DRAGADOS Y RELLENOS Vicente Gracia LIM/UPC JUSTIFICACION JUSTIFICACION JUSTIFICACION JUSTIFICACION Port de Kobe, Badia de Kobe (Japó) Port de Los Ángeles, Califòrnia (EUA) JUSTIFICACION Illa Peberholm, Mar Öresund entre Dinamarca - Suècia (Europa) Illa Kisarazu o “Umi-hotaru”, Badia de Tòquio (Japó) JUSTIFICACION DEFINICIÓN Las operaciones de extracción carga transporte y vertido de fondos marinos y fluviales. extracción vertido TIPOS DE DRAGADO Objetivo o Destino Emplazamiento Tipo Terreno O. Portuarias Respecto orilla C. Fisicas Cauces Respecto puerto Decantación Construcción Extracción M. Costas Facilidad dragado EL DRAGADO EN ESPAÑA •Ley de Puertos y Marina Mercante 24 de Noviembre 1992 Art. 62. •“Toda ejecución de obras de dragado en el dominio público portuario requerirá correspondiente autorización de la Autoridad Portuaria. Cuando las obras de dragado afecten a la seguridad de la navegación en los canales de entrada y salida a la zona de servicio portuario o a la determinación de las zonas de fondeo o maniobra, se exigirá informe previo y vinculante” EL DRAGADO EN ESPAÑA •Ley de Puertos y Marina Mercante 24 de Noviembre 1992 Art. 62. •“Los proyectos de dragado portuario, incluso los ejecutados por la A P, incluirán un estudio de evaluación sobre sus efectos sobre la dinámica litoral y la biosfera marina, así como, cuando proceda sobre la posible localización de restos arqueológicos. Se solicitará informe de las administraciones competentes en materia de pesca y arqueología. En el caso de que se produzcan vertidos de productos de dragado fuera de la zona interior de las aguas del puerto, se estará a lo previsto en el articulo 21.4 de la presente ley”. EL DRAGADO EN ESPAÑA •Ley de Puertos y Marina Mercante 24 de Noviembre 1992 Art. 62. •“La Autoridad Portuaria remitirá a la Capitanía Marítima los datos de las cantidades vertidas de los materiales de dragado, la localización de la zona o zonas de vertido y cuando exista riesgo de que el posible desplazamiento del material afecte a la navegación marítima, los resultados del seguimiento de la evolución de dicho material vertido”. EL DRAGADO EN ESPAÑA •Ley de Puertos y Marina Mercante 24 de Noviembre 1992 Art. 21.4. •“Los dragados que se realicen fuera de la zona interior de las aguas del puerto con destino a rellenos portuarios deberán ser autorizados por la A P previo informe de la Capitanía Marítima y de la dirección General de Costas. Ambas solicitudes deberán ir acompañadas de los informes, análisis o estudios necesarios que permitan valorar los efectos de la actuación sobre la sedimentación litoral y la biosfera submarina, así como en su caso la capacidad contaminante de los vertidos”. EL DRAGADO EN ESPAÑA •Ley de Costas 22/28 Julio. Art. 63 •1. Para otorgar las autorizaciones de extracciones de áridos y dragados será necesaria la evaluación de sus efectos sobre el dominio público marítimo – terrestre referida tanto al lugar de extracción o dragado como al de descarga en su caso. Se salvaguardará la estabilidad de la playa, considerándose preferentemente sus necesidades de aoprtación de áridos. •2. Quedarán prohibidas las extracciones de áridos para la construcción, salvo para la creación y regeneración de playas. EL DRAGADO EN ESPAÑA •Ley de Costas 22/28 Julio. Art. 63 •3. Entre las condiciones de la autorización deberán figurar las relativas a: •a) Plazo por el que se otorga •b) Volumen a extraer, dragar o descargar al dominio público marítimo – terrestre de