Las cimentaciones en las obras marítimas constituyen una especialidad con características de construcción muy particulares con respecto a la amplia gama de de cimentaciones profundas empleadas en tierra. Cabe señalar que, en este renglón, la ingeniería mexicana es considerada como una de las más desarrolladas a nivel mundial debido a la composición del subsuelo y a los aspectos sísmicos tanto en el Distrito Federal, como en las costas del Pacífico de la República Mexicana.
Dada la gran diversidad y complejidad de las obras marítimas, este artículo sólo pretende ofrecer un panorama general relativo a la construcción de muelles fijos y los denominados muelles flotantes.
Primeramente, partiremos de la base de que ningún proyecto, ya sea marítimo o terrestre, tiene una solución única. Es decir, en cada caso se evaluarán los pros y los contras de las diferentes alternativas seleccionando una o la combinación de lagunas que satisfagan los requerimientos del proyecto, ya sean estructurales, de operación, económicos o en su caso por restricciones en procedimientos constructivos.
Los criterios generales de diseño aplicables para cualquier muelle ya sea fijo o flotante son los mismos, debiéndose apegar a los reglamentos y especificaciones generales vigentes.
Con esto queremos decir que en función de los datos particulares del proyecto para el cálculo de solicitaciones, las fuerzas a las que estará sujeto el muelle únicamente variarán en magnitud dependiendo del destino final del mismo.
En este sentido, cabe indicar que con los datos del proyecto el levantamiento topobatimétrico del área de proyecto y los resultados del estudio de mecánica de suelos, se obtendrá el dimensionamiento y la definición de características de todos los elementos que constituirán tanto la superestructura como la subestructura del muelle. Apoyándose en el estudio de mecánica de suelos se definirá la cimentación profunda a emplear. Por poner un ejemplo, si éste indica que el fondo marino es arenoso y que la capacidad del estrato de arena lo permite, entonces la subestructura a utilizar será a base de pilotes, ya sea de concreto precolado o acero, de una o dos secciones, dependiendo de la profundidad de desplante y la longitud final de los pilotes.
En el caso de que las cimentaciones sean con pilotes precolados, por quedar en contacto con el agua de mar el refuerzo de los mismos requerirá un recubrimiento no menor de 7 cm. Asimismo, se considerará en el extremo inferior de los pilotes un tramo de 40cm aproximados de sección variable a manera de punta, para facilitar su hincado, previendo en caso necesario, el chiflón correspondiente y/o una punta metálica si el estudio del suelo lo recomienda. Por otro lado dicho estudio deberá indicar si se requiere perforación previa para la hinca de los pilotes.
La longitud de colado de los pilotes deberá incluir un metro adicional para el descabece.
Si la subestructura requiere pilotes inclinados, se recomienda una inclinación de 1:3 y como máximo 1:2.5 para no complicar las maniobras de hinca.
Si se opta por pilotes de acero, éstos deberán protegerse contra la oxidación principalmente en la zona del cambio de mareas, ya sea con pinturas epóxicas, camisas de protección o cualquier producto especificado.
En el caso de que el fondo no permita una cimentación profunda a base de pilotes por existir superficialmente un manto duro o rocoso, los elementos de la subestructura deberán apoyarse en dicho estrato, recomendándose la utilización de "Pilas" de concreto reforzado coladas "IN SITU" con el procedimiento "TREMIE" (trompa de elefante). Para ello, es necesario especificar en el plano respectivo que antes del colado deberá prepararse convenientemente el nivel de desplante de las misma, retirando la piedra suelta y/o la capa superior de roca alterada, haciendo una excavación en ésta para alojar la pila.
Al igual que para los pilotes, el refuerzo de las pilas deberá colocarse con un recubrimiento mínimo de 7cm.
En este último caso también es posible cualquier otra solución que proponga el proyectista, siempre y cuando respete los lineamientos del estudio de mecánica de suelos realizado.
Es importante destacar que en el desarrollo de estas obras el constructor debe estar preparado para resolver imprevistos con capacidad de respuestas inmediata, para lo cual debe contar con el equipo básico de trabajo que consiste en: barcaza o chalán, grúa, perforadora, martinete, escantillón o estructura de apoyo, tubo termie para colado bajo agua, bachas para colocación de concreto, bombas de presión, compresor, planta de soldar, equipo de corte, cimbra metálica y equipo de buceo, entre otros.
Iniciaremos este tema describiendo el procedimiento del colado de pilas en el mar, para lo cual se requiere primeramente localizar la posición exacta de la misma. Para este proceso se utiliza el escantillón, en el cual, mediante el uso de tránsito y/o distanciómetro se marca el nivel y posición donde deberá ser colocada. El desplante de esta pila debe hacerse como se indica anteriormente en el estrato resistente del subsuelo, limpiando primeramente la arena del fondo marino y utilizando air lift (dragado de aire) o almeja. Posteriormente, se hará la excavación para alojar la pila y asegurar que quede empotrada en el subsuelo. Esta perforación, dependiendo del material encontrado, puede hacerse ya sea con perforadora, trépano (puyón) o explosivos.
El siguiente paso consiste en la colocación de la cimbra metálica y el acero de refuerzo, para dar inicio al colado de la pila en presencia de agua. El colado de concreto bajo el agua es la parte medular del muelle, ya que debe asegurarse el control de calidad de la pila. Para tal fin, contar con un operador de grúa experimentado es parte importante en esta etapa, puesto que el uso del tubo tremie requiere de gran habilidad para evitar la contaminación del concreto.
El colado principia depositando una pelota en el interior de dicho tubo, debiendo se ligeramente menor que el diámetro del mismo, que hará las funciones de émbolo para desalojar el agua del interior del tubo conforme se va depositando el concreto.
