Figura 1. https://www.publicdomainpictures.net/es/view-image.php?image=89500&picture=draga
Para planificar un proyecto de dragado es fundamental disponer de información geotécnica detallada del material a extraer. Esto permitirá seleccionar el equipo adecuado, estimar los rendimientos y prever la necesidad de sobre-excavación. Es importante tener en cuenta el tipo de terreno a dragar para identificar los más apropiados.
Las Tablas que se presentan resumen las características de las dragas en función del terreno, lo que facilita la elección del equipo adecuado y contribuye a una ejecución más eficiente del dragado.
Tabla 1. Comportamiento de las dragas en función del terreno (Vigueras, 1997)
Tabla 2. Equipos más adecuados para cada terreno (Vigueras, 1997)
Tabla 3. Uso de los equipos de dragado en función del emplazamiento y las características de los materiales a dragar (Vigueras, 1997)
Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
VIGUERAS, M. (1997). Organización y ejecución de las obras. Conferencia 7. Curso General de Dragados Ente Público Puertos del Estado.
Figura 1. Draga de cuchara. https://pxhere.com/es/photo/1274135
El emplazamiento influye en la selección del equipo de dragado. Entre los factores que intervienen se incluyen las dimensiones del área a dragar, la profundidad de dragado, la exposición ambiental, la ubicación de los puntos de descarga, las restricciones medioambientales del lugar, entre otros. A continuación, se presenta una breve descripción de cada uno de ellos.
Dimensiones de la zona a dragar
Las dimensiones de la zona donde se llevarán a cabo el dragado condicionan la selección de los equipos. En espacios reducidos, como en canales estrechos, no es posible emplear máquinas de gran tamaño que requieren cierto espacio para funcionar de manera óptima. Además, grandes dimensiones a menudo requieren grandes volúmenes de dragado, por lo que el uso de dragas de cuchara no suele estar recomendado debido a su baja producción real.
Profundidad de dragado
El calado de la zona de trabajo es crucial, pues las dragas están diseñadas para operar a una profundidad específica. Aunque es posible aumentar el calado, esto suele encarecer el costo de la draga. Este desafío se agrava en dragados de pequeña escala, donde elegir equipos grandes para mejorar la profundidad de dragado, puede producir un sobredimensionamiento excesivo y un aumento significativo en los costes.
Las bombas sumergibles modernas permiten que los equipos de dragado hidráulico alcancen calados significativos. Si bien los equipos mecánicos también alcanzan grandes profundidades, su rendimiento se ve condicionado por la mayor duración del ciclo de trabajo.
La profundidad del área de trabajo afecta la maniobrabilidad del equipo. La draga autoportante opera en aguas profundas y es capaz de excavar con fondos de 30 m o incluso más. Sin embargo, con menor profundidad, los equipos grandes pueden encallar debido a que alcanzan calados de 6 a 10 m cuando van cargados. A profundidades reducidas se recomienda el uso de cualquier tipo de draga que esté equipada sobre pontona, por el pequeño calado nominal que presentan.
Algunos equipos son capaces de trabajar en cauces de calado más bajo al necesario para su desplazamiento, pues van abriendo camino mientras realizan el dragado. Este es el caso de las dragas de pala o de retroexcavadora cuando operan en avance.
Grado de agitación
En zonas con oleaje fuerte, no se recomiendan las dragas estacionarias debido a que el oleaje puede dañar la embarcación y los anclajes. Igualmente, el uso de barcazas también presenta riesgos, pues pueden sufrir daños durante la maniobra de acercamiento debido a los choques con los gánguiles.
Al usar una draga estacionaria, se deben tomar precauciones adicionales y tener un remolcador disponible para llevar la embarcación a un lugar seguro en caso de un temporal inesperado. Además, los anclajes de la draga y las tuberías de vertido pueden causar problemas de navegación para las embarcaciones cercanas, por lo que es importante considerar el tráfico marítimo antes de seleccionar el equipo y los métodos de operación.