estas acciones y tiempo hábil de trabajo. •c) Procedimiento y maquinaria de ejecución. •d) Destino y en su caso lugar de descarga en el dominio público de los productos extraídos o dragados. •e) Medios y garantías para el control efectivo de estas condiciones. ANTES DE DRAGAR DEBEMOS CONOCER..... • Batimetría de la zona de extracción y vertido. •33 Hz penetra. •210 Hz (arcillas). mayor reflexión •Calibración T-S. •“Multi Beam” menor precisión. •1% de precisión en la medida sonda. •1 a 3 m planimetricos ANTES DE DRAGAR DEBEMOS CONOCER..... • Características geológicas y geotécnicas ANTES DE DRAGAR DEBEMOS CONOCER..... • Características físicas del terreno: densidad, humedad resistencia, granulometría, dureza.... C. GEOTECNICAS. • Fundamental para: 1. Determinar la operación de dragado. 2. Uso de los materiales de dragado. 3. Determinar estabilidad taludes y afectación de obras. 4. Selección del lugar de vertido y efectos. ANTES DE DRAGAR DEBEMOS CONOCER..... • Características geotécnicas. ROM 0.5-94. RECOMENDACIONES GEOTECNICAS Parte 2. Caracterización geotécnica. Parte 4. Dragados y Rellenos. TIPOLOGÍA DE SUELOS (ROM 0.5-94) • Clasificación según el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos. Granulares/ Cohesivos/Rocas. • Debe especificarse: – – – – – • Granulometría Origen y forma de los granos Compacidad Olor y color Cementación/fisuración... Requiere ensayos preferiblemente <<in situ>>. SUELOS GRANULARES - ENSAYO SPT Índice N golpes necesarios para avanzar los 30 cm centrales. Terzaghi y Peck (1948). Compacidad Indice N del SPT Muy Flojas 0-4 Flojas (loose) 4-10 Medianamente densas 10-30 Densas (dense) 30-50 Muy densas >50 SUELOS COHESIVOS - PIEZOCONO - Su (KN/m2) Consistencia de arcillas Muy Blanda Se escurre facilmente Blanda Fácil de moldear 20-40 Firme Requiere esfuerzo 40-75 Rígida No se puede moldear 75-150 Dura Se puede rayar dificilmente 1 Su = ( qc − σ v ) Nk <20 >150 Resistencia Resistenciaalalcorte cortesin sindrenaje drenaje Qc Qc=presión =presiónvertical. vertical. Sigma-v Sigma-v==resistencia resistenciade deavance avancedel del cono. cono. Nk Nk==factor factoradimensional adimensional(15) (15) ROCAS – ENSAYOS DE COMPRESIÓN SIMPLE Resistencia a Resistencia compresión simple (MN/m2) Muy Débil < 1.25 Débil (weak) 1.25 a 5 Moderadamente débil 5 a 12.5 Moderadamente resistente 12.5 a 50 Resistente (strong) 50 a 100 Muy Resistente 100 a 200 Extremadamente resistente > 200 RECONOCIMIENTOS GEOTECNICOS Métodos directos. Muestras a lo largo de alineaciones. Malla de 20-50 m. Profundidad = doble de lo previsto a dragar. Si hay arcillas o limos deben ser atravesados. Si hay roca entre 2 y 6 m de penetración. RECONOCIMIENTOS GEOTECNICOS Métodos indirectos RECONOCIMIENTOS GEOTECNICOS Sísmica de reflexión. Mapas de isopacas. CONDICIONES AMBIENTALES •Información hidrodinámica •olas •corrientes •niveles de mar •Información meteorológica •régimen de vientos •Información ambiental TIPOLOGIA DE DRAGAS Hidraulicas Mecánicas Especiales De succión en marcha De rosario Bomba chorro Estacionaria de succión De cuchara en pontona Aire comprimido De cabezal cortador De cuchara auto. Equipos anfibios De cabezal inyector De pala Rascador Dustpan Dragalina DRAGAS DE SUCCION EN MARCHA • autoportantes • 4 m < d < 45 m. • 17 nudos. • Mínimo giro 75 m. • Hmax=5 m. • Vcorriente = 3 nudos. • Resistencia al corte 75 kPa. • φ = 0.3 mm. DRAGAS DE SUCCION ELEMENTOS PRINCIPALES. EN MARCHA. DRAGAS DE SUCCION LA CANTARA Y TUBERÍA