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La Clave | El complejo mundo de los puertos 2
Cubipod®, un caso de éxito de la ingeniería portuaria española
Juan M. González Esteban
Ingeniero de caminos, canales y puertos.
Especialista en Obras Marítimas. SATO, Grupo OHLA.
Antonio Corredor Molguero
Ingeniero de caminos, canales y puertos.
Jefe de Servicios TécnicosEuropa-LATAM. SATO, Grupo OHLA.
Dos de los retos técnicos a los que la ingeniería portuaria ha tenido que enfrentarse de manera recurrente en los últimos siglos son el aumento constante del volumen de transporte marítimo y el incremento del tamaño de los propios buques. Esto deriva en la necesidad de construir obras de abrigo cada vez más grandes y más expuestas al sobrepasarse la capacidad portuaria de las zonas costeras abrigadas de forma natural. Los diques de abrigo experimentan, por tanto, la necesidad de un incremento notable en el tamaño de sus mantos de protección. Como consecuencia, a las escolleras naturales, empleadas para su construcción desde la antigüedad, se suman a finales del siglo XIX las escolleras artificiales, compuestas principalmente por bloques cúbicos y paralelepipédicos de hormigón, cuyo peso amplía notablemente el rango de uso de estas primeras.
Durante la primera mitad del siglo XX, las técnicas de diseño con escolleras artificiales continúan evolucionando y, gracias a trabajos como los de Iribarren y Hudson, se sientan las bases de nuevos métodos racionales que abren las puertas al desarrollo de piezas de geometrías singulares de alta estabilidad hidráulica que optimizan el uso de hormigón en los mantos. En 1950 se presenta el Tetrápodo y en 1963 el Dolo, ambas piezas de una gran estabilidad, pero que protagonizan célebres fallos hidráulicos que ponen de manifiesto su fragilidad estructural.
La nueva generación de piezas especiales se inicia con la presentación del AccropodeTM, en 1981 en Francia; a esta se le añaden otras, como el Core-LocTM americano en 1995, y la patente holandesa Xbloc® en 2001. Basada su estabilidad hidráulica principalmente en una colocación muy precisa que moviliza la trabazón entre sus elementos, su integridad estructural aún limita su tamaño máximo. En España, la Universitat Politècnica de València presenta en 2005 la patente del Cubipod®, la primera pieza especial masiva de colocación aleatoria que permite la construcción segura de mantos monocapa y bicapa. SATO (Grupo OHLA) se convierte en el licenciatario en exclusiva de la invención, y desarrolla y patenta toda una serie de equipos específicos que facilitan su fabricación, manipulación y colocación. La invención del Cubipod® —cuyos inventores son Josep R. Medina y M. Esther Gómez-Martín— consigue una medalla de oro en el Salón Internacional de Invenciones de Ginebra de 2011, y la invención del encofrado del Cubipod® —ideado por Antonio Corredor y C. Fermín Menéndez— es seleccionada por la Oficina Europea de Patentes y Marcas como una de los tres finalistas al premio EPO 2019 al inventor industrial del año. Estos reconocimientos, así como la buena acogida del Cubipod® en proyectos de gran envergadura tanto nacionales como internacionales, son prueba de las altas capacidades técnicas de la ingeniería portuaria española. Este artículo repasa los proyectos Cubipod® existentes hasta la fecha y muestra algunos de los trabajos que se están llevando a cabo en el presente con esta tecnología.
¿Qué es Cubipod®?
Cubipod® es una pieza especial de hormigón de tipo masivo que comparte las principales características del cubo tradicional: una elevada robustez y una sencilla colocación aleatoria. Posee una alta estabilidad hidráulica, similar a la de las piezas especiales interconectadas, y su principal particularidad es que puede usarse con seguridad en mantos de una y de dos capas. Su forma geométrica tiende a reordenar naturalmente las piezas homogéneamente en el talud, lo que deriva en una colocación rápida y fiable y elimina el riesgo de compactación durante la fase de servicio.
Dique en talud con Cubipod® monocapa
Tecnología Cubipod®
El uso de piezas especiales de hormigón tiene algunas contrapartidas. Además de la alta exigencia en la colocación asociada a algunas de las soluciones de piezas interconectadas, la fabricación, almacenamiento y manipulación de estos elementos puede suponer un importante reto en algunos proyectos. Las intrincadas geometrías de esas piezas suelen requerir sistemas de encofrados complejos, lo cual hace necesaria una importante planificación del espacio de fabricación para lograr una producción industrializada. Además, tanto la manipulación como el acopio de estas piezas una vez fabricadas requieren de unos procedimientos muy estrictos a fin de no dañar las unidades, lo que en muchas ocasiones deriva en la necesidad de disponer de una extensa área de acopio.
