Caisson (ingeniería)

Estructura rígida para proporcionar a los trabajadores un entorno de trabajo seco por debajo del nivel del agua.

Sección transversal esquemática de un cajón presurizado

En la ingeniería geotécnica , un cajón ( / k eɪ s ə n / o / k eɪ s ɒ n / ; tomado de francés cajón , del italiano Cassone , lo que significa caja grande , un aumentativo de cassa ) es una estructura de retención estanco ^{[1 ]} utilizado, por ejemplo, para trabajar en los cimientos de un pilar de un puente , para la construcción de una presa de hormigón , ^[2]o para la reparación de barcos . ^{[3] Los} cajones están construidos de tal manera que el agua se puede bombear y mantener seco el ambiente de trabajo. Cuando se construyen pilares utilizando un cajón abierto, y no es práctico alcanzar un suelo adecuado, se pueden clavar pilotes de fricción para formar una sub-cimentación adecuada. Estos pilotes están conectados por una plataforma de cimentación sobre la que se erige el pilar de la columna.

Tipos

Para instalar un cajón en su lugar, se baja a través de lodo blando hasta que se encuentre un material de cimentación adecuado. Si bien se prefiere el lecho rocoso , a veces se usa un lodo duro y estable cuando el lecho rocoso es demasiado profundo. Los cuatro tipos principales de cajón son cajón de caja , cajón abierto , cajón neumático y cajón monolítico . ^[4]

Caja

Un cajón de caja es una caja de hormigón prefabricada (con lados y fondo); se coloca sobre bases preparadas. Una vez en su lugar, se rellena con hormigón para formar parte de las obras permanentes, como la cimentación de un pilar de puente. Las estructuras de hormigón huecas suelen ser menos densas que el agua, por lo que un cajón de caja debe estar lastrado o anclado para evitar que flote hasta que pueda llenarse de hormigón. A veces, pueden ser necesarios sistemas de anclaje elaborados, como en las zonas de mareas . Los sistemas de anclaje ajustables combinados con un levantamiento GPS permiten a los ingenieros colocar un cajón de caja con precisión milimétrica. ^{[ cita requerida ]}

Abrir

Un cajón abierto es similar a un cajón de caja, excepto que no tiene una cara inferior. Es adecuado para su uso en arcillas blandas (por ejemplo, en algunos lechos de ríos), pero no para lugares donde puede haber grandes obstrucciones en el suelo. Un cajón abierto que se utiliza en suelos blandos o capas freáticas altas, donde las excavaciones de zanjas abiertas no son prácticas, también se puede utilizar para instalar pozos de registro profundos, estaciones de bombeo y pozos de recepción / lanzamiento para micro túneles , levantamiento de tuberías y otras operaciones. ^{[ cita requerida ]}

Un cajón se hunde por peso propio, hormigón o lastre de agua colocado en la parte superior, o por gatos hidráulicos. El borde de ataque (o zapata de corte ) del cajón está inclinado hacia afuera en un ángulo agudo para ayudar a hundirse de manera vertical; generalmente está hecho de acero. La zapata es generalmente más ancha que el cajón para reducir la fricción, y el borde de ataque se puede suministrar con una suspensión de bentonita presurizada , que se hincha en agua, estabilizando el asentamiento al llenar depresiones y huecos. Un cajón abierto puede llenarse de agua durante el hundimiento. El material se excava con un cucharón de excavadora tipo clamshell en una grúa. ^{[ cita requerida ]}

Es posible que el subsuelo a nivel de formación aún no sea adecuado para la excavación o la capacidad de carga . El agua en el cajón (debido a un nivel freático alto) equilibra las fuerzas de empuje hacia arriba de los suelos blandos debajo. Si se deshidrata, la base puede "entorpecer" o "hervir", ^{[ aclaración necesaria ]} haciendo que el cajón se hunda. Para combatir este problema, se pueden hincar pilotes desde la superficie para que actúen como:

• Muros de carga , en el sentido de que transmiten cargas a suelos más profundos.
• Anclas, ya que resisten la flotación debido a la fricción en la interfaz entre sus superficies y la tierra circundante en la que han sido introducidas.

