Estudio técnico: espolones

2.2.1 Selección de alternativas.

Imagen tomada de: http://www.oceanicos.unalmed.edu.co/cursos/ingCostas/pdf/tema_6_Obras_costeras_tipol

ogia.pdf

[1]

2.2.2 Selección tecnológica

Se decide usar el espolón o espigón pues sirve para proteger de la erosión las costas, este se coloca perpendicular al oleaje lo cual hace que las olas se disipen y no arrastren sedimentos, también se puede ver que se han hecho este tipo de obras en la zona y han tenido buen resultado (anexo 1).

2.2.3 Localización

Los espolones son estructuras laterales que tratan de proteger la orilla y al mismo tiempo desviar la corriente. Uno de los objetivos de estos elementos es que ocurra la sedimentación de materiales para complementar la protección de la orilla.

En este caso puntual de la recuperación de la línea costera en la zona del aeropuerto Gonzalo Mejía del municipio de Turbo, se construirán dos espolones, uno en la parte norte del inicio del relleno (ubicación 1 en la figura 2, anexo 2), y otro en el cruce de la línea costera original con la nueva línea costera que se logrará con el relleno (ubicación 2 en la figura 2, anexo 2). La línea gris en la figura 2 representa la línea costera que se pretende dar a la zona con el relleno.

2.2.4 Normas técnicas y dimensionamiento.

Para el diseño de los espolones se siguen las normas técnicas del Shore Protection Manual y del ROM 0.5-94 [3][5].

Para saber la profundidad que deben tener los espolones se debe conocer la altura de ola significante de la zona, esta corresponde a la altura de ola que es superada 12 horas al año. En la figura 3 se observan las alturas de ola significantes (HS12) y las encerradas con rojo corresponden a las direcciones de oleajes más fuertes en la ubicación. Se selecciona como HS12 a 1,86 m, para garantizar la seguridad de la obra (es la mayor) y los espolones irán ubicados en forma perpendicular al oleaje (observado en la figura 4).

La profundidad que debe tener la obra corresponde de 3 a 4 veces la altura1 de ola significante y es conocida como profundidad de cierre, en este caso se tomará un valor de 3,5 veces, obteniéndose una profundidad de 6,5 metros.

El espolón se construirá con roca caliza, pues es la recomendada por expertos2 con gran conocimiento en obras costeras para evitar la erosión en el Caribe colombiano, pues los espolones de este material son los más funcionales en la zona. Luego de saber el material, se procede a calcular el peso de la roca, el diámetro nominal de la roca y el espesor de la coraza que este deben tener los espolones:

El material que se usará es roca rugosa y angular, con una colocación aleatoria, un talud de 1:1.5 y considerando una condición de rotura de la ola. La cota por encima del nivel del mar del tronco y el morro del espolón será de 1,2 m.

Se necesitará un peso de la roca para el tronco del espolón de 1,6 ton, y para el morro de 1,7 ton. (anexo 5)1 Recomendado por Enovaldo de Jesús Herrera, PhD. en recursos hidráulicos, Universidad Nacional de Colombia, Medellín. Profesor de Ingeniería de Puertos y Costas.2 Enovaldo de Jesús Herrera, PhD. en recursos hidráulicos, Universidad Nacional de Colombia, Medellín. Profesor de Ingeniería de Puertos y Costas.

También es necesario hallar el diámetro nominal de la roca con la expresión dada también por Hudson (anexo 7). Y se obtiene un diámetro nominal de la roca para el tronco del espolón de 0,85 m, y para el morro de 0,87 m (anexo 6).

Por último debe hallarse el espesor medio de la coraza con Hudson (anexo 9). Obteniéndose un espesor medio de la coraza para el tronco del espolón de 1,7 m, y para el morro de 1,74 m. (anexo 8)

Estos valores indican que el espesor que tendrá la coraza, utilizando dos capas deescollera en el tronco del espigón, será de 1,7 metros y en el morro de 1,74 metros.

Para hallar la longitud que deben tener los espolones hay que tener en cuenta la carrera de marea y la profundidad de cierre. Con base en esto, se harán dos espolones principales de 120 m [4]. Para que no haya cambios bruscos en la acumulación de sedimentos la Armada de los Estados Unidos en su documento Shore Protection Manual recomienda hacer varios espolones que disminuyen gradualmente su longitud y con cierta distancia entre ellos. [3]

Se harán 3 adicionales hacia la derecha de cada espolón con una separación de 40 metros, y disminuyendo la longitud en 30 metros gradualmente.