Como parte del desarrollo de Cubipod®, SATO ha trabajado en toda una tecnología asociada a esta pieza que optimiza los procesos constructivos y minimiza los inconvenientes tradicionalmente asociados a este tipo de soluciones. El diseño de un encofrado especial, que permite su reutilización incluso 6 horas después del vertido del hormigón fresco, es una buena muestra de ello. El diseño patentado puede adaptarse a un amplio rango de tamaños de piezas, de 1 a 24 metros cúbicos, y permite alcanzar ritmos de fabricación de hasta 3 piezas por día y por encofrado. Además, SATO ha desarrollado un sistema de pinzas de manipulación y de colocación especialmente adaptadas a la geometría de Cubipod®, lo que facilita en gran medida estas tareas.
Por otro lado, la robustez intrínseca del Cubipod® permite su acopio en altura. La limitación en este aspecto viene fijada por la capacidad portante del terreno y su nivelación más que por las tensiones transmitidas a las piezas. En condiciones geotécnicas favorables se han logrado acopiar hasta 5 alturas, con el consecuente ahorro en el espacio de almacenamiento y la disminución de pérdidas durante las maniobras de manipulación.
Además, y como resultado de todos los proyectos Cubipod® en los que ha estado involucrado, SATO ha generado un importante depósito de conocimiento en el uso de esta tecnología, lo que le permite afrontar con solvencia sus propios proyectos y brindar asistencia en aquellos en los que actúa como licenciatario. En este sentido, es importante destacar la experiencia adquirida en la asesoría para la realización de ensayos en modelo reducido 2D y 3D. En la actualidad, la compañía posee una amplia biblioteca de piezas a escala disponibles en alquiler para la realización de este tipo de estudios.
Experiencias del uso de Cubipod®
Desde 2011 se han completado nueve diques protegidos con mantos Cubipod® en diferentes emplazamientos del Mediterráneo, Atlántico, mar del Norte y golfo de Guinea. Las condiciones climáticas y ambientales de las diferentes ubicaciones son muy variadas y permiten intuir la versatilidad de la pieza.
Características de los diques Cubipod® completados hasta la fecha
La primera experiencia se realizó en Málaga. Para las obras del dique de San Andrés, la Autoridad Portuaria definió un pliego que permitió la licitación con variante, una iniciativa por la que recibió el Premio Nacional a la Compra Pública Innovadora 2011 del ministerio de Ciencia e Innovación por su «apuesta por una nueva forma de licitación pública que favorece la innovación en el sector de la obra civil». Además de fomentar la innovación, esta forma de licitar permitió la optimización técnica, la reducción de costes y consumo de materiales, y una menor huella energética y del carbono.
Como es evidente, el diseño de cada dique Cubipod® se adecúa a las condiciones de cada emplazamiento. En el caso del de San Andrés-Málaga, la baja capacidad portante del fondo marino de la zona así como los asientos previstos a largo plazo fueron los aspectos que condicionaron el diseño y el proceso constructivo. Requirió la prefabricación anticipada de los Cubipod® y su acopio en un gran parque de bloques extensivo. La segunda imagen muestra el parque de bloques del dique de San Andrés-Málaga trabajando en jornada diurna, con dos puestas al día por encofrado de 6 t (27 encofrados) y 15 t (dos encofrados).
Posteriormente, la Autoridad Portuaria de A Coruña también impulsó la licitación con variante para sus nuevos diques en el puerto exterior de Punta Langosteira, lo que permitió la construcción de los primeros diques Cubipod®. En este caso, se trataba de proteger la toma de agua de la central térmica de Sabón mediante el dique Sur-Langosteira, afectada por la corriente sedimentaria inducida por la construcción del dique de abrigo principal del puerto exterior de A Coruña. El dique Sur-Langosteira, además de proteger a corto plazo la toma de agua de la central térmica, sería también la primera fase del contradique (dique Oeste) del puerto exterior de A Coruña, que se completó en 2017. El resultado es un contradique de 1.35 km de longitud protegido con un manto monocapa Cubipod® de 25 t en tronco recto, monocapa de 30 t en el cambio de alineación y bicapa de 45 t en el morro.
El contradique de la dársena de La Esfinge (puerto de Las Palmas, Gran Canaria) es una zona parcialmente abrigada (Hsd= 2.7 m), pero con una profundidad de 23 metros. La solución inicial proponía una protección bicapa de escollera de 3 t, pero los suministros de cantera son difíciles en la isla. La solución planteó una protección monocapa Cubipod® de 6 t muy estable y con un plazo de ejecución reducido respecto al diseño original. El contradique de Naos (puerto de Arrecife, Lanzarote) está poco abrigado (Hsd= 4.3 m) y llega a los 12 metros de profundidad. La alternativa propuso una solución de construcción rápida que utilizaba un manto monocapa Cubipod® de 6 t en tronco y 12 t en morro.
El dique Marina Bahía de Argel está situado en la costa sur del Mediterráneo. Se trata de un dique y un contradique que abrigan un nuevo puerto para embarcaciones de recreo de casi 1 km de longitud con una profundidad máxima de 6.5 m. La solución aceptada por el promotor privado fue un manto bicapa Cubipod® de 3 t en tronco y 12 t en morro.
