también se debiera considerar para tener en cuenta los posibles efectos secundarios que pueden provocar las obras portuarias en dicha dinámica, y poder prevenirlos, atenuarlos o corregirlos.

Las primeras obras marítimas que se realizaron tenían únicamente finalidades portuarias. Posteriormente se utilizó su conocimiento para otro tipo de finalidades, como la formación y defensa de playas. También como consecuencia de los avances en la investigación oceanográfica se han definido otros tipos de obras marítimas según el problema que surgía. Los siguientes capítulos se dedican a las obras marítimas portuarias, fundamentalmente los diques en talud o rompeolas y los diques verticales.

3.2 OBRAS MARÍTIMAS ASOCIADAS A LOS PUERTOS. CLASIFICACIÓN Este tipo de obras se pueden clasificar en tres clases que, aunque totalmente diferentes, están relacionadas entre sí por lo que su estudio debe hacerse en conjunto, ya que los efectos de unas pueden actuar sobre las restantes obras en sentido desfavorable o por el contrario puede aprovecharse la acción conjunta de todas aquellas para conseguir el fin propuesto de manera más eficaz y económica. Estas obras se considerarán divididas en tres grupos: 1.- Obras de abrigo o exteriores. Las obras exteriores son las más especializadas y exclusivas de las estudiadas en la técnica portuaria y por su costo, dificultad de construcción y repercusión en el desarrollo futuro del puerto exigen en su proyecto y construcción la máxima atención. El proyecto de estas obras se estudia en los capítulos 3 y 4 de estos apuntes. No obstante en el apartado siguiente se da una visión general de estas obras. 2. Obras de acceso. Su objetivo consiste en conseguir y garantizar el calado necesario para la entrada y salida de los buques 3. Obras de atraque o interiores. Esta las constituyen las obras que se realizan en el interior de las zonas abrigadas para facilitar la carga y descarga de la mercancía. En el siguiente plano se pueden observar estas diferentes zonas así como las infraestructuras que son necesarias en un puerto para garantizar la intermodalidad del transporte.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

5

Obras marítimas portuarias

Otra ordenación de las obras marítimas es la que se define en las ROM, según su función o servicio proponiendo: - Obras marítimas principales - Obras de abrigo o exteriores. - Obras de gestión y protección del litoral (no se estudian en estos apuntes) - Obras de atraque o interiores - Obras de amarre y fondeo - Plataformas exteriores - Conducciones submarinas - Obras marítimas auxiliares - Obras de dragado y relleno - Obras de construcción y reparación de buques y flotadores

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

6

3.3 OBRAS DE ABRIGO. CLASIFICACIÓN El papel primordial de las obras de abrigo es crear un obstáculo a la propagación del oleaje permitiendo la existencia de zonas abrigadas donde fondeen los barcos y donde se construyan las obras de atraque. Las obras de abrigo se pueden clasificar de las siguientes formas: • Por su disposición en planta -

-

Dique único paralelo a la costa. Constan de una gran obra de abrigo unida a tierra o aislada y pueden completarse con contradiques perpendiculares a la orilla para aumentar el abrigo. Diques convergentes. Dos diques que arrancan de la costa hasta dejar una boca. Diques convergentes con antemural. Son de un tipo semejante al anterior pero llevan un dique aislado para proteger la boca si ésta es muy amplia y abierta al temporal. Diques paralelos. Corresponden a espigones y se usan en la entrada de los puertos ganados a tierra, aunque hoy en día se están abandonando por los convergentes. Diques o puertos aislados. Son tipos especiales que en ciertos casos de costas muy arenosas se han construido a base de un recinto aislado en el mar unido a tierra mediante un viaducto aligerado que no impide el paso de las corrientes litorales.

• Por el tipo de su estructura. - Diques rompeolas. Resiste la ola a base de romperla y anular su energía. - Diques reflejantes. Resiste la ola reflejándola y devolviéndola al mar con su energía. -Diques mixtos. Son una estructura con infraestructura de rompeolas y superestructura reflejante. - Otros. Flotantes, neumáticos, hidráulicos y discontinuos.

3.3.1 Planta de los diques. Características La elección de la forma del dique depende fundamentalmente de: -

Características del oleaje: Alturas de ola y dirección predominante.

-

Las condiciones locales de la costa tales como: o Naturaleza de los fondos, geología, geotecnia y medioambiente o Batimetría del fondo o Morfología y topografía de la línea de costa

-

Las necesidades portuarias, es decir el uso al que va destinado, comercial, pesquero, deportivo… Según este destino se deberá conocer el volumen de mercancías que se prevén mover, atraques deportivos y pesqueros…

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

7

Con estos datos se dibuja la traza de las obras exteriores, para lo que es fundamental conocer los planos y características del oleaje y permitir el examen de la planta, en lugar de proceder por simple intuición, para posteriormente definir su desarrollo. A continuación se examinan ligeramente las principales características de cada tipo. • Dique paralelo a la costa. Puede ser de dos tipos: dique arrancado desde la costa o dique aislado abierto por los dos extremos. Se suelen emplear en los puertos exteriores ganados al mar cuando la costa no permite disponer de amplio terreno hacia el interior y no poder dragarlo fácilmente y, por otro lado, existe suficiente profundidad en puntos cercanos y paralelos a la orilla. El primer tipo suele usarse cuando la costa presenta algún saliente favorable para arrancar desde él aunque hay casos en que, por otros motivos, se prefiere el dique aislado. La separación de la orilla depende de varios factores contrarios entre sí; por un lado es necesario dar anchura suficiente entre la orilla y el dique para instalar los muelles (que suelen ser perpendiculares a la orilla) y su zona posterior de servicios así como suficiente espacio para permitir la ruta de entrada y zona de maniobra de los barcos; por otro lado cuanto más alejado esté el dique de la orilla más calado existirá y más costosa será la obra. En este caso para evitar la entrada de oleaje se suele construir un contradique que arranca de la costa normal a ella, situándolo al interior del dique exterior para que no estorbe a la ruta del barco. Este tipo de puerto presenta la indudable ventaja de que su aplicación es relativamente fácil a base de prolongar el dique. En caso de tener un contradique se puede ampliar convirtiéndolo en nuevo muelle y creando una nueva línea paralela como se puede ver en la imagen.

Dique paralelo a la costa

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

8

• Diques convergentes. En ciertos casos los puertos se abrigan a base de los diques que arrancan desde la costa a ambos lados del puerto hasta converger dejando entre ellos una boca de entrada. Adoptan formas muy variadas, pudiendo ser los dos diques simétricos e iguales, o disimétricos alargando más uno que otro para proteger la entrada de los temporales más frecuentes, o incluso llegar casi hasta construir un solo dique principal y un contradique; la forma en planta de la superficie suele ser trapecial, pero hay casos que los diques pueden ser curvos o elípticos. Otras veces sobre todo cuando se trata de abrigar bahías los dos diques están prácticamente en prolongación uno de otro incluso dejan un trozo aislado entre ellos dando lugar a dos bocas de entrada. Los diques convergentes se utilizan en los puertos en los que las profundidades adecuadas están alejadas de la costa. Con ellos se lleva la boca hasta el calado necesario; en el interior los muelles avanzan hasta un punto donde el conjunto de dragados y rellenos tenga costo mínimo. Tienen un grave inconveniente que si no se proyectan con suficiente amplitud al desarrollarse el puerto puede llegar un momento en que se llene de instalaciones toda la superficie abrigada y para las ampliaciones es necesario construir nuevos diques más amplios con todos los inconvenientes consiguientes. Por otra parte suelen dejar entrada fácil al oleaje no existiendo casi zona totalmente abrigadas salvo en los casos de diques disimétricos, en los que actúan como los diques paralelos a costa; en cambio ofrecen fácil entrada al barco. Se suele usar mucho este tipo en zonas arenosas donde es necesario situar la boca en calados donde no se produzcan aterramientos (por lo menos durante cierto tiempo, ya que a la larga la línea de playa avanzará hasta la boca si la corriente litoral de aterramientos es intensa), y también para abrigar bahías profundas, dejando el paso en el centro en el punto de más calado y abrigando una amplia superficie. También se adopta como solución cuando se desea un gran antepuerto en algún puerto importante. En el caso de puertos militares situados en amplias radas se suele emplear este sistema dejando generalmente dos entradas a base de que se deje un trozo aislados en el centro; en estos puertos las entradas suelen ser muy amplias (llegan hasta cerca de los 1.000 metros) por necesidades de seguridad de la flota de guerra y se abren directamente al mar, como es natural, entra mayor agitación en el puerto y a pesar de la expansión de la ola suele existir bastante oleaje aunque es menos molesto puesto que las flotas de guerra suelen estar fondeadas y aguantar mayor agitación de la que sería admisible para un puerto comercial con barcos atracados en muelles.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