Las secciones de vigas en H (secciones típicas de columnas, debido a la resistencia a la flexión en todos los ejes) se pueden conducir en ángulos "inclinados" a la roca u otros suelos más firmes; las vigas en H se dejan extendidas por encima de la base. Se puede colocar un tapón de hormigón armado bajo el agua, un proceso conocido como colocación de hormigón Tremie . Cuando se deshidrata el cajón, este tapón actúa como una capa de pilote, resistiendo las fuerzas ascendentes del subsuelo. ^{[ cita requerida ]}

Monolítico

Un cajón monolítico (o simplemente un monolito ) es más grande que los otros tipos de cajón, pero similar a los cajones abiertos. Estos cajones se encuentran a menudo en las paredes de los muelles, donde se requiere resistencia al impacto de los barcos. ^{[ cita requerida ]}

Neumático

Los cajones poco profundos pueden estar abiertos al aire, mientras que los cajones neumáticos (a veces llamados cajones presurizados ), que penetran en el lodo blando , son cajas sin fondo selladas en la parte superior y llenas de aire comprimido para mantener el agua y el lodo a profundidad. Una esclusa de aire permite el acceso a la cámara. Los trabajadores, llamados sandhogs , mueven lodo y escombros de rocas (llamados muck ) desde el borde del espacio de trabajo a un pozo lleno de agua, conectado por un tubo (llamado tubo de muck ) a la superficie. Una grúa en la superficie quita la tierra con un cucharón de almeja. La presión del agua en el tubo equilibra la presión del aire, y el exceso de aire se escapa por el tubo de estiércol. El flujo de aire presurizado debe ser constante para garantizar cambios de aire regulares para los trabajadores y evitar una entrada excesiva de lodo o agua en la base del cajón. Cuando el cajón golpea el lecho de roca, los sandhogs salen a través de la esclusa de aire y llenan la caja con concreto, formando un sólido pilar de cimentación. ^[5]

Un cajón neumático (aire comprimido) tiene la ventaja de proporcionar condiciones de trabajo en seco, lo que es mejor para la colocación de hormigón. También es adecuado para cimentaciones en las que otros métodos podrían causar asentamiento de estructuras adyacentes. ^{[ cita requerida ]}

Los trabajadores de la construcción que abandonan el entorno presurizado del cajón deben descomprimir a una velocidad que permita la liberación sin síntomas de gases inertes disueltos en los tejidos corporales si quieren evitar la enfermedad por descompresión , una condición identificada por primera vez en los trabajadores del cajón y originalmente denominada "cajón enfermedad "en reconocimiento del riesgo laboral. La construcción del Puente de Brooklyn , que fue construido con la ayuda de cajones presurizados, resultó en la muerte o lesiones permanentes de numerosos trabajadores durante su construcción. ^{[6] El} barotrauma de los oídos, las cavidades de los senos nasales y los pulmones y la osteonecrosis disbárica son otros riesgos. ^[7]

Otros usos

• Los cajones también se han utilizado en la instalación de ascensores hidráulicos donde se instala un ariete de una etapa por debajo del nivel del suelo. ^{[ aclaración necesaria ]}
• Los cajones, con nombre en código Phoenix , fueron una parte integral de los puertos de Mulberry utilizados durante la invasión aliada de Normandía durante la Segunda Guerra Mundial . ^[8]

Otros significados

• Cajones de elevación de botes : La palabra cajón también se utiliza como sinónimo de la parte móvil de las esclusas de cajón , elevadores de canal e inclinaciones en las que los botes y barcos descansan mientras se elevan de una elevación de canal a otra; el agua se retiene en el interior del cajón o se excluye del cajón, según el principio de funcionamiento respectivo. ^{[ cita requerida ]}

