Documentação Técnica

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* Engenharia de Dragagem, Sinalização Náutica, Batimetria, Projetos de Canais Navegáveis, Meio Ambiente, Cartas Náuticas, Software de Navegação, Topografia Básica e outros assuntos técnicos.

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terça-feira, 29 de novembro de 2011

Draga de Succión por Arrastre (Trailing Suction Hopper Dredger/TSHD) - Cálculo de Producción

DETERMINACIÓN DE PRODUCCIÓN EN LA ETAPA DE OBRA

En la etapa de obra la determinación de la producción implica constatar el grado de cumplimiento del Contratista y habilitar el pago de certificados de obra. Por ello es importante que es1:e aspecto esté claramente especificado en el contrato incluido el procedimiento a utilizar.

Existen diversos métodos que pueden aplicarse de acuerdo al tipo de obra en ejecución, el tipo de contra1:o y las modalidades del caso. Es importante destacar que la determinación del volumen de obra realizado no es un procedimiento exacto y que la aplicación de diversos métodos da diferencias en los resultados que suelen estar dentro de lo esperable por las imprecisiones en la determinación de los factores utilizados en los cálculos.

1. Comparación de relevamientos batimétricos 

La determinación del volumen dragado en un intervalo de tiempo en un determinado lugar mediante comparación de relevamientos batimétricos efectuados uno antes de la ejecución del dragado (relevamiento de predragado) y otro después de finalizado el mismo (relevamiento de post dragado) es un método muy tradicional que presenta una serie de ventajas y desventajas.

Por un lado debe tenerse presente que los relevamientos batimétricos presentan una cierta imprecisión dada por Ia sumatoria de factores que intervienen para la determinación de la posición exacta de un punto con sus coordenadas medidas a partir de una embarcación que flota en un medio acuático que cambia de nivel y con un instrumento (ecosonda) que es objeto de calibraciones diarias. Por este motivo se acepta que un buen relevamiento presenta un imprecisión del orden de medio pie (15 cm).

Esto implica que cuando el intervalo entre relevamientos es corto o por algún motivo el volumen dragado implica un pequeño incremento de profundidad, la determinación de volúmenes mediante la comparación de relevamientos puede dar resultados bastante alejados de la realidad.

El otro caso que se puede presentar es que se produzca una fuerte sedimentación durante el tiempo que se efectúa el dragado. En este caso la comparación de relevamientos da una valoración de la diferencia entre la situación final menos la inicial pero el volumen adicional que ha sido necesario remover para llegar a la situación final debido a la sedimentación no se refleja en este método.

Hay ocasiones o ubicaciones donde no se pude utilizar la comparación entre relevamientos a los efectos de la certificación:

- en los ingresos marítimos con la presencia de barras muy dinámicas desde el punto de vista sedimentológico.

- en zonas con mucho contenido de barro fluido (fondos Iodosos) que afecten el eco de Ia ecosonda. En barros muy fluidos, pequeños cambios en los seteos de la ecosonda pueden producir grandes cambios en la posición del eco, y por lo tanto en la determinación de la profundidad.

Un aspecto importante es la manera de realizar los cálculos de volumen. Un método muy utilizado es tomar los perfiles transversales y multiplicarlos por la separación entre perfiles. En este caso juega un papel muy importante la separación entre perfiles. Separaciones entre perfiles usuales son cada 200 m, cada 100 m y nunca mas cercanos que perfiles cada 50 m. En este caso se acepta que el fondo es uniforme entre perfiles.

Otra manera técnicamente mas adecuada es aplicar un modelo digital de terreno (DTM) a la situación predragado y postdragado y calcular la diferencia de volúmenes.

Una ventaja que presenta este método para el Comitente es que refleja el estado final de la zona a dragar pero puede no reflejar el trabajo efectivamente realizado.

2. Medición de caudales y concentraciones en las tuberías

La medición de caudales en tuberías es una operación rutinaria. Asimismo se puede determinar las concentraciones. Con estos datos puede calcularse el caudal sólido transportado. Ver Hahlbrock (1998)

3. Estimación de caudales y concentraciones en los vertederos

Se puede realizarse una estimación del volumen total erogado por los vertederos. Asimismo puede determinarse la concentración del material mediante toma de muestras.

4. Medición en cántara

La cantidad de arena depositada en el fondo se determina mediante mediciones en distintos puntos de la cántara. Asimismo se determina la concentración del material del contenido de la cántara en cada ciclo completo multiplicada por el número de ciclos.