9

Diques convergentes disimétricos • Diques con antemurales. En algunos puertos con diques convergentes donde estos dejan mucho espacio interior estando muy separados los diques entre sí formando una boca muy amplia que dejaría poco abrigo en vez de prolongar uno de los diques se prefiere dos bocas a base de construir delante otro dique aislado. Parecida a esta solución es la de los diques convergentes en línea con un tramo aislado.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

10

• Diques paralelos. Se usa esta disposición de diques en los puertos creados sobre tierra o bien en las desembocaduras de ríos navegables. Ofrecen muchos inconvenientes como: aterramientos importantes, malas condiciones de la navegación de entrada de los barcos, penetración de agitación, etc. Para evitar estas dificultades se suele prolongar el espigón más expuesto al oleaje; otras veces se disponen “fosas rompeolas” consistentes en ampliaciones donde la expansión que sufre la ola la amortiguan. Este tipo de diques tiende a desaparecer sustituyéndolos por un sistema exterior de diques convergentes que engloben los primitivos con lo que se consigue aumentar la seguridad de entrada en el canal, crear un puerto exterior más seguro, etc.

Diques paralelos

3.3.2 Estructura de los diques. Características Como ya se ha indicado prácticamente existen sólo dos tipos de diques que impiden el paso del oleaje: los rompeolas y los reflejantes y otro derivado de ellos que son los mixtos, y los que amortiguan el oleaje: sumergidos, flotantes, y neumáticos o hidráulicos. El oleaje está acumulando las ¾ partes de la energía existente en la tierra que llega del sol, siendo ésta anulada en la costa, lugar de realización de nuestras obras exteriores. Quiere esto decir que las acciones que van a actuar sobre este tipo de obras van a ser muy importantes. El gran problema de los puertos son los aterramientos que en su interior puedan producirse, ya que en general se construyen en zona litoral activa. Si queremos que el puerto funcione adecuadamente durante su vida previsible, será conveniente proyectar éstos de forma que se reduzca al máximo la posibilidad de aterramientos, además de dotarlos de sistemas de dragado adecuados.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

11

La ola al avanzar hacia la costa y encontrar fondos con taludes inferiores a cierto valor rompe anulándose su energía. En otro caso si se propaga en fondos con profundidad por encima de un mínimo y no rompe, al encontrar un obstáculo vertical o de pendiente muy fuerte, se refleja en él volviendo al mar de acuerdo con las leyes físicas de reflexión. De acuerdo con esto, los dos procedimientos para combatir la acción directa de la ola sobre la estructura son los de provocar su rotura o provocar su reflexión. Lo primero se hará mediante obstáculos con taludes inclinados lo suficiente para provocar la rotura de la ola. Llo segundo se logrará a base de taludes muy verticales. Las características fundamentales de cada uno de los dos tipos son: 3.3.2.1.- Diques de talud Estos diques se ejecutan con los paramentos en talud con diferentes pendientes según el material que se utilice.

Sección de un dique en talud Las ventajas de estos son: Los terrenos marítimos son en general de mucha peor calidad que los terrenos continentales, puesto que en ellos existen capas superficiales de fangos y lodos de espesor variable con unas características geotécnicas muy deficientes. En ocasiones estas capas pueden existir a distintas profundidades en forma de lentejones. La situación frente a estas capas es difícil, y la colocación de obras sobre ellas va a dar lugar a asientos importantes que han de soportar y asumir las obras colocadas encima de ellos.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

12

Estos asentamientos son perfectamente asumidos por las obras de escollera debido a su gran flexibilidad, resultando por ello muy adecuadas para terrenos con asentamientos irregulares y para terrenos de cimentación muy irregular. A pesar de la gran flexibilidad de estas obras es conveniente realizar un estudio geotécnico detallado para detectar la presencia de este tipo de materiales así como los espesores de estas capas, para tratar de huir de zonas donde los asentamientos puedan ser importantes incluso para obras tan flexibles. También por esta razón tiene poca importancia para el conjunto de la obra la aparición de brechas o averías parciales que se produzcan en temporales extraordinarios. Además éstas suelen ser de reparación fácil, mientras no se reparen continúan con su labor de abrigo en gran proporción aunque parcialmente estén averiados. La flexibilidad de estas obras ha sido un factor que ha hecho que en la actualidad estos diques hayan sustituido casi en su totalidad a los diques verticales de fábrica. Su construcción es relativamente sencilla puesto que no exige unos medios excepcionales de puesta en obra. Sin embargo presentan los siguientes inconvenientes: Los espigones son obras de poca altura y relativamente estrechas, lo cual hace que sean rebasables en cuanto la energía del oleaje aumenta. Esto hace que presenten dos problemas fundamentales, uno de tipo funcional y otro de tipo constructivo: -Problemas funcionales: son debidos a que el oleaje es capaz de pasar por encima el espigón a la zona abrigada por él, lo cual va a provocar en ésta un movimiento del agua que va a resultar muy incómodo para las operaciones que haya que realizar en esta zona. -Problemas constructivos: el “pequeño” oleaje originado en la zona abrigada va a atacar la parte superior del espigón en contacto con este oleaje, puesto que se trata de una zona inestable ante la acción de un oleaje por pequeño que éste sea. Por tanto, esta zona siempre será conflictiva a la hora de hacerse el dique rebasable.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

13

Dique rebasable Llegamos a la conclusión, de que el gran inconveniente de estos espigones es que son fácilmente rebasables. Las soluciones para que este tipo de obras sea irrebasables constituyen a su vez nuevos problemas de índole constructiva. Las soluciones que podrían adoptarse son: 1. Aumentar la altura: para que un dique de este tipo sea irrebasable su altura deberá ser del orden del doble de las máximas alturas de la ola que se vayan a producir en la zona. Como se verá más adelante este problema ha hecho que se investigara la altura de coronación de un dique de escollera en función de la altura de ola buscando su optimización. 2. Aumentar el ancho de coronación a la vez que se disminuye su altura. Sería necesario un ancho de coronación de unos 15 o 20 m como mínimo. Como puede deducirse fácilmente, ambas soluciones exigen un volumen de material (m3 de áridos) ingente, lo que produce problemas muy serios en la explotación de canteras en cuanto que es necesario extraer gran cantidad de material. Además surge un problema adicional que es el transporte de estos materiales hasta la zona de construcción de la obra, puesto que transportar tales cantidades de materiales produce daños muy serios en todo tipo de carreteras. La explotación de canteras tan grandes origina problemas medioambientales muy serios. Todos estos inconvenientes están haciendo que este tipo de soluciones masivas cada vez tenga más detractores. Sin embargo, este tipo de obras combinadas con obras de fábrica dan unos resultados bastante aceptables por lo que aún se realizan obras de este tipo. En la construcción de espigones se presenta otro problema de tipo constructivo, aunque este tiene una solución artificial factible. Como ya sabemos, los bloques de los distintos mantos deben de tener unos pesos determinados, mayores cuanto más exterior sea el manto, pues bien, una cantera en condiciones normales pueden darnos bloques de hasta 8 toneladas como máximo, que para la mayoría de los casos resultan muy pequeños, es decir, poco pesados. Esto hace que tengamos que recurrir a la construcción de bloques artificiales que reúnan las condiciones de peso y forma adecuadas. En principio puede parecer que la forma no sea un condicionante, pero como más adelante veremos hay casos en los que sí lo puede llegar a ser. Otros inconvenientes que presentan son: -Necesitan gastos de mantenimiento continuo equivalente prácticamente al 2% de la obra. -Mucho plazo de para su construcción. -Resta de superficie útil de fondeo con su talud.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

14

3.3.2.2.- Diques verticales Estos diques son estructuras de fábrica con los paramentos verticales en ambos lados.