Realizando los cálculos, se necesitarán 6595, aproximado a 7000 m3 de roca caliza. Serán traídos de una cantera en el municipio de Tierralta ubicado en el departamento de Córdoba perteneciente a U.T. MANTENIMIENTOS INTEGRALES 2004 ubicada a 111 km del aeropuerto Gonzalo Mejía.

2.2.5 Maquinaria.

Para llevar a cabo este trabajo se necesitarán 680 viajes de volqueta que constan de ida, carga, vuelta y descarga de 9 horas cada uno, que con 20 volquetas demorarán 17 días. El costo del alquiler de una volqueta Dumper 730 por km.m3

tiene un valor de 800 pesos. Por lo tanto, tendrá un costo de 621’600.000 pesos. Las volquetas se alquilarán, en el valor de 800 pesos/m3.km está incluido el conductor del vehículo cuyo salario corre por cuenta de la persona con la que se cotiza, y se pedirán dos turnos de 9 horas cada uno con pago de una hora extra a cada operario.

Para la construcción de los espolones que se hará desde la tierra se debe contar con una retroexcavadora, modelo Caterpillar 330 (especificaciones y rendimientos, anexo 12). En la tabla 2 (anexo 12) se observa que son necesarias 57,29 horas, aproximadas a 60 horas; con un operario que trabaja 8 horas diarias, se necesitarán 8 días para la construcción de los espolones. El costo de la retroexcavadora es de 830’673.000 pesos, y se puede vender a 768’666.047 pesos (anexo 11).

2.2.6 Aspectos laborales

Es necesario un operario de retroexcavadora para ejecutar los espolones. El salario mensual del operario sería de 3’838.196 pesos, con seguridad social y prestaciones, por lo tanto, por 8 días será de 1’023.519 pesos. (Anexos 13 y 14)

Anexos

1.

Figura 1. Fotografía año: 2004. Notar que los círculos rojos encierran espolones los cuales, han funcionado para que no halla pérdida de terreno en esa área.

2.

Figura 2. Línea costera que se pretende y ubicación de los espolones.3.

[2]Figura 3. Alturas de ola significantes.

4.

Figura 4. Dinámica del oleaje de la zona.5.

6.

7.

Figura 5. Coeficientes de estabilidad de Hudson.

8.

9.

Figura 6. Coeficientes de capa de Hudson.

10.

$=800 pesoskm .m3

x 111kmx7000m3=621' 600.000 pesos

11. Tabla 1. Costos retroexcavadora.Retroexcavadora Cat 330Modelo 2010

CostosCostos de propiedad Costos de operación

Va dólares $ 245.000 Mano de obra $ 18.453 Trm $ 2.908 Combustible $ 55.020

Año fabricación 2.011 Aceite $ 4.716 Flete marítimo $ 8.000 Filtro $ 1.886

Seguro marítimo $ 500 Reparación $ 14.540 Arancel $ 29.400 oruga $ 11.516

Transporte terrestre (cop) $ 8.000.000 Total $ 106.131 Total $ 830.673.200

Anualidad $ 159.351.005 Va (valor adquirido) $ 830.673.200 Total $/h $ 198.266 N (# de años) 10S (porcentaje) 25%S (salvamento) $ 210.601.674 Impuestos (%) 12%impuestos (12-18) $ 99.680.784 TR (%) 25%TR(25) $ 207.668.300 Depreciación $ 62.007.153 Depreciación % 7%

Seguros Maquinas % 3%Maquinas $ 24.920.196

Total $ 184.271.201 $/h $ 92.136

12.

Tabla 2. Rendimiento retroexcavadora.Cucharón

Tipo cucharónExc gran volume

nFamilia E

Ancho de corte 1735Radio de plegado 1845

Capacidad colmada m^3 2,1Peso Kg 1710

Tiempo total de cicloCiclo hidráulico Tiempo cucharada 50,875

Tiempo corte 8,1 Tiempo aproximación 55Tiempo giro carga 6,3 % tiempo aprox 22%Tiempo descarga 20 # de cucharadas 5Tiempo giro vacío 6,3 Tiempo Cargue sin aprox 254,375

Total 40,7 Tiempo total ciclo 61,875

Tiempo cargue total 309,375

# ciclos /h 58,2

Rendimiento 122,2 Horas necesarias 57,29

13. Tabla 3. Seguridad social y prestaciones operarios.Cesantías 8% Feriado 6%Prima 8% Pensión 13%Vacaciones 5% Riesgo profesional 7%Parafiscales 4% Interés cesantías 1%# golpes 2 Valor golpe 50 Dotación/cada 4 meses $ 100.000 Epp $ 30.000

14.Tabla 4. Salario operario.