El método de medición en cántara se denomina también “de media esfera y centrífuga”. Este método consiste en introducir una media esfera en la cántara en lugares predeterminados para determinar el volumen de material que tenga densidad superior a 1.200 kg/m3. La media esfera está diseñada para flotar en un material con una densidad del material de 1,200 kg/m3. El material adicional que se encuentra por encima de esta interfase se muestrea a media altura de la columna y el porcentaje de sólidos que contiene se determina mediante centrifugación de las muestras.

El inconveniente que presenta este método es que en la actualidad las técnicas de dragado permiten obtener materiales dragados con densidades superiores a 1,200 kg/m3 y este método no ofrece ningún incentivo al Contratista para conseguir densidades mayores.

5. Método TDS

El método denominado TDS (Tons of Dry Solids) consiste en la determinación de las toneladas de suelo seco dragadas [Rosati (2000)] La primera aplicación del método se realizó en el Puerto de Rotterdam y posteriormente fue adoptado por el Cuerpo de Ingenieros de los EEUU.

Este método es muy útil cuando la comparación de relevamientos hidrográficos no presenta la precisión suficiente para determinar el trabajo realizado por un Contratista como se indicó anteriormente.

La teoría del TDS se basa en el volumen y peso de la cántara. Para calcular el TDS se necesita:

r agua
r suelo seco
- volumen de la cantara
- peso de la cántara (del buque)

Para evaluar la precisión del método TDS debemos determinar la precisión con la que podemos determinar estos factores

La precisión y repetibilidad del TDS debe compararse con la precisión y repetibilidad de otros métodos, tales como la comparación de relevamientos hidrográficos.

Si denominamos P al porcentaje de volumen ocupado por el suelo en la cántara tenemos:
P. r suelo + (1 - P) r agua = r hopper
P = (r hopper - r agua) : (r suelo - r agua)
TDS = P. r suelo.V

El nivel de instrumentación que presentan los equipos de dragado en la actualidad permiten realizar numerosos controles.

En la referencia citada [Rosati(2000)] se analiza la influencia de la medición y la precisión del método.
El método TDS fue desarrollado por el Ministerio de Obras Públicas de Holanda para el control de los trabajos de dragado de mantenimiento en los canales de navegación del Puerto de Rotterdam. Su desarrollo permitió reemplazar el método de medición en cántara denominado de media esfera y centrifuga que se utilizaba como base de pago a los contratistas.

6. Medición en sitios de descarga

Cuando se está realizando un relleno lo que puede interesarle al Comitente es el perfil del terreno terminado con determinadas características de compactación. En ese caso el Contratista debe aportar la cantidad de material necesario para cumplir con el perfil de diseño.

PAYLOAD

La carga total de suelo transportada se denomina “payload” haciendo una semejanza con la carga útil de los buques. Este cálculo se puede hacer de diferentes formas.

Toneladas de suelo seco (TDS)

Una forma es el calcular el peso de suelo seco TDS (tons of dry solids)

Supongamos:

volumen de cantara Vc = 3.000 m3
Carga total Pt = 4.800 ton

Este peso total se puede obtener por la variación de desplazamiento de la draga

r suelo = r arena = 2,65 ton/m3. Este peso específico corresponde a las partículas del material.
r agua = 1 ton/m3

La incógnita a despejar es el volumen de suelo seco (V s)

r suelo . Vs + r agua . Va = carga total = 4.800 ton
2,65 . Vs + 1 .(3.000 — Vs) = 4.800
Vs (2.65 — 1) = 4.800 — 3.000 = 1.800
Vs = 1.800/1.65 = 1091 m3

El peso de ese volumen es
Vs . p suelo= 1.091 . 2.65 = 2891 ton

Volumen de suelo “in situ”

Podemos repetir eI cálculo para determinar eI equivalente de material in situ. Necesitamos conocer r in situ = 2.00 ton/m3. Este peso específico corresponde al suelo saturado con todos los espacios vacíos llenos de agua.

V in situ= 1.800 m3

Volumen de suelo en la cántara ya esponjado

El suelo extraído de su lugar sufre un esponjamiento. Para este ejemplo el factor de esponjamiento puede ser 1.25

Vs esponjado = 1800 . 1.25 = 2.250 m3

Este volumen se compone de

1.800 m3 de peso específico de 2.00
450 m3 de agua adicional con peso específico igual a 1.00

1800 . 2.0 = 3.600
450 . 1.0 = 450
Peso Total = 4.050 ton

Fonte: Ingeniería de Dragado, www.graduadosportuaria.com.ar.

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