Ejemplo de dique vertical

Presentan las siguientes ventajas: -

Menor volumen de obra en comparación con una obra de talud para igual caso.

-

Mayor rapidez de ejecución del dique

-

Menor costo unitario hasta cierta profundidad. A partir de ella el costo aumentará considerablemente.

-

Posibilidad de construcción aunque no existan canteras apropiadas.

-

Posibilidad de usarlo como muelle en el paramento interior

-

Presenta mayor superficie útil de fondeo en el puerto

-

Proporciona abrigo total contra la propagación del oleaje a través del dique

Y sus inconvenientes son: -

Exigen inexorablemente un calado al pié del dique mayor de 4H para que se produzca la reflexión de la ola.

-

Necesitan grandes medios auxiliares de obra.

-

Gran temor a los asientos y necesidad de fondos apropiados

-

Favorecen la formación de corrientes de fondo la erosión del terreno y su socavación.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

15

- Necesidad de gran altura de coronación por elevación de la ola en la reflexión - Posibilidad de grandes averías y dificultad y carestía de reparación. Hay que calcular el dique para las máximas olas con la carestía correspondiente. - Dificultad de construcción y colocación en obra de los grandes elementos prefabricados.

3.3.2.3.- Comparación entre ambas tipologías • Profundidad existente. Si no existe un calado mayor de 4H forzosamente se elegirá el tipo rompeolas. Si existe más profundidad es más ventajoso económicamente el vertical. Si se pasa ya de cierto calado ( de 15- 16 metros) es necesario si se elige el tipo vertical, disponer a partir de esa cota un macizo de cimentación. • Naturaleza del fondo. Si el terreno es fangoso o blando no debe elegirse el vertical o hay que proceder previamente a una sustitución del terreno. • Oleajes. Si existen olas de más de 7 metros, hay que eliminar prácticamente los verticales por la altura necesaria sobre el nivel de reposo. Si la agitación del mar es muy continua son preferibles los de talud por cuestiones constructivas. • Materiales de construcción. Si no existen canteras apropiadas y relativamente cercanas es preciso acudir a soluciones de diques verticales o de escollera artificiales, aunque esto último solo es aconsejable para formar mantos y no para todo el macizo. • Medios auxiliares. Si no existen medios apropiados (diques secos o flotantes, grúas flotantes, etc.) es forzoso acudir al dique rompeolas. • Factores de tráfico Si es necesario ahorro de superficie de fondeo es conveniente el vertical y lo mismo si se desea un atraque interior. • Rapidez de ejecución. Con medios apropiados y favorables condiciones náuticas es más favorable la solución del tipo vertical. • Seguridad y mantenimiento. El dique vertical es más económico de mantener que el talud. En cambio el riesgo de averías es muchísimo más grave en el vertical. Debe adoptarse la solución del tipo de dique rompeolas por seguridad de la obra salvo una razón muy justificada.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

16

3.3.2.4.- Otras tipologías

Diques sumergidos

Diques flotantes

Diques neumáticos

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

17

3.4. OBRAS DE ACCESO Uno de los grandes problemas que suelen presentarse en los puertos es la falta de calado y puede dar lugar a hacer totalmente inútiles las instalaciones. El problema se agrava en aquellos puertos que, concebidos para un determinado calado, llegan a cegarse por los aterramientos hasta quedar fuera de uso. Para evitar esta situación hay que proceder a la limpieza de los aterramientos y dado el volumen que éstos pueden alcanzar, el problema planteado toma carácter de gran gravedad hasta el punto de que ésta característica influye de forma decisiva en el coste de mantenimiento del puerto. También puede presentarse otros casos diferentes como son: deseo de aumentar los calados existentes en un puerto, abrir una nueva vía de navegación o bien ganar terrenos al mar mediante el relleno de ciertas zonas, obtener materiales para rellenos, sanear terrenos inadecuados con poca capacidad portante, eliminar materiales contaminantes o contaminados, etc... Para todos los trabajos citados se usan las dragas y se realizan los dragados, trabajo que constituye una parte muy importante de las obras marítimas.

3.4.1 Clasificación y características de los dragados 3.4.1.1 Clasificación Los dragados se pueden clasificar según el punto de vista que se adopte en la forma siguiente: Por su destino: • Dragados nuevos o de primer establecimiento. • Dragados de mejora. • Dragados de aterramientos. • Para cimentación de obras Por su clase: • Dragados en arenas • Dragados en fangos o arcillas • Dragados en roca o materiales duros Por su situación: • Dragados en barras • Dragados en interior de ríos • Dragados en dársenas y zonas de muelles Por el destino de los productos: • Vertidos al mar • Elevados a tierra o vaciadero

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

18

3.4.1.2 Características del dragado El dragado es una excavación submarina que presenta las mismas fases que la operación terrestre, es decir: excavación, transporte y vertido, pero las condiciones especiales del medio en que se ejecuta introducen unas diferencias fundamentales con respecto a la excavación terrestre. Por una parte al estar el terreno sumergido y tener que emplear artefactos flotantes, se pueden usar máquinas poderosas y aprovechar el agua como medio de transporte del producto emulsionado. Por otra parte, en cambio, las condiciones meteorológicas influyen de manera decisiva en el desarrollo del trabajo, además hay clases del terreno que emulsionados, no admiten ciertas formas de transporte por no decantar, lo que obliga a prescindir de técnicas de más rendimiento y economía que las que es necesario emplear. Según el clima marítimo (altura de ola) tendremos que tener en cuenta las restricciones de los trabajos: • Las dragas estacionarias pueden trabajar con Hs ≤ 1 m y se deben refugiar en puerto cuando Hs ≥ 2 m • Las tuberías flotantes tiene que ser retiradas cuando Hs ≥ 2 m • Las dragas de succión en marcha son operativas con Hs ≤ 2,5 m • La velocidad de la corriente influye en la operatividad de las dragas a partir de 1m/s y su acción debe ser tenida en cuenta cuando se instalen tuberías flotantes. Hay que considerar, asimismo, que las corrientes provocan la dispersión de los sólidos en suspensión. Por otra parte, es necesario conciliar el tráfico marítimo con las operaciones de dragado, esto es, con las evoluciones de las dragas, recorridos a las zonas de vertido de materiales, anclas, cabrestantes, tuberías, etc. Se debe planificar con suficiente antelación el balizamiento de la zona influenciada por el dragado y tener en cuenta que la estela de los barcos puede dificultar el trabajo de las dragas estáticas. Por tanto al estudiar un dragado hay que tener en cuenta las condiciones del emplazamiento de la obra La clase de terreno es fundamental en la elección de la máquina más apropiada; por un lado hay que tener en cuenta los materiales que por su composición física y características no decanten; por lo tanto, ya de entrada se ve que para el dragado a ejecutar en arcilla o fango no se podrán emplear nada más que dragas de tipo mecánico de excavación o bien aquellas que aún dragando a base de succión envían directamente la mezcla a tierra sin depositarla previamente en cántara. Por otra parte, en cambio, arenas presentan grandes ventajas para ser dragados por medio de bombas centrífugas, pudiendo entonces decantar directamente o enviarlas a tierra. Por último, si los terrenos son muy duros, habrá que proceder a un quebrantamiento previo por medio de explosivos o de medios mecánicos para poder ser extraídos posteriormente por las dragas correspondientes. En cuanto al destino de los productos influye únicamente en los medios auxiliares, puesto que en caso de que por cualquier conveniencia interese no arrojarlos al mar abriendo compuertas, habrá que disponer de elevadores o grúas que los descarguen en tierra así como vaciaderos apropiados para el caso.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

19

Todos los factores mencionados se influyen mutuamente y condicionan simultáneamente la forma en que deba organizarse la obra y únicamente después del estudio conjunto de las anteriores facetas se puede elegir el sistema de ejecución adecuado o de lo contrario el resultado será negativo. No hay que olvidar que un dragado supone en muchos casos un movimiento de tierras muy importante y que el costo final es muy elevado por lo que una decisión errónea puede originar un serio quebranto económico.