Operario Cat 330# salarios 3,8 SMMV.Salario Base $ 2.448.530 Devengado $ 2.448.530 Seguridad social y prestaciones $ 1.389.666 Total $ 3.838.196

BIBLIOGRAFÍA

[1] SALLES, Paulo., de Almeida, Alfonso., SILVA, Rodolfo. INFRAESTRUCTURA DE PROTECCIÓN COSTERA. 2002, de Instituto de Ingeniería, UNAM. Sitio web: http://etzna.uacam.mx/epomex/pdf/mancos/cap13.pdf

[2] OSORIO, Andrés F., MOLINA, Luis G. Molina., OSORIO, Juan D. Proyecto Expedición Estuarina, Golfo de Urabá, fase 1. Informe final. Gobernación de Antioquia, Universidad de Antioquia, Universidad Nacional Sede Medellín, Universidad EAFIT. Medellín, 2010.

Capítulo 12. Espigones. Consultado en octubre 15. Disponible en línea en <https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=9&cad=rja&uact=8&ved=0CD0QFjAIahUKEwjkxPzTocXIAhVLlx4KHQCkDYY&url=http%3A%2F%2Fwww.erosion.com.co%2Fpresentaciones%2Fcategory%2F9-control-de-erosion-en-zonas-tropicales.html%3Fdownload%3D62%3A285-capitulo12-espigones&usg=AFQjCNG5PPELasM5OZSARnQZM7nCVvxD5g&bvm=bv.105039540,d.dmo>

[3] DEPARTMENT OF THE ARMY. Shore Protection Manual, Volume II. Mississippi, 1984. Consultado en ostubre 16. Disponible en línea en <https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CBsQFjAAahUKEwjpoKvb-8_IAhXJuB4KHWsbAG8&url=http%3A%2F%2Fft-sipil.unila.ac.id%2Fdbooks%2FS%2520P%2520M%25201984%2520volume%25202-1.pdf&usg=AFQjCNEot0RmUV6Kp5XTli1GLz5pw-0Q8w&bvm=bv.105454873,d.dmo>.

[4] HERNÁNDEZ, Kenia., PÉREZ, Orestes., NADAL, Mario., RONDÓN, Héctor., GONZÁLEZ, Nancy. Diseño de un espigón de fin de playa en cayo Libertad, PuntaHicacos (Varadero) como parte del manejo de zonas costeras. Consultado en octubre 15. Disponible en línea en <https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&uact=8&ved=0CBsQFjAAahUKEwiJxrTB_8_IAhUGax4KHY7bAn0&url=http%3A%2F%2Foceanologia.redciencia.cu%2Farticulos%2Farticulo62.pdf&usg=AFQjCNFgh8lnqyHl5vSE5W4SAR7MPI8GLA&bvm=bv.105454873,d.dmo>.

[5] ROM 0.5-94, Recomendación Geotécnica en Proyecto de Obras Marítimas y Portuarias. Ministerio de obras públicas, transporte y medio amiente. Puertos del Estado. España, 2005.

García F., M. y Maza A., J. A. (1996). Transporte de Sedimentos. Instituto de Ingeniería UNAM. México.

Para obtener el peso de la roca que se necesita se usa la fórmula de Hudson

W=ρs .H s

3

K D .( ρ sρw−1)3

.cotα

Donde:W: Peso roca o elemento prefabricado coraza.ρ s: Densidad roca o elemento prefabricado = 2.6 ton/m3.ρw: Densidad agua de mar = 1,03 ton/m3.Hs: Altura de ola de diseño estructural = 1,86 m.KD: Coeficiente de estabilidad de Hudson (figura 4) = 2 (tronco), 1,9 (morro).Cot α: talud espolón con respecto al plano horizontal = 1,5.

Reemplazando valores,

W= 2,6 .1,863

2 .( 2,61,03−1)3

.1,5

W= 2,6 .1,863

1,9 .( 2,61,03−1)3

.1,5

Se obtiene un peso de la roca para el tronco del espolón de 1,6 ton, y para el morro de 1,7 ton.

También es necesario hallar el diámetro nominal de la roca con la siguiente expresión, dada también por Hudson.

Dn=3√Wρs

Donde:Dn: Diámetro nominal roca o elemento prefabricado.W: Peso medio roca o elementos prefabricados coraza = 1,6 ton (tronco), 1,7 ton (morro).ρs: Densidad roca o elemento prefabricado = 2,6 ton/m3.

Reemplazando valores,

Dn=3√ 1,62,6

Dn=3√ 1,72,6

Se obtiene un diámetro nominal de la roca para el tronco del espolón de 0,85 m, y para el morro de 0,87 m.