Cajón (ingeniería)

Un cajón de caja es una estructura prefabricada con paredes y fondo, abierta en la parte superior. Generalmente se coloca sobre una base plana y preparada. Una vez en su lugar, se llena con lastre para integrarse a la obra, como la cimentación de un pilar de puente. Las estructuras huecas de hormigón suelen ser menos densas que el agua, por lo que un cajón de caja debe estar asegurado para evitar que se desplace hasta que se llene con lastre. En ocasiones, pueden ser necesarios sistemas de anclaje complejos, como en zonas de mareas . Los sistemas de anclaje ajustables, combinados con un levantamiento topográfico GPS, permiten a los ingenieros posicionar un cajón de caja con precisión milimétrica.

Un cajón abierto es similar a un cajón de caja, con la diferencia de que no tiene fondo. Es adecuado para su uso en arcillas blandas (por ejemplo, en algunos lechos de ríos), pero no en terrenos con grandes obstrucciones. Un cajón abierto utilizado en suelos blandos o con niveles freáticos elevados, donde las excavaciones a cielo abierto resultan inviables, también puede emplearse para instalar pozos de registro profundos, estaciones de bombeo y fosos de recepción y lanzamiento para microtúneles , hincado de tuberías y otras operaciones.

Un cajón se hunde por su propio peso, con lastre de hormigón o agua colocado en la parte superior, o mediante gatos hidráulicos. El borde delantero (o zapata de corte ) del cajón tiene una inclinación pronunciada para facilitar el hundimiento vertical; suele ser de acero. La zapata es generalmente más ancha que el cajón para reducir la fricción, y el borde delantero puede llenarse con una suspensión de bentonita a presión , que se hincha en el agua, estabilizando el asentamiento al rellenar depresiones y huecos. Un cajón abierto puede llenarse de agua durante el hundimiento. El material se excava con una cuchara bivalva montada en una grúa.

El subsuelo a nivel de formación aún podría no ser apto para la excavación o tener la capacidad portante necesaria . El agua en el cajón (debido a un nivel freático alto) equilibra las fuerzas de empuje de los suelos blandos subyacentes. Si se drena, la base puede erosionarse o hervir, provocando que el cajón se hunda. Para combatir este problema, se pueden hincar pilotes desde la superficie para que actúen como:

• Los muros de carga transmiten las cargas a suelos más profundos.
• Las anclas, en el sentido de que resisten la flotación debido a la fricción en la interfaz entre sus superficies y la tierra circundante en la que han sido clavadas.

Las secciones de viga H (típicas secciones de columna, debido a su resistencia a la flexión en todos los ejes) pueden hincarse en ángulos inclinados hacia la roca u otros suelos más firmes; las vigas 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 vacía el cajón, este tapón actúa como cabezal de pilote, resistiendo las fuerzas ascendentes del subsuelo.

Un cajón monolítico (o simplemente monolito ) es más grande que otros tipos de cajones, pero similar a los cajones abiertos. Estos cajones se encuentran a menudo en los muros de los muelles, donde se requiere resistencia al impacto de los barcos.

Los cajones poco profundos pueden estar abiertos al aire, mientras que los cajones neumáticos (a veces llamados cajones presurizados ), que penetran en lodo blando , son cajas sin fondo selladas en la parte superior y llenas de aire comprimido para mantener el agua y el lodo fuera en profundidad. Una esclusa de aire permite el acceso a la cámara. Los trabajadores, llamados sandhogs en inglés americano, mueven lodo y escombros de roca (llamados muck ) desde el borde del área de trabajo hasta un pozo lleno de agua, conectado por un tubo (llamado tubo de muck ) a la superficie. Una grúa en la superficie retira la tierra con una cuchara bivalva . La presión del agua en el tubo equilibra la presión del aire, y el exceso de aire escapa por el tubo de muck. El flujo de aire presurizado debe ser constante para asegurar renovaciones regulares del aire para los trabajadores y evitar la entrada excesiva de lodo o agua en la base del cajón. Cuando el cajón llega al lecho rocoso, los sandhogs salen por la esclusa de aire y llenan la caja con hormigón, formando un pilar de cimentación sólido. ^{[ 10 ]}

Un cajón neumático (de aire comprimido) tiene la ventaja de proporcionar condiciones de trabajo en seco, lo cual es mejor para el vertido de hormigón. También es idóneo para cimentaciones en las que otros métodos podrían provocar el asentamiento de las estructuras adyacentes.

Los trabajadores de la construcción que salen del entorno presurizado del cajón deben descomprimirse a un ritmo que permita la liberación asintomática de los gases inertes disueltos en los tejidos corporales para evitar la enfermedad por descompresión , una afección identificada por primera vez en trabajadores de cajones y originalmente denominada "enfermedad del cajón" en reconocimiento del riesgo laboral. La construcción del Puente de Brooklyn , que se construyó con la ayuda de cajones presurizados, provocó que numerosos trabajadores murieran o sufrieran lesiones permanentes a causa de la enfermedad del cajón durante su construcción. ^{[ 11 ]} El barotrauma de los oídos, las cavidades sinusales y los pulmones, así como la osteonecrosis disbárica, son otros riesgos. ^{[ 12 ]}