3.4.2 CLASES Y TIPOS DE DRAGAS El material de los dragados puede dividirse según el tipo de operación que realiza en: • Material de excavación • Material de transporte • Material de vertido • Material complementario Algunos artefactos pueden ejecutar más de una de las operaciones citadas o incluso el ciclo completo, pero en definitiva siempre existen diferenciadas esas operaciones aunque se realicen sucesivamente por el mismo artefacto.

3.4.2.1. Material de extracción. Dragas Las dragas se dividen en dos clases principales de acuerdo con la forma en que extraen los productos: • Las que lo hace por acción mecánica de excavación • Las que lo hace por medio de succión A su vez existen diferencias dentro de estos dos grupos principales sobre todo en el primero debido a las diversas clases de máquinas que pueden utilizarse; las de succión tienen como denominador común el empleo de bombas de succión, diferenciándose solamente en la forma de realizar el trabajo. Por otra parte pueden distinguirse otras características diferenciales, tales como que sean autopropulsadas o no, que viertan los productos extraídos en cántaras situadas en el propio barco o utilicen gánguiles o barcazas para su transporte, etc.., e incluso pueden intervenir en la clasificación el tipo de combustible empleado. Prescindiendo de características que son accesorias y que pueden cambiarse en el mismo artefacto, la clasificación más usada es: • Dragas de acción mecánica Draga de cuchara Draga de pala Draga de rosario

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

20

• Dragas de acción hidráulica o succión Draga estacionaria o impulsora Draga autopropulsada estacionaria Draga de succión de arrastre “Cutter” 3.4.2.2. Forma de trabajo de las dragas 3.4.2.2.1 Draga de cuchara. Es sencillamente una grúa con una cuchara bivalva. Va situada sobre la embarcación o pontón que puede ser autopropulsado o no y que puede llevar o no cántara; en este último caso se colocarán al lado de la cuchara gánguiles para recibir el producto. Este tipo de draga es muy útil para dragados de pequeño volumen y en punto próximos a los muelles, donde es difícil el trabajo de las grandes dragas, o para materiales rocosos una vez quebrantados y que por su volumen reducido no aconsejen el empleo de una draga de rosario. Esta draga consiste en un pontón sobre el que se encuentra una grúa, en uno de sus extremos, que sostiene una cuchara. El material que se eleva con la cuchara se descarga en un gánguil situado al lado del pontón. También se pueden usar una sola embarcación que haga las funciones de pontón y gánguil. El pontón puede mantenerse en posición por anclas y guinches o puede combinar un sistema de pilones de fijación durante el dragado y un sistema de guinches para la reubicación del pontón.

Esquema de draga de cuchara Eficacia según el tipo de suelo a dragar • Roca: draga bien rocas sedimentarias muy blandas o meteorizadas. Es útil en profundidades importantes. No puede competir si aumenta la dureza del material • Cantos rodados grandes y medianos: muy apta. Debe adaptarse la cuchara al tamaño de los cantos rodados • Gravas: son aptas. Se utilizan cucharas con dientes. En gravas densas se utilizan cucharas pesadas. El desgaste y rotura de las cucharas puede ser importante • Arenas medianas y gruesas: opera satisfactoriamente

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

21

• Arenas finas bien graduadas: se requieren cucharas con labios afilados, parcialmente apta • Limos: se utiliza muy raramente. Los finos pueden ser lavados de la cuchara • Arcillas: Draga arcillas de todo tipo. En arcillas duras se utilizan cucharas pesadas con dientes. El vaciado de la cuchara puede ser difícil • Suelos orgánicos: muy apta • Restos: se dragan bien. Pueden perturbar la descarga de la barcaza. El personal con los separa y los pone en la cubierta del pontón. Puede hacerse con una reja móvil

Método de operación: El pontón se fija mediante un campo de anclas con el eje de la draga en el eje del corte propuesto y con la grúa cerca del borde de trabajo. Se draga todo el material que entre dentro del radio de la grúa hasta el nivel de diseño y se carga en la barcaza. Cuando no queda más material se avanza el pontón mediante los guinches. Cuando la barcaza se llena se sigue cargando una segunda barcaza en la otra banda

Factores límites:

Min. Profundidad agua Max. Profundidad agua Max. Corriente de través Altura de ola máxima Max. Tensión de corte (arcillas) Max. Compresión (rocas)

1m 50 m 1,5 nudos 2m 300 kPa 1 Mpa

Equipamiento auxiliar: Cuchara: El tipo de cuchara debe ser cuidadosamente seleccionada dependiendo de las características del material a dragar. Para limos blandos, barros y arcillas se puede utilizar una cuchara liviana de la máxima capacidad que soporte la grúa. Para arcillas firmes o rocas muy débiles se utiliza una cuchara con dientes muy pesada. Para cantos rodados sueltos o roca partida una cuchara piel de naranja es apropiada.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

22

Tipos de cuchara

Barcazas: Las barcazas que se utilizan para el transporte del material pueden ser del tipo de casco abierto, denominadas tipo “Split”

Ventajas e inconvenientes • Carga material dragado con perturbación mínima. Llenado con mayor proporción de sólidos. • No se ve afectada por cantos rodados, basura, etc. • La draga es adecuada para el dragado de áreas confinadas tales como a lo largo de muelles, a la entrada de dársenas.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

23

• La profundidad de operación tiene como límite la capacidad del carretel de la grúa. Por lo tanto es posible dragar hasta profundidades que son difíciles de alcanzar con otras dragas de tamaño equivalente. • El pontón suele tener muy poco calado, por lo tanto se puede operar en aguas de muy poca profundidad. • Es muy útil para dragar trincheras angostas • Tiene un nivel de producción bajo. El tiempo efectivo de excavación es una pequeña parte del ciclo de dragado • Tiene dificultades en dejar un fondo nivelado y preciso. Para asegurar que no queden puntos altos es necesario, particularmente en suelos cohesivos, sobredragar una cantidad importante. • La combinación de baja producción y la necesidad de sobredragado importante resulta en costos unitarios elevados, especialmente si se requiere remover capas de material delgadas de grandes áreas. • La penetración en suelos duros se logra solamente por el peso de la cuchara, a menos que se haga un pre-tratamiento. • El rango de materiales que puede ser dragado económicamente es muy limitado 3.4.2.2.2. Draga de pala. Su funcionamiento es análogo al de una simple pala de excavación terrestre; va montada sobre un artefacto flotante y los productos extraídos se vierten sobre gánguiles. Es muy útil para trabajar a lo largo de malecones o para extraer la roca quebrantada por un romperrocas. Este equipo ha evolucionado a partir de la retroexcavadora terrestre. La draga está montada sobre un pedestal en un pontón con pilones, descargando en gánguil en el lateral. El pontón presenta una forma redondeada por proa a los efectos de facilitar la operación del brazo de la draga. Por sus características es un equipo de dragado que puede implementarse con relativa facilidad para dar soluciones rápidas a problemas de poca envergadura