• Cajones estructurales : Cajón también se usa a veces como un término coloquial para una estructura de hormigón armado formada al verter en una forma cilíndrica hueca, generalmente colocando una forma de cajón debajo del nivel en una excavación abierta y vertiendo una vez que se completa el relleno, o perforando en el nivel , aunque esto puede ser problemático con cajones profundos, ya que las excavaciones sin apoyo pueden colapsar antes de que se pueda insertar la forma del cajón. De esta manera, la tierra colocada alrededor del encofrado del cajón vacío proporciona estabilidad y resistencia, lo que permite verter el hormigón con menos complicaciones y con menos riesgo de rotura del encofrado. Si bien, técnicamente, solo la forma en sí es en realidad un cajón, no es raro que cualquier pilar de hormigón fundido debajo del nivel se denomine, simplemente, un cajón .^{[ cita requerida ]}

• Sistemas de filtración de ventilación : La palabra cajón también se usa como un nombre para una carcasa hermética para filtros de ventilación en instalaciones que manejan materiales peligrosos. La carcasa suele tener un compartimento corriente arriba para un elemento de prefiltro y un compartimento corriente abajo para un elemento filtrante de alta eficiencia. Puede tener varios conjuntos de compartimentos. La carcasa tiene puertas de acceso con juntas para permitir el cambio de los elementos del filtro. La carcasa generalmente está equipada con puntos de conexión que se utilizan para probar la eficiencia de los filtros y monitorear los cambios en la presión diferencial a través del medio filtrante. ^{[ cita requerida ]}

Ver también

• Cajón de succión  - Anclaje de tubo de fondo abierto incrustado y liberado por diferencial de presión
• Planta de campana de buceo con esclusa de aire  : una barcaza de apoyo al trabajo submarino utilizada en Gibraltar, un cajón de ingeniería montado en una barcaza móvil utilizado en el puerto de Gibraltar
• Cofferdam  : barrera que permite bombear líquido fuera de un área cerrada, una estructura temporal que excluye el agua construida en el lugar, que a veces rodea un área de trabajo al igual que un cajón abierto.
• Ingeniería geotécnica costa afuera  : un subcampo de la ingeniería que se ocupa de las estructuras creadas por el hombre en el mar, para obtener información sobre consideraciones geotécnicas.

Patentes

• Patente de Estados Unidos 123.002 - Mejora en la construcción de cimentaciones subacuáticas

Referencias

1. "Cajón" def. 3. Caballero, Edward Henry. Diccionario mecánico estadounidense de Knight Una descripción de herramientas, instrumentos, máquinas, procesos e ingeniería; historia de invenciones; vocabulario tecnológico general; y compendio de aparatos mecánicos en las ciencias y las artes . vol. 1. Boston: Houghton, Osgood and Co., 1880. 420 . Impresión.
2. Aichel, Ordulf George. El cajón como nuevo elemento en la construcción de presas de hormigón; una propuesta realizada en relación con el Proyecto de Energía del Río Columbia . Nueva York: Spon & Chamberlain; [etc.], 1916. Imprimir.
3. Wilson, Theodore Delavan y Edward J. Reed. Un esquema de construcción naval, teórico y práctico . Nueva York: J. Wiley & son, 1873. 383 . Impresión.
4. Chudley, R .; Greeno, R. Tecnología de construcción avanzada . Tercera edicion. Oxford: Longman, 1999. ISBN  9780582316171 , 0582316170. 173. Imprimir.
5. Wallace, Mike (2018). Gran Gotham: una historia de la ciudad de Nueva York de 1898 a 1919 . Nueva York: Oxford University Press. págs. 155–56. ISBN 9780195116359.
6. Mayordomo WP (2004). "Enfermedad de Caisson durante la construcción de los puentes de Eads y Brooklyn: una revisión" . Submarino Hyperb Med . 31 (4): 445–59. PMID 15686275 . Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011 . Consultado el 8 de octubre de 2008 . 
7. Stellman, Jeanne Mager. Enciclopedia de seguridad y salud laboral . 4ª ed. Ginebra: Oficina Internacional del Trabajo, 1998. 36.5. Impresión.
8. Personal. "La historia de los puertos de Mulberry" . arromanches-museum.com . Arromanches: Musée de Débarquement . Consultado el 1 de junio de 2017 .

Enlaces externos

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