EN MARCHA. Desde 750 m3 hasta 33.000 m3. Pulpa sedimenta hay que evitar turbulencias. Se bombea en continuo hasta alcanzar máximos de carga. Medidores de carga en cántara. El material + fino (arcillas) no precipitan -> al llegar al nivel de rebose se para -> Menor producción -> ALMO (Automatic Lean Mixture Overboard) en tubería. Problema de turbidez. DRAGAS DE LOS CABEZALES Tipo Fruhling SUCCION EN Aplicacion Arcillas blandas y arenas sueltas Sedimento Californiano Arenas compactas MARCHA. DRAGAS DE LOS CABEZALES SUCCION Tipo Aplicacion Venturi Arenas Inyector de agua Activa EN MARCHA. Arenas compactas y Arcillas de dureza media Arcillas duras, compactas y de dureza media. DRAGAS DE LOS CABEZALES SUCCION EN MARCHA. Californiano-> Arenas compactas Simples o con viseras DRAGAS DE SUCCION CICLO DE TRABAJO EN MARCHA. •Dragado del material a < 2 nudos. 20 ‘ a 1 hora de llenado. Se recomiendan giros. no muchos •Transporte. •Vertido de material Por fondo calado mínimo (7 m) aunque rápido (minutos). Por Tubería. Directa o por tramos. Bomba adicional. Operación de horas •Transporte DRAGAS DE SUCCION CICLO DE TRABAJO •Transporte directa “rainbow” máximo hasta 100 m. •Transporte por tramos bomba de re-impulsión. Rótulas con giros < 22.5º. Flotantes o fondeadas EN MARCHA. DRAGA DE CABEZAL CORTADOR • estacionaria • 1 m < d < 35 m. • 17 nudos. • Mínimo giro 75 m. • Hmax=2 m. • Vcorriente = 2 nudos. • Resistencia al corte 50 MPa. • Anchura corte 25 –100 m • Bombas de 15 – 4.500 KW DRAGA DE CABEZAL CORTADOR • Ventajas muchos tipos de material y superficies corte precisas. • El cabezal marca la draga. • Inconvenientes: mares tranquilos, no profundidades. Sistemas caros. Requiere Requiere embarcaciones auxiliares. grandes anclajes. DRAGA DE CABEZAL CORTADOR • Anclaje draga. • Hincado de pilones. • Bajada de la escalera con el cortador. • Dragado en vaivén. • Izado del equipo y traslado al siguiente punto. DRAGA DE CABEZAL CORTADOR Distintos tipos de cabezales: – Cuchillas: arenas y arcillas blandas. – Cangilones o de rodetes gran densidad pulpa problema finos. – Discos o helicoidales. tornos DRAGA DE SUCCIÓN ESTACIONARIA • Estacionaria. • 3 m < d < 50 m. • Material no cohesivo. • Autoportante o no. • Hmax = 1.5 - 2 m. • Ciclo muy similar a los anteriores aunque usa anclajes y produce un cono invertido poco preciso. DRAGA DUSTPAN • Modalidad de draga de succión . • Muy utilizada en canales de navegación. • Singularidad inyector. • 1.5 < d < 20 m. • Distancia vertido máxima de 500 m. • Ancho y profundidad de hasta 10 m por pasada. del cabezal DRAGALINA • Primera draga. • Útil para espacios reducidos. • Lanzado del cazo y recogida por cabestrante. • Vertido en tierra o a gánguil. • Uso limitado aunque draga un gran abanico de materiales. DRAGA DE CUCHARA • • • Grúa cuchara. Sobre pontona. Sobre gánguil. • • • Gran densidad de pulpa. Materiales heterogéneos. Terrenos de 1 MPa. • • • Espacios reducidos. • 1 < d < 50 m función del cable. • 3 < d < 45 m no terrestre. Velocidad corriente 1.5 nudos. Hmax < 2.0 m DRAGA DE CUCHARA • Distintos tipos de cucharas DRAGA DE CUCHARA • Rendimientos. Volumen cuchara (m3) 12 8 4 arcilla - fango arena 30.000 a 40.000 20.000 a 30.000 20.000 a 30.000 10.000 a 15.000 10.000 a 15.000 5.000 a 10.000 DRAGA DE CUCHARA • Ciclo de trabajo. Gánguil < 1.500 m3. • Anclaje embarcación. • Hasta un máximo de 4 grúas. DRAGA RETROEXCAVADORA • • De pala. Retroexcavadora. • 2 m < d < 24 m. • Volumen de cazo de hasta 20 