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

24

Esquema de draga de pala Eficacia según el tipo de suelo a dragar • Rocas: puede dragar rocas sedimentarias blandas a medianas • Cantos rodados: Muy adecuada sobre todo si los cantos rodados están enterrados en otros materiales y son grandes. El límite está dado por el tamaño del balde • Gravas: se pueden dragar con relativa facilidad • Arenas: no presentan problemas al dragar arenas. En materiales densos a muy densos baja el rendimiento • Limos: : pueden dragar pero habitualmente no son usadas por el bajo rendimiento comparado con otras dragas. Limos y arenas finas tienden a ser lavadas del balde durante el ciclo de dragado • Arcillas: pueden dragar con relativa facilidad dependiendo de la dureza. Cuando son muy pegajosas se pegan al balde y cuesta vaciarlo • Suelos orgánicos: se draga Método de operación La draga tipo retroexcavadora se utiliza habitualmente para cargar una barcaza amarrada al costado del pontón. En ciertas oportunidades, como en el caso del dragado de trincheras, el material se deposita al costado de la zanja. Como no se puede colocar demasiado lejos hay que tener cuidado que el material dragado no reingrese a la zanja. El movimiento de avance del pontón se realiza habitualmente con ayuda del brazo de la retro. Factores límite: Mín. profundidad de agua 2 m

Max. Profundidad agua Max. Corriente de través Altura de ola max. Max. Ancho de corte Min. Ancho de corte Max. swell Max. Compresión (roca intacta)

24 - 33 m 2 nudos 1,5 m 25 m Ancho del balde 1m 10 Mpa

Equipamiento auxiliar Baldes: El tipo de cuchara debe ser cuidadosamente seleccionada dependiendo de las características del material a dragar. Para limos blandos, barros y arcillas se puede utilizar una cuchara liviana de la máxima capacidad que soporte la grúa. Para arcillas firmes o rocas muy débiles se utiliza una cuchara con dientes muy pesada. Para cantos rodados sueltos o roca partida una cuchara piel de naranja es apropiada.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

25

Chisel de percusión: para romper rocas Barcazas: Las barcazas que se utilizan para el transporte del material pueden ser del tipo de casco abierto, denominadas tipo “Split

Ventajas e inconvenientes • La habilidad de dragar un amplio rango de materiales • La posibilidad de trabajar en espacios confinados • El control preciso de posición y profundidad • La ausencia de anclas y cables, con lo que se evita obstruir la navegación • Mínima perturbación y dilución del material • Un ciclo de dragado mas rápido que el ciclo de la draga de cuchara • La operación requiere una sola persona en la cabina, teniendo una tripulación total de 2 o 3 para colaborar en el movimiento del pontón y su mantenimiento • Al ser un equipo de origen terrestre muchos componentes son de producción en serie con menores costos de capital. • Bajo nivel de producción • La finalización del nivel de dragado depende de la habilidad del operador. Aunque los sistemas de automatización mejoran sensiblemente este aspecto • La complejidad de la máquina requiere mucho mantenimiento y reparaciones que incrementa los tiempos muertos (downtime). • Por ser un equipo de origen terrestre cuyos elementos son de producción en serie, puede suponer un sobrecosto el obtener elementos para equipos de grandes dimensiones.

3.4.2.2.3. Draga de rosario. Consiste fundamentalmente en un cajón flotante de forma rectangular con una ranura en un extremo por la que pasa una cadena de cangilones que se soporta por una gran viga (llamada

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

26

escala) sujeta en una de sus extremos en un castillo central y colgada por el otro de un soporte en la proa. La cadena está formada de una serie de cangilones unidos por eslabones que se mueven por un tambor o prisma que es accionado por correas unidas a la máquina principal. El producto extraído se vierte en un pozo central y se arroja sobre los gánguiles que son embarcaciones dispuestas para recibir el producto y que generalmente tienen puertas en el fondo para en caso necesario poder abrirla y arrojarlo al fondo del mar Este tipo de draga se utiliza desde hace mucho tiempo y es un equipo muy robusto que bien mantenido puede dar muchas satisfacciones. El diseño básico de las dragas de cangilones ha permanecido inalterado por muchos años.

Esquema de draga de rosario

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

27

Draga de rosario Tipo de material Roca sedimentaria blanda Roca partida Cantos rodados grandes Cantos rodados medianos Gravas Gravas arenosas Arenas Limos Arenas cementadas Arenas arcillosas firmes Arcillas limosas blandas Arcillas limosas firmes Arcillas cohesivas o pegajosa Suelos orgánicos Debris (residuos sólidos)

Eficacia

Regular Buena Regular Buena Buena Buena Buena Buena Regular Buena Buena Buena Regular Regular Buena Mala

según el tipo de suelo a dragar

Limitaciones No son autopropulsadas. Los movimientos necesarios para dragar se hacen con cabrestantes sujetos a anclas. Alcanzan profundidades de dragado entre 20 y 30 m. Pueden trabajar con Hs ≤ 1 m. Son versátiles en cuanto a la naturaleza del material a dragar. La posibilidad de utilizar distintos tipos de cangilones les permite dragar desde fangos hasta rocas blandas o rocas duras previamente fragmentadas. Los rendimientos son muy variables en función del material a extraer: varían entre 2.500 m3/día para roca blanda y 10.000 m3/día para terreno suelto.

Equipamiento auxiliar: Se pueden utilizar diferentes cangilones para diferentes materiales. Pueden ser de diferentes tamaños. Se utiliza un pontón especial para soportar el cable frontal por encima del nivel del agua. Se utilizan distintos tipos de ancla según el tipo de suelo. El número, capacidad y tipo de las barcazas ser elige en función de los requerimientos del trabajo. Se utiliza un remolcador para efectuar los movimientos de la draga de un lugar a otro.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

28

Como en todo trabajo de dragado es necesario contar con levantamientos actualizados de las zonas dragadas y de las zonas a dragar por lo que es necesario contar con una embarcación para efectuar los levantamientos batimétricos.

Ventajas e inconvenientes • Dragado continuo. • La dilución del material no es muy significativa. • Al ser un dragado continuo se puede obtener un nivel bastante uniforme del fondo. Son aptas para enrasar banquetas. • El sobredragado técnico no es excesivo. • No es sensible a la presencia de restos. • La draga sea pesada asociado a sistema elástico de amarre permite continuar con la operación en la presencia de olas moderadas. • La dependencia de la carga en barcazas que reduce las posibilidades de realizar rellenos. • Baja eficiencia en los casos que se requiere dragar espesores pequeños. • Niveles de ruido elevados. • En materiales cohesivos pegajosos los cangilones pueden tener problemas al vaciarse. • La draga no es apta para trabajar en aguas con muy poca profundidad. • Tienen altos costos de capital y costos operativos. • Interrumpen el dragado la presencia de cables o cadenas

3.4.2.2.4. Draga estacionaria impulsora. Se trata de un pontón flotante con una bomba centrífuga que dispone de un tubo rígido ajustable dirigido hacia delante y que puesto en contacto con el fondo lo succiona y envía directamente a tierra. 3.4.2.2.5. Draga autoportadora estacionaria. Es un tipo de draga que solamente se diferencia de la anterior en que tiene una cántara donde vacía el producto y que una vez ha llenado su cántara levanta anclas y se va navegando hasta el punto donde, abriendo compuertas, la vacía por fondo. Como es natural, este tipo de draga también puede usarse como la anterior. Consiste en un barco que tiene un tubo de succión que desciende hasta el fondo y que mediante la succión producida por las bombas centrífugas eleva la mezcla de agua y material hasta la superficie. La operación se realiza con el barco fondeado. El resultado del dragado en el fondo es normalmente un pozo con la forma de cono invertido por lo que no se utiliza para la construcción o mantenimiento de canales. Algunas dragas estacionarias tienen cántara y pueden transportar el material agrandes distancias.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

29

Esquema de draga autoportadora estacionaria Estas dragas son muy efectivas para dragar materiales no consolidados como arenas y gravas permeables Este tipo de draga no requiere equipamiento auxiliar salvo cuando carga en barcazas. Características � Profundidades de dragado hasta 30 m. � Tienen un calado en torno a 3 m y son capaces de dragar terrenos emergidos abriendo canal. � Son muy adecuadas para dragar en dársena y rellenar recintos. � Las tuberías de impulsión pueden ir sumergidas, esto es, apoyadas en el fondo, por lo que no interfieren con la navegación. � Son muy versátiles en cuanto al tipo de materiales a dragar: materiales sueltos, arcillas y rocas blandas. � El gran número y variedad de dragas de succión que existen en el mercado hace que sus rendimientos oscilen entre 500 y 100.000 m3/día.