Durante el proceso de vaciado, el extremo inferior del tubo de premie deberá mantenerse ahogado dentro del concreto que va fluyendo hasta que reboce por el extremo superior de la cimbra y así evitar la contaminación total del concreto con la consecuente reducción de su resistencia.
A pesar de esto, el primer concreto que rebose vendrá contaminado (fácilmente identificable porque contiene espuma), por lo cual deberá continuar vaciándose concreto hasta que éste aparezca limpio y sin espuma.
Para finalizar se retira el tubo premie del interior de la pila, pudiendo descimbrar a las 72 horas de haber sido colada, pero sin someterla a las cargas normales de trabajo, al menos durante los siguientes 21 días.
Otra alternativa de cimentación profunda para las obras marítimas es el hincado de pilotes.
A este respecto diremos que es difícil tipificar un procedimiento constructivo, ya que éste varía de acuerdo a la composición del subsuelo. El contar con un estudio de mecánica de suelos completo será de gran ayuda para definir el procedimiento a emplear.
De acuerdo al tipo de suelo principalmente y a las solicitaciones a las que estarán sometidos los muelles, se determina el tipo de pilotes que habrán de utilizarse. En suelos compuestos básicamente por arena en sus diferentes estados, pasando del estado suelto hasta el compacto, el uso de pilotes de concreto armado y los de acero serán los indicados, auxiliándonos con el uso de un chiflón a base de aire y(o agua a presión para romper la estructura del subsuelo hasta llegar el estrato de apoyo.
Una vez que llegó el pilote al estrato de apoyo, se golpea con un martinente, haciéndole penetrar en este estrato para garantizar un empotramiento y por lo tanto la estabilidad del muelle.
Otro procedimiento de hincado, sobre todo si se trata de pilotes metálicos, es a base de un vibromartillo, el cual transmite ondas de alta frecuencia a través del pilote hasta el subsuelo. De esta manera se facilita la penetración del mismo en el subsuelo hasta llegar al estrato de apoyo.
Si la composición del subsuelo contiene arcillas y limos de consistencia semidura a dura, el procedimiento constructivo para el hincado de los pilotes puede variar y ninguno de los anteriores procedimientos funcionaría. Por lo tanto, en este caso se recomienda utilizar una perforadora de tipo rotaria para atravesar dichos estratos y poder hacer llegar al pilote hasta el estrato resistente, auxiliado por un martinete que puede ser neumático o de combustión interna, ya que usualmente la perforación efectuada es de diámetro menor que la sección del pilote y éste no penetra por sí sólo hasta la cota deseada.
En algunas ocasiones es necesario el empleo de brocales y/o lodo pentonítico para estabilizar la perforación previa pero esto dependerá de las condiciones particulares del subsuelo.
Los muelles flotantes con estructuras marinas se utilizan principalmente en instalaciones deportivas y de recreo como son las marinas turísticas y embarcaderos.A continuación presentaremos un panorama general de las consideraciones de diseño, así como el procedimiento constructivo en términos generales y algunas características particulares d este tipo de instalaciones.
Los muelles flotantes pueden ser empleados en cualquier lugar, recomendando su uso básicamente donde la diferencia de las mareas exceda de 1.20m entre la marea baja y la alta a lo largo del día.
El objetivo principal de este tipo de instalaciones es el de mantener siempre la misma relación de altura entre la embarcación y el muelle.
Propiamente dicho, el sistema de cimentación empleado es mixto, ya que está compuesto por una parte fija a base de pilotes que tienen como función principal tomar las cargas laterales y mantener la posición del muelle, permitiéndosele únicamente desplazamientos verticales acordes con la variación de la marea. Por otro lado, cuenta con una parte flotante constituida por pasarelas y andadores con capacidad de flotación que absorba las cargas verticales a que es sometido el muelle. Para fines de diseño, como se indicó anteriormente, las solicitaciones a las que son sometidos en este caso los pilotes, varían con respecto a las aplicadas a los muelles convencionales. Esto se debe a que únicamente se consideran las cargas laterales producidas por viento, corriente de agua, oleaje e impacto de embarcaciones.
Con base en esto, el pilote se calcula como si trabajara en cantiliver y el hincado en el subsuelo debe asegurar que el empotramiento de éste sea suficiente para absorber las cargas laterales. Por tanto no es necesario apoyarse en el estrato resistente.
En relación a los elementos que integran la parte flotante del muelle, la selección de los materiales de construcción a emplear es de gran importancia.El material que se escoja debe tener capacidad de flotación suficiente para tomar las cargas verticales a que va a estar sujeto (carga viva y carga muerta) y garantizar el franco bordo de proyecto. Estos elementos de flotación pueden ser hechos con diferentes materiales, sin embargo hay algunas consideraciones que deben tomarse en cuenta:
El poliestireno tiene gran capacidad de flotación, sin embargo, debe protegerse con algún material como concreto, fibra de vidrio o aluminio, para evitar los daños producidos por agentes externos como cangrejos, solventes, gasolina, etcétera.
El poliuretano es también un excelente material de flotación y es menos sujeto al ataque de solventes y gasolina, pero debe ser protegido de los rayos ultravioleta.
Los pontones de acero no son muy recomendados debido a la corrosión y si no se les da mantenimiento adecuado al perforarse pierden completamente su capacidad de flotación.
Actualmente, en las marinas turísticas y embarcaciones deportivas los elementos de mayor demanda son los que utilizan el llamado concreto flotante, que es hecho a base de casetones de poliestireno forrado con concreto y los de poliuretano protegidos con fibra de vidrio.
Artículo Publicado en la Revista Mexicana de la Construcción No 469 Editorial CMCI
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