m3. • Hasta 10 Mpa. • Capacidad penetración y volumen 1/d DRAGA RETROEXCAVADORA • Rendimientos. Volumen cuchara (m3) 6 4 • Precisión. arcilla - fango arena roca 15.000 a 20.000 10.000 a 15.000 7.000 10.000 a 15.000 6.000 a 10.000 4.000 a 6.000 DRAGA DE PALA • Sistema de Trabajo. DRAGA DE ROSARIO • • Rosario de cangilones casi continuo. • • • Requiere equipos auxiliares. Elevada precisión de corte. Variedad de materiales de hasta 10 MPa. • • 5 < d < 35 m. Hmax=1.5 m. • Tamaño máximo = 3 nudos. DRAGA DE ROSARIO • Castilletes de proa y central. • 6 Anclajes 4 travesas y 2 longos. • Dragado en vaivén. • Gran precisión de corte y muy regular • Rosario a 45º óptimo. • Uso de gánguiles. DRAGA DE ROSARIO • Rendimientos. Volumen cangilón (litros) 900 600 400 arcilla - fango arena 70.000 a 110.000 40.000 a 70.000 40.000 a 70.000 30.000 a 50.000 30.000 a 50.000 20.000 a 40.000 TOLERANCIAS ADMISIBLES TOLERANCIAS ADMISIBLES TOLERANCIAS ADMISIBLES • En dragados de objetivo el volumen dragado y el volumen de proyecto difieren por lo que se produce un conflicto de obra en precio. • Los volúmenes deben controlarse por: • • • Medidas en perfil o batimétricas. Medidas en cántara Medidas de tubería. TOLERANCIAS ADMISIBLES • Lo ideal sería: • NO ADMITIR ningún tipo de tolerancia por defecto. • NO ABONAR tolerancias por exceso. • EVITAR múltiples precios por tipo de terreno TOLERANCIAS ADMISIBLES • Por regla general en dragados de mantenimiento se especifica la sonda de dragado a alcanzar siendo responsabilidad del contratista. • En otras ocasiones se puede determinar el volumen de sobre dragado como ELECCIÓN DEL TREN DE DRAGADO En la elección del mejor tren de dragado debe responderse a: 1. Características del material. 2. Características del emplazamiento 3. Tipo de maquinaria disponible. EMPLAZAMIENTO 1. Dimensiones de la zona a dragar: si estrecha el uso de dragas de succión queda inicialmente descartado por requerir grandes espacios para los giros de la embarcación. grandes dimensiones suelen llevar asociados grandes volúmenes de dragado por lo que el uso de dragas de cuchara no suele estar recomendado al tener una producción real baja. EMPLAZAMIENTO 2. Profundidad de dragado: A menudo se tiende a utilizar trenes de dragado mayores de lo necesario con la idea falsa de que se aumenta el rendimiento de dragado aunque en realidad lo que se produce es un sobre coste innecesario. Por regla general, las dragas autoportantes de succión alcanzan sin problemas los 30 m aunque ya no se recomiendan a profundidades menores de 5 ó 6 m por la posibilidad de embarrancar. A profundidades reducidas se recomienda el uso de cualquier tipo de draga que este equipada sobre pontona, por el pequeño calado nominal que presentan. EMPLAZAMIENTO 3. Grado de agitación: en lugares expuestos a oleajes intensos no se recomienda el uso de dragas que requieran sistemas de anclaje como dragas de succión estacionarias o cutter ni tampoco el uso de dragas que no sean autoportantes puesto que ello requiere utilizar barcazas y ganguiles que pueden ser un peligro para la navegación. 