3.4.2.2.6. Draga de succión de arrastre. Es un tipo de draga análogo a las anteriores pero que lleva un tubo rígido hacia atrás y por medio de motores de propulsión va marchando al mismo tiempo que va dragando. Presenta la gran ventaja sobre las anteriores de hacer más rápida la operación y poder dragar a pesar de que haya olas de dos metros de altura, unido a que ejecuta un tajo uniforme sobre el canal en vez de hacer excavaciones aisladas como en los otros casos.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

30

La draga de succión por arrastre es en la actualidad uno de los tipos de dragas mas importantes por su versatilidad. Se trata de un barco muy especializado que remueve el material del fondo a través de los tubos de aspiración mediante la succión provocada por las bombas centrífugas, lo almacena en el mismo barco en cántaras, lo lleva hasta el lugar de vaciado y lo descarga. Todas estas operaciones las realiza la draga de succión mientras se desplaza con el movimiento de un barco normal. Eficacia según el tipo de suelo a dragar � ROCAS: Estas dragas son capaces de dragar rocas blandas o muy blandas, pero se utilizan generalmente solo en casos en que representen una pequeña proporción del total de suelo a dragar. � CANTOS RODADOS: No es adecuada para este material. � GRAVAS: Estas dragas tienen algunas dificultades para dragar gravas sobre todo cuando tiene una granulometría bien graduada y se presenta en forma densa debido a la dificultad de erosionar ese material. � ARENAS Y LIMOS NO COHESIVOS: La TSHD son ideales para este tipo de materiales no cohesivos, pero el rendimiento disminuye cuando se presentan capas de arena cementada o estratos de arcilla. La producción se incrementa mucho si se agregan chorros de agua a alta presión en el cabezal. � ARENAS FINAS MUY COMPACTAS: El cabezal de dragado tiene dificultades para penetrar este suelo y tiende a arrastrarse en la superficie siendo la producción baja. � ARCILLAS Y SUELOS COHESIVOS: La TSHD es adecuada para dragar suelos cohesivos blandos y muy blandos, y comienza a tener dificultades a medida que la tensión de corte del suelo aumenta. � BASURA-DEBRIS-MATERIALES DE DEMOLICIÓN: No es adecuada para este material.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

31

Sus principales características son: • Calado mínimo en torno a 5 m, pudiendo alcanzar en determinados casos los 12 m. • Profundidad de dragado hasta 100 m en las grandes dragas. • Dragan navegando a una velocidad próxima a 2 nudos (1 m/s) y durante el transporte alcanzan velocidades de 12 nudos (6 m/s). • El tiempo de llenado de la cántara es aproximadamente de una hora, aumentando cuando la forma de la zona a dragar obliga a realizar frecuentes cambios de sentido y/o dirección. • La capacidad de la cántara varía entre 1.500 m3 para las dragas pequeñas y 38.000 m3 para las grandes. • Con las dragas de gran porte se alcanzan rendimientos de 100.000 m3 /día en el caso de arenas.

El vertido se puede hacer: • Abriendo el fondo de la cántara. • Impulsando el material a través de una tubería, instalada en una boya, a la que se conecta la draga. • Proyectando el material a través de un cañón.

Equipamiento auxiliar • • • •

La draga de succión por arrastre requiere poco equipamiento auxiliar. Cabezales de dragado para diferentes tipos de materiales. Lancha de relevamiento. Tuberías para descarga de material.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

32

• • •

Hay equipos modernos que llevan incorporado un sistema que inyecta agua a alta presión desde el cabezal de dragado, permitiendo disgregar y succionar rocas blandas Los equipos modernos van equipados con sistemas que optimizan los rendimientos. Disponen de avanzados sistemas de posicionamiento y navegación.

3.4.2.2.7. Cutter (cortador). Es una draga de succión fija que en el extremo de su tubo lleva un dispositivo con cuchillas que giran en torno a un círculo y que van destrozando el terreno y dejándolo suelto. Este tipo es muy útil para aquellos terrenos en los que, por ser muy compactos, como las arcillas, arenas o gravas, la corriente de aspiración de la bomba no es suficiente para succionarlos. Como es natural, en realidad el “cutter” no es un tipo esencial de draga sino un dispositivo que se monta en el extremo de un tubo de succión de una draga. Hoy en día se ha generalizado y en aquellos puntos donde existen vaciaderos cercanos para poder enviar directamente el producto a tierra suelen ser muy económicos, dando los máximos rendimientos. La forma de trabajar de estos barcos suele ser hincando una pata que llevan en popa y abanicando por medio de anclas laterales de proa.

3.4.2.3. Material de transporte. Gánguiles y tuberías Para el transporte del material desde el punto del dragado hasta el de vertido, sino lo hace ya la propia draga, existen dos métodos: los gánguiles y las tuberías. Un gánguil es simplemente una barcaza de transporte en la que se deposita el producto del dragado. Pueden ser cerrados por el fondo en cuyo caso en el lugar de vertido hay que extraer los productos del gánguil, o bien disponen de puertas en el fondo, que giran alrededor de unas charnelas y están colgadas de cadenas, lo cual permite arrojar el producto al fondo.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

33

Los gánguiles pueden ser autopropulsados o remolcados, los primeros suelen usarse para grandes distancias de vertido, son de gran capacidad y de gran potencia de máquinas, pudiendo navegar hasta con olas de dos metros. Los remolcados se usan preferentemente en dársena o ríos donde las maniobras son difíciles, ya que los remolcadores permiten más facilidad de maniobra que los gánguiles autopropulsados. En el caso de que existan vaciaderos cercanos y la draga sea de succión se emplean para el transporte tuberías flotantes y terrestres por las que se conduce la mezcla de agua y terreno desde la draga hasta el vaciadero. A veces pueden usarse también cintas transportadoras que van desde la draga hasta tierras; este sistema se emplea cuando se draga en un puerto estrecho y se puede alcanzar fácilmente las márgenes desde la draga. 3.4.2.4. Material vertido Si los productos no son vaciados por el fondo de los gánguiles, o impulsados directamente a tierra mediante tuberías, hay que proceder a vaciar los gánguiles mediante los elevadores. Estos son de dos tipos: de succión y mecánicos Los primeros son los generalmente usados y consisten en bombas de succión que extraen el producto de los gánguiles, previa adición de agua para poder succionar fácilmente, y los arrojan al vaciadero. Los segundos se emplean cuando el producto no puede succionarse o cuando se desea emplear el producto desecho. Se usan artefactos similares a las dragas mecánicas. 3.4.2.5. Material complementario Existe una serie de artefactos que se emplean en el dragado y que son completamente de los específicos del dragado. Entre ellos pueden citarse como más importantes los romperrocas y perforadores y el material auxiliar flotante. Los romperrocas consisten en artefactos que llevan un pesado punzón que por medio de un mecanismo se puede levantar y soltar golpeando la roca, el peso llega a las 20 toneladas y la altura de caída es de dos o tres metros. Otros tipos más modernos son los basados en los martillos neumáticos que transmiten un número de golpes muy elevado sobre el fondo. En ciertos casos la técnica empleada es el de las voladuras y para ello se hace perforaciones mediante aparatos montados en barcazas; como el oleaje impediría muchas veces el trabajo se emplean plataformas que se elevan sobre el agua sobre patas que se apoyan en el fondo, otras veces, si el trabajo no es importante, se usan martillos portátiles manejados por buzos. Se suele usar el romperrocas de pilón de dureza media y estratificada, los martillos neumáticos en terrenos duros y quebradizos y las voladuras en terrenos duros y compactos. En cuanto a material auxiliar flotante, pueden citarse los remolcadores, boyas, grúas flotantes, sondadores, etc. Todo este material tiene también otros usos.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