En resumen, las condiciones del agua, como las mareas y las tormentas, son factores críticos en dragados en aguas interiores, costeras o ríos caudalosos. Por ejemplo, en regeneración de playas y excavación de zanjas cercanas a la costa, las condiciones del mar dictarán el método y el rendimiento del trabajo.
Ubicación del punto de vertido
El emplazamiento del vertido es un factor crucial al elegir el equipo de dragado. Cuando los puntos de vertido se encuentran cerca de la zona de extracción, se recomienda utilizar una draga con cabezal cortador. Sin embargo, si no es posible instalar tuberías flotantes, las mejores opciones son las dragas de rosario o de succión.
Por otro lado, si los puntos de vertido se alejan más de un kilómetro de la zona de dragado, se deben descartar las tuberías o el vertido por impulsión. En este caso, se recomiendan las dragas de succión si el material decanta adecuadamente en la cántara, y, de lo contrario, las dragas mecánicas combinadas con gánguiles de transporte.
Requerimientos medioambientales de la zona
Las restricciones medioambientales en la zona a dragar y en el recorrido del transporte pueden condicionar los proyectos de dragado. En algunos casos, la presencia de fauna y flora protegidos impide llevar a cabo estas operaciones, mientras que en otros se requieren equipos especiales para evitar el enturbiamiento del agua, como dragas de succión o cucharas cerradas para terrenos fangosos. Por este motivo, es necesario utilizar sistemas de posicionamiento precisos. Además, es importante valorar los impactos de las operaciones de dragado en los núcleos urbanos cercanos. Esto incluye considerar los olores y ruidos generados por la utilización de equipos mecánicos, en especial cuando se dragan rocas.
Figura 2. Conducciones de dragado en playa. https://www.publicdomainpictures.net/es/view-image.php?image=93081&picture=playa-de-dragado
Referencias:
BRAY, R.N.; BATES, A.D.; LAND, J.M. (1997). Dredging: A handbook for engineers. 2nd edition, Willey, 434 pp.
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
Figura 1. Dragado mediante una retroexcavadora. https://es.wikipedia.org/
Las operaciones de dragado implican, en esencia, la eliminación de materiales de los fondos marinos y fluviales y su transporte y descarga en ubicaciones específicas. Su uso es muy versátil y abarca principalmente la ingeniería civil y la minería. En un artículo anterior ya se destacó la importancia de las obras de dragado.
En este artículo, clasificaremos las obras de dragado según su objetivo, ubicación y las características del terreno a trabajar. Es crucial destacar que el dragado es un medio y no un objetivo en sí mismo.
Según el objetivo o destino del dragado
El dragado es de gran importancia en la ingeniería portuaria, ya sea para mantener y mejorar los calados, desarrollar nuevas instalaciones o crear puertos. Muchos puertos requieren periódicamente trabajos de dragado para optimizar la navegación. Además, estas obras pueden mantener o ampliar los cauces de los ríos, mejorar su capacidad de drenaje y facilitar la extracción de materiales de construcción y minerales en ambientes marinos.
Otro empleo cada vez más frecuente de los materiales de dragado es como material de relleno o sustitución. Estos rellenos son necesarios en diversas obras, como el trasdosado de muelles, la construcción de carreteras, aeropuertos o el reemplazo de terrenos de baja calidad para mejorar las condiciones geotécnicas en la cimentación de muelles y otras estructuras. El dragado también se utiliza para excavar zanjas para tuberías y cables.
En algunos casos, forma parte de proyectos de restauración ambiental, como la limpieza de fondos marinos contaminados o el drenaje de zonas pantanosas. En los últimos años, el dragado ha cobrado importancia en relación con la regeneración y protección de playas mediante la adición artificial de arena
Actualmente, las técnicas de dragado son esenciales en proyectos que buscan ampliar las áreas de uso en el mar, frecuentemente relacionados con el transporte de mercancías y pasajeros, como es el caso de la isla artificial construida en Hong Kong para alojar un aeropuerto (véase la Figura 2).
