Obras de Abrigo Portuarias. Diques

Fundamentalmente hay dos grandes tipos de obras de abrigo. Unos donde las olas rompen al ascender por un talud y que son denominadas “diques en talud o de escollera” y otros donde las olas son reflejadas al chocar con una superficie vertical y son denominadas “diques verticales”. La diferencia principal entre ambos tipos son los materiales usados para su construcción.

Los diques de talud están construidos por lo general con bloques de roca sin clasificar para el núcleo, y bloques de mayores dimensiones para la capa exterior. Estos materiales deben de cumplir las especificaciones técnicas para ser aptos para este uso, no debiendo ser afectados por el medio marino. Estos materiales son colocados directamente sobre el lugar donde se desee colocar la obra de abrigo atendiendo al diseño del proyecto.

Los diques verticales consisten en grandes bloques prismáticos y huecos de hormigón que son transportados por flotación hasta el lugar deseado. Después se dejan hundir de forma que parte de la estructura es submarina y parte aérea, apoyándose ambas sobre una superficie formada por material de escollera. La parte que queda expuesta al aire es función del tamaño de ola esperado que se pretenda reflejar.

La elección de un tipo u otro de obra no es a mi parecer indiferente. Existen una serie de factores que deben tenerse en cuenta a la hora de la elección.

Las condiciones ambientales, refiriéndome a principalmente al oleaje y las propiedades geomecánicas del emplazamiento de la estructura,  juegan un papel importante en la elección.

Cada tipo obra está pensado para llevar una misión específica de forma que colocar un dique vertical en lugares que sufren temporales frecuentes,  donde los tamaños de olas son grandes, o llegan rotas al dique, no es correcto debido a que estos diques son muy difíciles o imposibles de reparar, y se construyen para avería total. De la misma forma colocar un dique en talud en zonas donde las que las olas son de pequeño tamaño, profundas, o donde los temporales son infrecuentes no es, en principio, un opción correcta.

Otro factor ambiental a tener en cuenta es la composición de los fondos marinos en los que se van a asentar las estructuras. Por lo general los diques en talud no necesitan de una cimentación previa, es decir, los bloques de roca se van vertiendo estratégicamente al mar hasta alcanzar la forma en planta y la pendiente de talud deseadas. Si la colocación de los bloques se realiza sobre terrenos poco compactados, o inestables, y se producen asientos con el tiempo basta con verter mas bloques al mar y reparar la estructura. Los diques en talud no tienen esa ventaja en ese tipo de terrenos, por lo que se deben llevar a cabo estrategias para excavar el fondo hasta llegar al sustrato rocoso, tarea difícil en el mar, o preveer los posible asientos en la fase de diseño del provecto.

De la misma manera, ninguno de los dos tipos son viables en zonas donde los taludes naturales tienen pendientes muy acusadas, en estas zonas es precioso llevar a cabo casi de forma obligada diques mixtos.

Las razones que nos pueden llevar a la elección de la construcción de un dique vertical frente a uno en talud, suponiendo que se dan condiciones óptimas para poder construir los dos son:

·         Requiere menos cantidad de material al tratarse de un cuerpo de menor tamaño y por tanto reduce el coste de la obra, haciéndola rentable a partir de los 10-15 m de profundidad, a la cual la construcción de los diques en talud se encarecen demasiado.

·         Su construcción es menos agresiva para el medio ambiente ya que son obras que ocupan menor espacio. El uso del tipo escollera ocupa para una misma solicitación mas espacio, y puede llevar a cabo el vertido de finos provenientes de la cantera aumentando la turbiedad de las aguas.

·         Al ser de construcción rápida, existe un menor riesgo de rotura durante la construcción y permite plazos de ejecución más reducidos.

·         Requiere menos mantenimiento que un dique de escollera ya que se diseña para el fallo total.

·         Permite en general mejores acabados y se adapta mejor a un mayor número de usos además del abrigo, como puede ser el atraque de barcos, construcción de zonas recreativas...