Después del dique de San Andrés y de los proyectos de A Coruña, uno de los hitos más significativos del desarrollo de la tecnología Cubipod® es el proyecto de expansión del puerto de Hasntholm (Dinamarca). Siendo este uno de los grandes puertos pesqueros de Dinamarca, situado en el emplazamiento más expuesto de la costa danesa y sometido a fuertes temporales del mar del Norte, en condiciones adversas, su configuración dificultaba, la entrada de los buques pesqueros modernos lo cual reducía su operatividad. Por esta razón, se planteó su expansión permitiendo la entrada de buques de mayor calado, mejorando las condiciones de navegación y mejorando la operatividad del mismo. Partiendo de los diseños iniciales de Rambøll —que prestaba sus servicios como consultora de la Autoridad Portuaria—, la empresa consultora COWI A/S desarrolló para la constructora Aarsleff A/S el proyecto constructivo del dique Oeste rebasable con un manto monocapa Cubipod® de hormigón de alta densidad de 22 t y 15 t en el talud frontal y trasdós, respectivamente, y escollera noruega de 15 t a 22 t en coronación. SATO estuvo involucrado como asesor de todo el proceso.
Un proyecto internacional de estas características, con unas condiciones ambientales exigentes (el temporal de cálculo considerado fue de Hsd=9.0 m y Tp=17.0 seg), unas limitaciones logísticas notables (de hecho, la escasez de material pétreo y el elevado precio del hormigón en Dinamarca requirió de la importación, por vía marítima, de escollera de gran tamaño —de hasta 22 t— desde canteras noruegas y la importación de Cubipod® de hormigón prefabricados desde un parque de fabricación y acopio de bloques situado en el complejo portuario de Polonia en el mar Báltico) y un resultado más que satisfactorio, llamó la atención en la comunidad internacional, la cual avaló las propiedades de la tecnología española Cubipod®. Como consecuencia surgieron nuevos proyectos en diversas localizaciones del continente africano.
El primero fue la ampliación del puerto pesquero de Elmina, en Ghana, donde la empresa consultora belga IMDC y la constructora también belga DEME emplearon un manto monocapa Cubipod® de 3.5 t para la protección del morro del dique exterior. Aunque las condiciones de altura de ola no eran muy exigentes (Hsd=4.2 m), un alto periodo de pico asociado a los eventos extremos (Tp=21.5 seg) y unas condiciones geotécnicas poco favorables demandaron la protección de piezas especiales de alta estabilidad. El diseño se verificó mediante una batería de ensayos tridimensionales realizados en el laboratorio británico de HR Wallingford. La fabricación de las unidades fue realizada en la propia localización de la obra con medios locales, algo que facilitó las labores logísticas de la empresa constructora.
Posteriormente se lanzaron dos proyectos en Marruecos cuya construcción continúa en la actualidad. Por un lado, la ampliación del dique de Casablanca, que incrementará en 400 m la estructura de protección existente con un manto bicapa de piezas de 36 y 60 toneladas. En paralelo comienza la construcción del nuevo puerto de Dakhla Atlantique, en el extremo sur del país, una infraestructural que constará de más de cinco kilómetros de diques de protección con mantos Cubipod® de tamaños entre 3.5 y 18.8 toneladas. Ambas obras están marcando un hito en el uso de esta tecnología; la primera, por emplear las piezas de mayor tamaño fabricadas hasta la fecha y la segunda, porque supone el mayor volumen de piezas utilizadas en un solo proyecto desde el inicio del empleo comercial de la tecnología Cubipod®.
En la actualidad, siguen surgiendo nuevas oportunidades internacionales para Cubipod®. SATO está colaborando en el estudio de su uso para proyectos en lugares como Islandia, Irlanda, Israel, Omán o Nueva Zelanda.
Conclusiones
La ingeniería portuaria española ha gozado siempre de un reconocido prestigio internacional. No es ningún secreto que España forma parte de un selecto grupo de países –entre los que se incluyen los Países Bajos o Japón— a cuyos profesionales se les atribuye de manera general una excelente reputación en este campo. Tampoco es ninguna frivolidad afirmar que gran parte de esta percepción se debe a la enorme repercusión que tuvo el trabajo de Ramón Iribarren a principios del siglo XX en la comunidad internacional, pero no sería justo fiarlo todo a este hecho ya algo remoto. La realidad es que el sector de la ingeniería portuaria española investiga con rigor, transfiere el conocimiento con facilidad, diseña con eficiencia y construye con calidad. Prueba de ello, aunque no la única, es la tecnología Cubipod® presentada en este artículo.
La Clave
Cubipod®
Elemento prefabricado de hormigón en masa utilizado para la construcción de mantos principales de diques en talud.
Se trata de un elemento masivo que resiste la acción del oleaje principalmente por gravedad y fricción lateral, colocándose en el talud de forma aleatoria en una o dos capas.
Los diversos reconocimientos internacionales y, sobre todo, el interés que esta tecnología ha despertado a nivel internacional —debido principalmente a los excelentes resultados obtenidos en proyectos tan exigentes como el contradique del puerto exterior de A Coruña o la expansión del puerto de Hasntholm— confirman los altos estándares que la ingeniería portuaria mantiene en nuestro país y contribuyen a perpetuar la percepción exterior de la excelente calidad de nuestro trabajo.