34

3.4.3 Elección del material apropiado. Aunque no pueden darse normas concretas ya que cada caso hay que estudiarlo a la vista de todas las circunstancias que en él concurren a continuación se exponen la idea de la bondad de los distintos terrenos para cada tipo de artefacto:

-

Dragas de cuchara Buen terreno Sueltos o algo cohesivos Regulares Compactos o fluidos Malos Duros o rocosos

-

Dragas de pala Buenos Sueltos y compactos Regulares Fluidos No apropiada para rocas

-

Dragas de rosario Muy buenos terrenos Buenos Regulares Malo Muy malo

-

Dragas de succión estacionarias Buen terreno Regulares Malos Muy malos

-

Fangos y arcillas sueltas Arcillas plásticas Arenas sueltas y arcillas compactas Arenas compactas y margas Rocas

Arenas sueltas gruesas Arena fina poco decantadas Terrenos compactos Arcillas, terrenos muy compactos

Dragas de succión en arrastre Muy buenos

Arenas sueltas, gruesas o finas, fangos arenosos

Malos

Terrenos compactos

No apropiados Arcillas y fangos

-

Cuter Toda clase de terrenos incluso los compactos o rocas blandas.

3.4.4. Organización, rendimiento y control Tema 3 – Obras marítimas portuarias

35

De acuerdo con la características del material a extraer, de la condición de su emplazamiento, posibilidad de vaciaderos, etc. Se elegirá el sistema y material más apropiado, es decir, se origina una especie de ecuación entre terrenos, emplazamiento, característica del material. La organización de los dragados variará según el tipo de draga usada. En el caso de draga autoportadora suele ser independiente y el barco trabaja como un simple mercante como unidad independiente. El caso más complejo que puede presentarse es el de un dragado con draga de rosario y vertiendo el producto sobre gánguiles y elevando a tierra el producto; hay que tener en cuenta que los diferentes elementos sean de dimensiones y características análogas, es decir, que tengan igual potencia la draga y el elevador y que haya suficientes gánguiles de manera que ninguno de ellos pueda dar más trabajo que el otro pueda ejecutar. El rendimiento de los artefactos varía mucho en función de los terrenos y las condiciones. Hay que distinguir entre el rendimiento teórico máximo de un artefacto y el real que es final después de tener en cuenta paradas por diferentes causas. Los dragados hay que dividirlos en dos clases diferentes: • Dragados en nueva zona o puntos donde se pueden medir en perfil por no existir aterramientos • Dragados en puntos donde existen aterramientos. 3.4.5 Costos y precios Generalmente, los puertos que necesitan un dragado continuo tienen sus propios elementos puesto que es mucho más conveniente esta solución para no depender de una subasta o concurso y poder tener elementos disponibles de dragado en un momento dado. En España, se ha constituido la Agrupación de Maquinaria que tiene a su cargo el control de todos los dragados del Estado para una mejor utilización del material propio y unificar precios y métodos de obra.

3.5.- OBRAS DE ATRAQUE Y AMARRE Las obras de atraque y amarre se construyen en general en zonas abrigadas y se definen como aquellas que cumplen una o más de las siguientes funciones: a) Establecer una zona contacto entre agua y tierra b) Crear una superficie de paso de la mercancía o pasaje entre tierra y mar c) Crear una zona terminal de los sistemas de transporte tanto terrestre como marítimo y una zona de almacenamiento de mercancías El objetivo de una obra de atraque y amarre es proporcionar a los buques unas condiciones adecuadas y seguras para su permanencia en puerto y/o para que puedan desarrollarse las operaciones portuarias necesarias para las actividades de carga, estiba, desestiba, descarga y transbordo de pasajeros, vehículos y mercancías que permitan su transferencia entre buques o entre estos y tierra a otros medios de transporte.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

36

3.5.1.- Muelles Según el Diccionario de la Academia se define un muelle como aquella obra de fábrica, construida en la orilla del mar o de un río navegable, y que sirve para facilitar el embarque y desembarque de cosas y personas e incluso, a veces, para abrigo de las embarcaciones. Según la ROM, los muelles se definen como estructuras de atraque y amarre fijas que conforman una línea de atraque continua, que en general excede en longitud al buque amarrado, y que están conectadas con tierra total o parcialmente mediante rellenos a lo largo de la parte posterior de las mismas, dando lugar a la creación de explanadas traseras adosadas.

Al ser la unión entre las operaciones marítimas y terrestres de un puerto, el muelle consta de una estructura que contiene dos planos: uno vertical en el que se adosan los buques y otro horizontal a través del cual se realiza la manipulación de la mercancía o pasaje. Se clasifican de acuerdo con la función que realizan: -

COMERCIALES: mercancía general, Graneles líquidos, Graneles sólidos, Contenedores, Roll on/roll off, Pasaje DEPORTIVOS PESQUEROS MILITARES DE REPARACIÓN

En un muelle se distinguen las siguientes zonas que no son independientes entre ellas: -

Zona de operaciones. Generalmente se refiere a la parte terrestre pero lleva asociada la zona marítima en la que se realiza la maniobra de atraque. Zona depósito: son áreas horizontales donde se acopia la mercancía al aire libre o donde realizan las maniobras los vehículos que realizarán el transporte terrestre. Zona de superestructuras: Es la zona donde se ubican las edificaciones Zona de grúas: donde se sitúa la maquinaria que realiza el transbordo de la mercancía

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

37

-

Viales tanto para los vehículos de carretera como del ferrocarril Servicios y conducciones: Es una zona enterrada bajo las zonas de depósito y viales

La construcción es una fase compleja debido a la obligación de trabajar bajo el nivel del mar, debiendo realizar con precisión una buena cimentación para luego levantar el muelle, por lo que, previo a la ejecución de la cimentación, es necesario conocer las características del terreno sobre el que se va a empotrar el muelle. En el apartado 3.6 se estudia su ejecución.

3.5.2.- Duques de alba Los Duques de Alba son estructuras exentas y separadas de la costa que se utilizan como puntos de atraque, de amarre, de ayuda a las maniobras de atraque, así como de varias de estas tres funciones simultáneamente. Se pueden disponer aislados o formado parte de pantalanes discontinuos de solución mixta, bien delante o complementando a plataformas auxiliares no atracables, bien formando una única línea de atraque y amarre

3.5.3.- Pantalanes Los pantalanes se definen como estructuras de atraque y amarre, fijas o flotantes, que pueden conformar líneas de atraque tanto continuas como discontinuas, atracables a uno o a ambos lados. El principal elemento diferencial respecto de los muelles es que no disponen de rellenos adosados y, por tanto, no dan lugar a la creación de explanadas. Pueden estar conectados o no a tierra, la conexión suele realizarse bien por prolongación de la misma estructura o mediante pasarelas o puentes En general, los pantalanes que conforman líneas de atraque discontinuas suelen responder a soluciones mixtas, al estar constituidos o complementarse con varios duques de alba de atraque y/o de amarre, plataformas auxiliares generalmente no atracables y boyas de amarre.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

38

3.5.4.- Boyas Las boyas son estructuras de amarre flotantes, cuya posibilidad de movimientos se encuentra limitada por una cadena amarrada a un ancla, a un muerto o a ambas cosas, los cuales suponen un punto fijo en el fondo. Una boya de amarre se denomina monoboya cuando adicionalmente permite la carga y descarga de graneles al estar conectada a tierra a través de una conducción submarina. En este caso la boya suele estar amarrada mediante varias cadenas con objeto de limitar al máximo sus movimientos horizontales. Se denominan campos de boyas las disposiciones que posibilitan el amarre de un buque simultáneamente a varias boyas con el objeto de limitar los movimientos del buque amarrado.