Figura 2. Aeropuerto Internacional de Hong Kong, China. https://www.guiaviajesa.com/aeropuertos-mas-estranos-en-islas-artificiales/
Según el emplazamiento:
Las condiciones en las que se llevan a cabo las obras de dragado varían según su ubicación en relación con la costa. Pueden realizarse en el mar abierto, en la zona costera o en aguas protegidas, como en el interior de un puerto, un río o un lago.
Según las características del terreno:
Los terrenos a dragar varían en su composición, desde rocas duras hasta fangos, lo que afecta su comportamiento durante la excavación, transporte y vertido. Por lo tanto, la naturaleza del material a dragar tiene una gran influencia en la elección de la draga y la técnica de dragado.
He grabado un vídeo explicativo sobre este tema, que espero sea de interés.
Os dejo un vídeo donde se describe el dragado del Canal de Panamá.
En este otro vídeo vemos la draga empleada en el puerto de Nueva York.
Referencias:
CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2010). Temas de procedimientos de construcción. Equipos de dragado. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 2010.4038.
SANZ, C. (2001). Manual de equipos de dragado. Ed. Carlos López Jimeno. Madrid, 323 pp.
Figura 1. Neumáticos de dúmperes rígidos. Imagen: V. Yepes
Los costes de los neumáticos pueden representar en las grandes máquinas (tractores pesados, mototraíllas…) un tercio de su coste total. En algunos casos, los neumáticos se venden aparte, ajustándose al tipo de trabajo realizado por el equipo.
En condiciones ideales, la vida de servicio de unos neumáticos radiales es de unas 6.000 horas. Sin embargo, lo habitual son desgastes fuertes, por lo que se reponen, por término medio, entre las 2.500 a 4.000 horas de trabajo (de 30.000 a 50.000 km). En el caso de mototraíllas o palas cargadoras en condiciones de gran dureza, la vida se reduce a unas 1.000 horas.
Para comparar la vida de los neumáticos se puede utilizar el concepto de T.V.H. que representa el producto de las toneladas medias transportadas por la velocidad media y por las horas recorridas. A mayor T.V.H., mejor comportamiento del neumático.
Las condiciones que más inciden en la duración de los neumáticos son los impactos, que producen dobleces y descascarillados, la abrasión y otros factores que dependen de las condiciones naturales y del terreno, del tipo y hábitos del operador y del mantenimiento realizado. En la Tabla 1 se recoge la duración estimada, en función de las condiciones de trabajo, para los neumáticos de distintas máquinas.
Tabla 1. Duración típica de los neumáticos, en horas (Nunnally, 2001)
Tipo de equipo
Condiciones de trabajo
Favorables
Medias
Desfavorables
Buldócer o cargadora
3.200
2.100
1.300
Motoniveladora
5.000
3.200
1.900
Mototraílla convencional
4.600
3.300
2.500
Mototraílla de doble tracción
4.000
3.000
2.300
Mototraílla push-pull y autocargable
3.600
2.700
2.100
Dúmper extravial y motovagón
3.500
2.100
1.100
En la Tabla 2 se indican los factores que habría que aplicar para calcular la longevidad de los neumáticos en el caso de equipos de acarreo para movimiento de tierras.
Tabla 2. Factores que reducen la longevidad de los neumáticos en vehículos de transporte de movimiento de tierras
Eje motriz
Tracción continua a 4 ruedas
0,9
Tracción intermitente a 4 ruedas
0,8
Eje de apoyo
1,0
Presión de inflado
Presión correcta
1,0
Presión de inflado un 10% inferior
0,9
Carga
Ninguna sobrecarga
1,0
10% sobrecarga
0,9
20% sobrecarga
0,8
Condiciones de la rodadura o ruta de transporte
Tierra blando con un poco de piedras
1,0
Camino de grava bien mantenido
1,0
Camino de grava mal mantenido
0,9
Rocas dinamitadas
0,7
Mantenimiento del sitio de carga y descarga
Excelente
1,0
Deficiente
0,9
Curvas
Ninguna o muy suaves
1,0
Cerradas
0,9
Pendientes (solo para las ruedas motrices)
No pasan del 6%
1,0
Superior al 6%
0,9
Velocidad media
16 km/h
1,0
32 km/h
0,9
Experiencia del operador
Más de 6 meses
1,0
Menos de 6 meses
0,9
Por ejemplo, la longevidad de los neumáticos radiales de un dúmper pasa de 6.000 horas a 3.540 horas al aplicar el producto de todos los coeficientes (0,59) en el caso siguiente: presión de inflado recomendada, sobrecarga del 10%, camino de transporte de grava deficientemente mantenido, mantenimiento-conducción, carga, descarga defectuoso, curvas suaves, pendientes que no sobrepasan el 6%, velocidad media aproximada de 32 km/h y operador con experiencia.