4. Distancia del punto de vertido: si se encuentra cerca de la zona de extracción la draga por excelencia es la de cabezal cortador por su alto rendimiento y bombeo mediante tubería flotante. Este tipo de reimpulsión debe ser descartado cuando la distancia supera los 1000 m debiéndose recurrir al uso de gánguiles o embarcaciones autoportantes. EMPLAZAMIENTO 5. Requerimientos mediombientales: en nuestras costas uno de los requerimientos más habituales es la imposibilidad de dragar en lugares donde habitan las fanerógamas Posidonia nodosa y Posidonia Oceánica debido a su fragilidad medioambiental y la práctica imposibilidad de regenerar las zonas afectadas, a parte de cualquier otro organismo de importancia relevante. Así pues el uso de sistemas de posicionamiento precisos es condición obligada. Además el dragado de materiales contaminados cerca de poblaciones urbanas puede estar sujeto a restricciones de olores o ruidos. EMPLAZAMIENTO Roca dura Roca blanda Roca fragmentada EX EA EX EA EX EA M E C A N IC A S Rosario Cuchara Cuchara con cantara Pala y retroexcavadora H ID R A U L IC A S Succión estacionaria Dustapan de cortador succión en marcha Bolos y guijarros Gravas y arenas gruesas Arenas Medias y finas Fangos y Limos Arcil as blandas EX EA EX EA EX EA EX EA EX EA CARACTERISTICAS DEL MATERIAL Dragas hidraulicas 20 30 40 50 60 70 80 100 10 20 30 40 50 60 70 80 100 20 30 40 50 60 70 80 100 10 20 30 40 50 60 70 80 100 arena cementada cantos duros o arcilla arenosa arcillas limosas blandas arcillas limosas duras arcillas cohesivas turba lignito 10 cohesivos consolidados igneas metamorficas sed. duras Sed. blandas Roca fisurada draga de cortador 10 no cohesivos cantos guijarros grava arena gruesa arena media arena fina arena muy fina limos cohesivo sin consolidar draga de succión en marcha CARACTERISTICAS DEL MATERIAL Dragas mecanicas no cohesivos cantos guijarros grava arena gruesa arena media arena fina arena muy fina limos cohesivos consolidados igneas metamorficas sed. duras Sed. blandas Roca fisurada cohesivo sin consolidar arena cementada cantos duros o arcilla arenosa arcillas limosas blandas arcillas limosas duras arcillas cohesivas turba lignito 100 80 70 60 50 40 30 20 10 100 draga de pala 80 70 60 50 40 30 20 10 100 draga de rosario 80 70 60 50 40 30 20 10 draga de cuchara CARACTERISTICAS DEL MATERIAL de succión en marcha buen comportamiento arenas sueltas, arenas finas limos y fangos arenosos de succión estacionaria arenas, arenas finas y no muy compactas de cabezal cortador de rosario de cuchara de pala todo tipo de terreno excepto rocas duras Fangos, arcillas y arenas compactas hasta rocas blandas Terrenos sueltos o algo cohesivos todo tipo de terreno excepto fluidos mal comportamiento Terrenos compactos Arenas compactas y arcillas y terrenos compactos Rocas Arcillas muy cohesivas terrenos duros terrenos fluidos DESPUÉS DE DRAGAR......... QUEDA EL TALUD La estabilidad del talud viene definida en ROM 05.94. Apartado 3.8. 1. análisis a corto plazo (no arenas finas poco densas) coeficiente de seguridad 1.2 2. análisis a largo plazo coeficiente de seguridad 1.4 DESPUÉS DE DRAGAR......... QUEDA EL TALUD Taludes de dragado usuales tipo de terreno Fangos Arenas finas flojas Arenas gruesas Arenas arcillosas Arcillas de consistencia firme Arcillas duras Rocas Aguas tranquilas Zonas con movimiento de agua 20 a 6H:1V 6 a 4H:1V 4 a 3H:1V 3 a 2H:1V 20 a 10H:1V 10 a 6H:1V 6 a 4H:1V 4 a 3H:1V 2 a 1H:1V 3H:1V a 4H:3V 1H:1 a 2V 1H:2 a 10V 4H:3V a 1H:2V 1H:2 a 10V TIPOS DE RELLENO Rellenos Estructurales Generales Vertederos y vaciaderos ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..............................DMAF 1972 LC Aplicar siempre: 1.El principio de precaución. 