Recent History, Types, and Future of Modern Caisson Technology: The Way to More Sustainable Practices

Abstract

The construction of caisson breakwaters dates from ancient times (Brindisi battle and Caesarea Maritima, Roman Empire) of yore but has evolved with regards to technology and the materials available at all times (wood, gravel, and rubble mound). The growth in draught in vessels searching for deep water depths for berthing plus environmental problems have led to the 20th century facilitating the boom in vertical types and concrete caissons built in different ways (dry and floating techniques). Furthermore, structural criteria gave way to functional, environmental, and aesthetic criteria. The search for new, more efficient forms led to the construction of increasingly more complex elements including many that still require an economically viable construction system. To where will this search for new materials and forms take us? The use of composite materials could be considered, at the moment, as too expensive, but analyzing the cost with a wider approach, as Life Cycle Assessment, shows us that caissons in composite materials are cost effective and could be a solution. Furthermore, the possibility of using recyclable composites opens up big opportunities of using these materials at affordable costs. Caissons in composites or recycled composites are then a real alternative to concrete caissons. In Spain, two examples can be observed: a berthing area in Canary Island (Puerto del Rosario, South Atlantic Ocean) and a crown wall in Cartagena using polyester fiber bars (Mediterranean Sea). European policy in matters of sustainability promotes the circular economy, which means not only consider construction of caissons in recycled composites should be considered but also the comparison of all materials and construction procedures. Lastly, the calculation of the Environmental Product Declaration (EPD) should be promoted.

Evaluation and Optimization of the Life Cycle in Maritime Works

“…Life cycle analysis is used in order to be able to compare solutions with different materials and not only see which may be the most appropriate, but also see possible additional optimizations and define the line of work and, with it, research on structures which minimize the impact. The replacement of rubble-mounds with vertical breakwaters built with reinforced concrete caissons already led to a significant environmental improvement; this additional step shows advances in sustainability, environmental improvement, and the durability of materials [21]. A large number of cases were compared in this investigation, using the research version of the oneClick LCA Software.…”

LQG Control for Dynamic Positioning of Floating Caissons Based on the Kalman Filter

“…Nowadays, precast concrete (floating) caissons are used in the construction of maritime infrastructures all over the world. These types of constructions have been highly developed in the last few years [ 1 ]. Various operations are carried out to complete the construction of a maritime infrastructure, among which the most important are the following: sea transportation from the construction yard to the target site, positioning at the target site and sinking to its final position.…”

De Julio César a los materiales compuestos. El Ciclo de Vida como elemento de decisión en la búsqueda de materiales y métodos constructivos más sostenibles en construcción de cajones

“…Se ha utilizado el análisis del Ciclo de Vida con objeto de poder comparar soluciones con diferentes materiales y no sólo ver cuál puede ser la más adecuada, sino también ver posibles optimizaciones complementarias y definir la línea de trabajo y, con ello, la investigación en estructuras que minimicen el impacto. La sustitución de los diques de escollera en talud por los diques verticales con cajones de hormigón armado ya supusieron una importante mejora medioambiental, con este paso adicional se avanza en la sostenibilidad, la mejora ambiental y la durabilidad de los materiales [134].…”

“…En concreto, se ha realizado el análisis de la influencia del cemento utilizado, teniendo en cuenta por un lado las recomendaciones de la EHE [85] y por otro lado, el gráfico comparativo de las diferentes clases de cemento, según las EPD disponibles en España [143] (en otros países hay más variedad de EPDs, pero para ser coherentes con la ubicación de las obras, hemos preferido utilizar un máximo de datos locales disponibles). No olvidemos que el cemento representa un 7% del total de las emisiones del sector energía e industria , por lo que es muy importante actuar sobre este material, y todo lo que se pueda disminuir será de gran impacto [134].…”

“…El armado con barras de poliéster reforzado con fibra de vidrio mejora el impacto ambiental e introduce nuevas vías de progreso, tanto para el método constructivo, como para la utilización de materiales diferentes a los habituales que aumenten las prestaciones de la estructura en toda su vida útil (disminuyendo el mantenimiento, por ejemplo). Esto hace, que, tras la gran evolución constructiva que fue la utilización de cajones en obras portuarias en gran profundidad en substitución de los diques de escollera tradicionales [134], se pueda dar un paso más, perfeccionado las estructuras al sustituir el acero por PRFV: la utilización de barras de refuerzo en fibra de vidrio permite mejorar el impacto ambiental de las estructuras de hormigón, con respecto a las estructuras armadas con barras de acero.…”