En la Tabla 3 se adjunta una tabla parecida donde se recogen los factores de reducción de la vida de los neumáticos (Solminihan y Thenoux, 2008).
Tabla 3. Factores de reducción de la vida de los neumáticos (Solminihan y Thenoux, 2008)
Condiciones de uso
Factor a aplicar
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
Presión del neumático (kg/cm2), en comparación con la especificada
100%
90%
80%
75%
70%
Carga del neumático, en comparación con la especificada
100%
129%
139%
150%
—
Velocidad media (km/h)
16
24
32
40
48
Posición de la rueda
Traseras de arrastre
Frontales
De tracción en vagonetas de acarreo de materiales
Motora
Clase de superficie del recorrido
Tierra blanda, suave o suelta
Camino de grava, grava angulosa
Roca angulosa
Como la vida de los neumáticos es inferior a la de la máquina, los costes de propiedad y de operación de ambos se estudian por separado. Así, la amortización de este tipo de maquinaria se hará deduciendo el coste de las cámaras y neumáticos del de adquisición de aquella. Su coste horario se calcula como la relación entre el coste de las cámaras y de los neumáticos y las horas de vida útil, considerando un 10% sobre el costo por reparaciones: recauchutados, pinchazos, etc.
Referencias:
NUNNALLY, S.W. (2001). Construction Methods and Management. 5th edition, Prentice Hall, New Yersey, 549 pp.
SOLMINIHAC, H.; THENOUX, G. (2008). Procesos y técnicas de construcción. Quinta edición, Ediciones de la Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile, 545 pp.
Figura 1. Pala cargando camión. https://www.hitachicm.eu/iground-control/issue9/es/the-perfect-fit
Se pueden definir las características básicas de una pala cargadora (Figura 1) utilizando las recomendaciones empíricas recogidas en el “Manual de arranque, carga y transporte en minería de cielo abierto” (Gómez de las Heras et al., 1995). Para ello sería necesario conocer qué producción horaria es necesaria y el tipo de material a cargar (blando, medio o duro).
Con estos datos ya es posible determinar el tamaño del cazo, el tipo de volquete adecuado a la máquina de carga, la altura de banco, el peso aproximado y la potencia de la pala cargadora. En la Figura 2 se observa un gráfico para calcular el tamaño del cazo de la pala cargadora en función de la producción requerida.
Figura 2. Tamaño del cazo de una cargadora en función de la producción requerida. Elaboración propia basada en Gómez de las Heras et al. (1995)
GÓMEZ DE LAS HERAS, J.; MANGLANO, S.; TOLEDO, J.; LÓPEZ-JIMENO, C.; LÓPEZ-JIMENO, E. (1995). Manual de arranque, carga y transporte en minería a cielo abierto. Instituto Geológico y Minero de España, Madrid, 604 pp.
YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.
Figura 1. Capacidad SAE del cucharón de una cargadora.
La capacidad colmada definida por la SAE (Society of Automotive Engineers) del cucharón de una cargadora es una medida normalizada que supone sumar a la capacidad a ras de la cuchara una cantidad adicional que se acumula con un ángulo de reposo de 2:1 con el nivel a ras paralelo al suelo (Figura 1). Se entiende como capacidad a ras al volumen contenido en el cucharón después de pasar un rasero que descanse sobre la cuchilla y la parte trasera del cucharón.