Pero estas estructuras tienen sus limitaciones, algunas como las propiedades del terreno submarino, los temporales o taludes naturales muy pronunciados ya se han dado a conocer, pero por destacar algunas mas:

Se necesita maquinaria sofisticada y mano de obra cualificada, especialmente para la construcción del monolito en el cajonero. 

• Pequeñas variaciones de densidad pueden llevar a grandes diferencias de flotabilidad y  estabilidad del cajón en el agua, características básicas para ser remolcado hasta el lugar de fondeo con seguridad.
• Durante el proceso de hundimiento de los cajones, pueden surgir problemas debido a que la manipulación se lleva a cabo con el cuerpo sumergido.
• Pueden existir condicionantes estéticos o arquitectónicos que invaliden la opción del dique vertical.
• Si el cajón requerido es demasiado grande para que su construcción se pueda llevar a cabo en factorías flotantes o terrestres convencionales, entonces, los precios se disparan, cuestionando su rentabilidad.

El terreno donde se tienen que apoyar los cajones puede presentar una eventual falta de capacidad portante que nos lleve a:

• Sustituir grandes volúmenes, aunque para esto se estudia la posibilidad de reducir el peso del cajón y asentarlo sobre pilotes hincados.
• Esperar mucho tiempo hasta la consolidación.
• Mejorar artificialmente el suelo.

Estas actuaciones implican tener que dragar grandes volúmenes de suelo inadecuado y sustituirlo con escollera para mejorar la resistencia. Este proceso alarga los plazos de construcción, encarece la obra, y exige la presencia de canteras cercanas disponibles, reduciéndose de esta manera, las características ventajosas que hicieron que nos decantáramos por la tipología vertical frente a la de dique en talud.

Distinguimos tres tipos de cargas posibles sobre un cajón vertical:

• Las cargas cuasiestáticas o cargas asociadas al oleaje cuando este no rompe contra la estructura.
• Las cargas hidrostáticas.
• Las cargas dinámicas producidas por la rotura del oleaje sobre la estructura.

El diseño de un dique se calcula para que trabaje en condiciones de aguas profundas y evitando, en la medida de lo posible, que las olas rompan sobre él.

Durante los temporales se producen sin embargo alturas de ola incidente tan grandes que a menudo sienten el fondo (condición de aguas someras) y rompen sobre la estructura generando grandes cargas dinámicas que pueden ser problemáticas y que habrá que tener en cuenta en el diseño.

Las olas que rompen sobre estructuras de cara vertical ejercen presiones dinámicas muy elevadas y de corta duración que actúan cerca de la región donde la cresta golpea la estructura. Evitar que haya impactos dinámicos es, a veces, prácticamente imposible.

De acuerdo con los elementos de diseño de un dique vertical, es posible distinguir los siguientes modos de fallo principales:

·         Modo de fallo instantáneo por acción de la ola máxima sobre la estructura.

·         Fallo estructural por deslizamiento, vuelco o hundimiento.

·         Modo de fallo instantáneo por acción de la ola máxima sobre el espaldón.

·         Fallo estructural por deslizamiento, vuelco o hundimiento.

·         Modo de fallo operacional hidráulico por rebase sobre el espaldón.

·         Modo de fallo operacional hidráulico de reflexión por agitación interior en antepuerto, canal de enfilación y dársenas interiores.

·         Modo de fallo flexible por deformación acumulativa y colapso del cimiento.

·         Modo de fallo deformable por socavación acumulativa en berma.

·         Modo de fallo en berma por cota elevada de la misma, funcionando como dique horizontal compuesto.

·         Modo de fallo por hincamiento de la estructura sobre la cimentación de apoyo.

·         Erosión en las esquinas de contacto cajón – cimentación.

·         Exceso de presión de apoyo.

·         Fallo global a corto o largo plazo de la cimentación.

·         Otros modos de fallo derivados e interconectados de los anteriores.