2.El que contamina paga. Caracterización material a dragar SI ¿ Puede convertirse en aceptable ? NO ¿ Es el material aceptable ? SI SI ¿ Puede servir para algo ? NO Identificar y caracterizar lugar de vertido Determinar impactos potenciales y posibles escenarios ¿ Está permitido? SI Redacta el Proyecto y monitoreo Control de monitoreo NO ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..... Caracterizar físicamente el lugar de vertido. • Físico. • Químico. • Biológico. Aspectos ya destacados en la operación de extracción con especial énfasis en • Peso específico. • Velocidad de caída. • Permeabilidad. • D. Granulométrica. ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..... Recomendaciones de un muestreo químico pesados (UK) • Muestras del sedimento y de referencia del lugar. • Muestreo de superficie 0-1 cm en cámara. • Desecación en cámara y ataque químico. • Hg,Cd,Cu,Cr,Ni,Pb y Zn [Al,Li]. Determina el grado de contaminación. ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..... Determina las comunidades del: • Bentos. • Necton. • Placton Determinar estudios de biocenosis y tanatocenosis. Los nutrientes no son contaminantes. Muy relacionado con actividad pesquera. ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..... 1. Características del emplazamiento, Características del tren a usar 2. Características material (CEDEX 1994) : “Recomendaciones para la gestión del material dragado en los puertos españoles”. CEDEX 1994. – – – – Sedimentos tipo I Sedimentos tipo II Sedimentos tipo IIIa Sedimentos tipo IIIb ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..... Tipo I: [] ≤ nivel 1. Vertido libre al mar. Tipo II: nivel 1 < [] ≤ nivel 2. Contaminación moderada pueden ser vertidos previa autorización especial de vertido. Sustancia Tóxica Hg Cd Pb Cu Zn Cr As Ni PCB's mg/kg Nivel 1 Nivel 2 0.6 3 1 5 120 600 100 400 500 3000 200 1000 80 200 100 400 0.03 0.1 Tipo III: IIIa: nivel 2 < [] ≤ (8 nivel 2). Aislamiento blando incluido el confinamiento sumergido. IIIb: [] > (8 nivel 2). Aislamiento duro en vertedero ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..... “En ausencia de fuentes apreciables de contaminación, los materiales a dragar están exentos de caracterización si se cumplen algunas de las siguientes condiciones: a. Condición granulométrica: fracción fina < 10%. b. Condición volumétrica: volumen a dragar < 15.000 m3.” ANTES DE VERTER DEBEMOS SABER..... “En caso de dragados para cimentación de obras marítimas de volumen no superior a 20.000 m3 se tomará como nivel de acción 1 el doble de los especificados y manteniéndose los de nivel 2. ” TIPOS DE COLOCACIÓN VERTIDO DIRECTO Fase convectiva: el sedimento cae en forma de jet (100 m) alcanzando la mayoría el fondo. Fase pasiva o dispersión a largo término: segregación de finos y advección por corrientes (coef. dispersión). Fase impacto en fondo: al llegar al fondo se dispersan radialmente Fase de formación de cúmulo: TÉCNICAS DE CONFINAMIENTO Confinamiento blando: 1. Vertido directo y posterior sellado. 2. Excavación de fosa – relleno – sellado (con material de fosa). 3. Creación de recinto submarino. Aislamiento duro: 1. Tratamiento previo de limpieza. 2. Confinamiento en recinto en tierra . EL CAPPING O SELLADO EL CAPPING O SELLADO SOFTWARE Automated Dredging and disposal Alternatives Modelling System (ADDAMS). http://www.wes.army.mil/el/elmodels/ RECOMENDACIONES GENERALES 1. En rellenos estructurales (<10% finos, 200 ASTM) se compacta por su propio peso hasta densidades relativas del 50%. 2. Siempre que se pueda relleno de materiales granulares pq empuje es menor (mayor φ).