3.5.5.- Elección del sistema de atraque y amarre La elección del modo de atraque depende de la mercancía transportada. La configuración física más conveniente depende principalmente del volumen y de los tipos de tráficos (mercancías o pasajeros) que deberán manipularse en el mismo, así como de los requerimientos operativos exigidos: -

Tamaño, composición y frecuencia de llegada de la flota de buques Necesidades de superficies y de equipos e instalaciones de carga y descarga en línea de atraque.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

39

-

Necesidad de áreas de almacenamiento más o menos próximas a la línea de atraque y de equipos e instalaciones de transporte entre ésta y las explanadas Necesidades de conexión con el transporte terrestre

La elección entre las diferentes configuraciones físicas posibles que cumplen los requerimientos operativos y las capacidades de línea de atraque y explanada necesarios, se realizará por criterios de optimización económica, tomando en consideración tanto los costes de construcción y conservación como la posible renovación o desmantelamiento, incluyendo además los sobrecostes inducidos por las paradas operativas y los riesgos ambientales y sociales de las operaciones. Como criterio general, se elegirá la tipología que dé lugar a un menor coste global generalizado por unidad de mercancía manipulada (o en su caso pasajero embarcado y desembarcado). El muelle suele ser la configuración del atraque que se adapta a todos los tipos de tráfico dado su gran flexibilidad operativa pero, dado que normalmente tiene un mayor coste de construcción que las otras configuraciones, no siempre es la más adecuada desde el punto de vista económico para atraques específicos.

Tipo de mercancía Uso comercial Graneles Líquidos

Graneles sólidos

Mercancía general

Manipulación Productos petrolíferos

Gases licuados Graneles minerales Cereales y otros Convencional Contenedores Ro-Ro

Pasajeros

Pesquero Deportivo Industrial Militar

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

Atraque

Bombeo por tubería

Monoboya, campo boyas, Pantalán discontinuo Brazo de carga+ Pantalán tubería discontinuo Sistema discontinuo Muelle Sistema continuo

Pantalanes

Sistema discontinuo

Muelle

Sistema discontinuo Medios rodantes + Elevación Ferries Medios rodantes + Elevación Multiproposito Medios rodantes + Elevación Ferries Medios rodantes + Elevación Cruceros Pesca Sistemas discontinuos

Muelle Pantalán continuo Muelle Muelle Pantalán, muelle pantalán Pantalán continuo Muelle Pantalán continuo Muelle Pantalán continuo

40

3.5.6.- Partes y elementos de una obra de atraque y amarre. •

Cimentación: Es la parte de la obra encargada de transmitir al terreno las cargas de la estructura

•

Estructura: Es el elemento o conjunto de elementos cuya misión fundamental es conservar la forma de la misma haciendo frente a las acciones actuantes, marítimas y terrestres, y transmitiéndolas a la cimentación.

•

Superestructura: Es el elemento destinado a permitir la transmisión y el reparto de las acciones de uso y explotación sobre la estructura resistente. De esta forma solidariza por la parte superior al conjunto de tramos estructurales y ofrece una línea de atraque continua. Por otra parte, permite también corregir los defectos constructivos de alineación y desnivel entre tramos estructurales

•

Relleno: Es el material de préstamo que se coloca en el trasdós de la estructura para crear una explanada adyacente

•

Elementos de uso y explotación: son aquellos elementos auxiliares cuya función es posibilitar el uso y explotación de la obra de atraque y amarre de acuerdo con los requerimientos operativos exigidos: Los más importantes son los siguientes: o Vigas carriles: son aquellos elementos estructurales sobre las que discurren los equipos de manipulación de movilidad restringida, cuando no forman parte directa de la estructura o superestructura de la obra de atraque o Defensas: son elementos flexibles situados generalmente en la superestructura que absorben por deformación parte o la casi totalidad de la energía cinética que se desarrolla durante el atraque o la permanencia del buque, limitando los esfuerzos transmitidos tanto a la obra como al casco del buque. A su vez, el sistema de defensas, en combinación al sistema de amarre sometido a tensión puede utilizarse para minimizar los movimientos del buque atracado. Puntos de amarre: son elementos situados sobre la superestructura (bolados, y ganchos) que permiten configurar el sistema de amarre del buque al atraque, cuya función principal es limitar los movimientos del buque durante su permanencia en el atraque, transmitiendo los esfuerzos que se producen a la estructura resistente o Rampa Ro-Ro: es un plano inclinado fijo o móvil cuya función principal es permitir la carga/descarga de los buques por medios rodantes, limitando la pendiente entre el buque y el muelle a un valor admisible. o Galerías/canaletas: Son aligeramientos cerrados/abiertos que se disponen en la superestructura para acoger las redes técnicas: abastecimiento de agua, electricidad, alumbrado, sistema contra incendios, telecomunicaciones…. o Pavimento: Capa superior del firme o estructura resístete dispuesta sobre la explanada para soportar el paso de vehículos.

3.6.- MUELLES

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

41

Los muelles pertenecerán a uno de los siguientes tipos estructurales, según su forma de resistir los esfuerzos a que va a ser sometido y que por lo tanto implicará su metodología de cálculo. 3.6.1.- Fijas cerradas Las obras fijas cerradas masivas o cerradas son aquellas en las que la parte estructural conforma un paramento continuo vertical o cuasivertical de la línea de atraque desde la superestructura a la cimentación. Aunque en general no permiten el flujo importante de agua a través de ellas, algunas veces este paramento puede disponer de huecos con objeto de reducir la posibilidad de reflexiones debidas a la acción del oleaje.

-

Obras de Gravedad

En las obras de gravedad, la estructura resiste las acciones debidas a las cargas de uso y explotación y, en su caso, al relleno del trasdós, mediante su propio peso transmitiéndolas al cimiento normalmente a través de una banqueta de cimentación de escollera, todo uno u otro material granular. Este tipo de estructuras requiere suelos de cimentación competentes, de elevada capacidad portante, localizados en niveles accesibles. Estos suelos pueden ser bien tanto naturales como mejorados o procedentes de una sustitución.

MUELLES DE BLOQUES La estructura resistente está formada por bloques de materiales pétreos o prefabricados de hormigón. Los bloques pueden ser macizos o huecos, rellenándose posteriormente con un material de préstamo granular o con hormigón. En general son paralelepipédicos. Debido a que estos materiales se extraen en una cantera o se fabrican en talleres es necesario transportarlos al punto de colocación, los pesos de los bloques prefabricados suelen oscilar entre 150 y 2000 kN. La capacidad resistente radica en la movilización del rozamiento entre bloques, los cuales pueden o no estar solidarizados entre sí. La geometría de la sección en general puede asimilarse a formas rectangulares o trapezoidales en las que la anchura de la base es del orden del 50 al 80 % de la altura.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

42

SECCION TIPO MUELLE DE BLOQUES

ESQUEMA CONSTRUCTIVO DE UN MUELLE DE BLOQUES

MUELLES DE HORMIGÓN SUMERGIDO La construcción de este tipo de muelles se lleva a cabo bajo el agua, casi en su totalidad, con procedimientos de hormigón sumergido, es decir, bombeando un hormigón rico en cemento con el extremo del tubo embutido en la masa de la zona a hormigonar para que, al expandirse, se evite al máximo el lavado del cemento y el árido fino.

Tema 3 – Obras marítimas portuarias

43

Inicialmente, este sistema se aplicó a muelles de pequeña altura asentados sobre terreno resistente pero en la actualidad se utiliza también en terrenos de baja capacidad portante, sobre banquetas de escollera. Este tipo de muelles está indicado donde no exista espacio para la prefabricación de bloques o medios para su colocación. Como en el caso de las obras de bloques de hormigón, esta tipología estructural suele ser adecuada para alturas desde coronación a cimientos inferiores a 15 metros o en obras de pequeña longitud por requerir menor inversión inicial. La relación anchura de la base/ altura total suele oscilar entre 0,50 y 0,80. Su uso se realiza en: -

Terrenos de cimentación de alta capacidad portante y poco deformable Zonas abrigadas en las que se pueda trabajar con altura de ola significante Hs