En el caso del cazo de una retroexcavadora, este talud sería de 1:1 para la norma SAE. Es evidente que cada tipo de material tendrá un ángulo de reposo diferente. Eso significa que, para calcular la capacidad de la cuchara, es necesario multiplicar por un factor de llenado. Este factor corrector suele variar entre el 65 % (roca volada deficiente, con lajas o bloques) y el 110 % (marga o arcilla húmeda).
YEPES, V. (2022). Maquinaria para sondeos, movimientos de tierras y construcción de firmes. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 22.
Es habitual encontrarnos con equipos que, aunque trabajen de forma aislada, deban realizar varios tipos de trabajos consecutivos para acabar de terminar una tarea. Además, en cada uno de estos trabajos, su producción es diferente. El problema es calcular la producción combinada conjunta. Uno de los ejemplos usuales es la producción de un buldócer (bulldozer, en inglés), que primero debe escarificar un terreno y luego debe empujarlo hasta una distancia de transporte determinada.
En una explotación minera, o en obras civiles de envergadura, deben circular unidades de acarreo sobre caminos provisionales. Lo importante es que el diseño de estas pistas permita una circulación segura, sin perder ritmo de producción. Para ello se deben cuidar los aspectos relacionados con el firme, la pendiente, la anchura de la pista, los radios, peraltes y sobreanchos en curvas, la visibilidad en las curvas y cambios de rasante y en el bombeo. Los mejores rendimientos y condiciones de seguridad se obtienen con pendientes en torno al 8%, siempre que la resistencia a la rodadura se considere normal.
A continuación os presento un vídeo explicativo y un problema resuelto. Nos hemos basado en el “Manual de áridos”, una publicación del año 1998 que os dejo en las referencias. Espero que os sea de interés.
LÓPEZ JIMENO, C. (ed.) (1998). Manual de áridos. Prospección, explotación y aplicaciones. E.T.S. de Ingenieros de Minas de Madrid, 607 pp.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia, 74 pp.
Figura 1. Sifonamiento en la base de una tablestaca o pantalla.
La inestabilidad del fondo o sifonamiento ocurre cuando existe un flujo ascendente, un terreno granular no consolidado puede perder completamente su resistencia a corte y comportarse como un fluido (arenas movedizas, partículas sueltas, como en ebullición), por lo que al fenómeno también se le conoce como fluidificación. Ello ocurre cuando un incremento de la presión intersticial anula la presión efectiva, o dicho de otra forma, cuando las fuerzas producidas por la filtración superan el peso sumergido del suelo. Este fenómeno podría aparecer en pantallas o tablestacas con un empotramiento reducido (Figura 1). En un artículo anterior al que denominamos “El efecto Renard, o por qué un suelo parece que entra en ebullición: Sifonamiento”, explicamos con cierto detalle este fenómeno y resolvimos cuál debería ser la profundidad a la que debería hincarse una tablestaca para evitar que un suelo sin cohesión pierde completamente su resistencia al corte y pasa a comportarse como un fluido.
A este respecto, ya avisamos que una cosa es la profundidad mínima de empotramiento para evitar el sifonamiento y otra bien diferente es calcular el empotramiento necesario de una tablestaca para soportar los esfuerzos de empuje a los que está sometido. Por tanto, el empotramiento real será el mayor de los dos valores. Se recomienda siempre efectuar con detalle los cálculos geotécnicos y estructurales necesarios. Y sobre todo, utilizar el sentido común.
En una entrada anterior, donde se describían los problemas del agua en las excavaciones, ya se habló del levantamiento de fondo o taponazo: El fondo de la excavación se puede volver inestable cuando el peso del terreno no es capaz de equilibrar al empuje del agua (Figura 1). Es típico de un estrato de baja permeabilidad (como una arcilla o roca de baja permeabilidad sin fisuras) situado sobre un acuífero confinado de mayor conductividad hidráulica (como una grava, muy permeable). Suele resolverse el problema con pozos de alivio.
