Interacción fluido‑estructura en la demolición por voladuras subacuáticas de estructuras de coferdam: un estudio de caso del coferdam en RCC de la Fase III de las Tres Gargantas

Volando un dique temporal, con seguridad

Cuando se construye una presa colosal como las Tres Gargantas en el río Yangtsé de China, unos diques temporales denominados coferdams mantienen secas las zonas de obra. Eventualmente esos coferdams deben retirarse, a menudo con explosivos, sin dañar la presa principal ni perturbar la generación eléctrica. Este estudio explica cómo los ingenieros usaron simulaciones informáticas avanzadas para entender, en detalle, cómo un enorme coferdam de hormigón se fragmenta y vuelca bajo el agua durante una voladura, y de qué modo el agua circundante modula ese movimiento.

Por qué el agua complica tanto la demolición

Volar roca y hormigón en aire libre ya es una tarea compleja. Bajo el agua, se vuelve mucho más complicada. El agua altera el comportamiento de las explosiones: presiona el explosivo, transmite potentes ondas de choque y canaliza gases a alta presión hacia las grietas. Como resultado, la forma en que el hormigón se hace añicos y cómo los bloques rotos se mueven por el lecho fluvial no pueden predecirse con fiabilidad usando reglas de voladuras en tierra. No obstante, las voladuras subacuáticas son ya frecuentes en puertos, canales de navegación, proyectos hidroeléctricos y grandes muelles, donde los coferdams deben demolerse cerca de estructuras valiosas. Los ingenieros necesitan mejores métodos para anticipar cómo volarán, deslizarán y se asentarán los fragmentos, para proteger presas, centrales y personas cercanas.

Un muro temporal gigante en aguas profundas

El objeto de este trabajo es el coferdam de hormigón compactado con rodillo (RCC) de la Fase III del proyecto de las Tres Gargantas, un muro largo de gravedad que corre paralelo a la presa principal a unos 114 metros río arriba. A diferencia de muchas obras temporales, este coferdam se construyó pensando en su futura demolición. Durante la construcción se dejaron tres cámaras internas de carga y orificios especiales de «fractura» en la estructura para que las explosiones posteriores pudieran cortar la porción superior y hacerla volcar en una dirección controlada. El desafío fue enorme: había que retirar más de 180.000 metros cúbicos de hormigón en un tramo único de 480 metros de longitud, a profundidades de hasta unos 40 metros—casi el doble de las usadas en voladuras de coferdams anteriores en el mundo—manteniéndose dentro de estrictos límites de seguridad cerca de la presa y de la casa de máquinas.

Simulando cada bloque y cada remolino

Para estudiar esta operación de riesgo, los autores construyeron un modelo informático detallado que trata el coferdam como miles de «partículas» individuales de hormigón unidas entre sí, rodeadas por agua que fluye y ejerce presión sobre ellas. Combinan dos herramientas potentes: una que sigue el movimiento del fluido (dinámica de fluidos computacional) y otra que sigue el movimiento y la rotura de múltiples piezas sólidas (modelado por elementos discretos). Al acoplar estos códigos, el equipo pudo rastrear cómo el agua a alta presión impulsada por la explosión primero talla una muesca en el muro, luego cómo la sección superior se fisura, rota, desliza y finalmente cae al lecho, mientras el agua se agita, recircula y frena o redirige los escombros.

Cómo se desintegra el coferdam

Las simulaciones muestran la demolición desarrollándose en tres etapas principales. Primero, las voladuras cronometradas en las cámaras internas y en los orificios de fractura cortan una brecha profunda y oblicua, desplazando el punto de apoyo de la sección superior. Bajo su propio peso y por el empuje de niveles de agua desiguales dentro y fuera del coferdam, este bloque superior empieza a rotar como una puerta que cae lentamente. Segundo, a medida que se inclina, el bloque se desliza por la nueva pendiente formada en el hormigón restante, con el agua empujando su frente y fluyendo por debajo. Los trozos rotos que se deslizan sobre el lecho aceleran el agua circundante y crean corrientes de retorno que frenan fragmentos en los bordes mientras las piezas del centro avanzan más rápido. Finalmente, la sección superior pierde contacto con la pendiente y cae libremente bajo el agua hasta el lecho, donde remolinos y vórtices arremolinan alrededor de los escombros que se depositan. El modelo también reproduce cómo la porción inferior restante conserva aproximadamente la forma y la elevación previstas.

Poniendo a prueba el modelo

Los modelos informáticos solo son útiles si coinciden con la realidad. Durante la voladura real en las Tres Gargantas, los sensores de la presa principal registraron vibraciones cuando el coferdam volcado impactó el lecho. La primera señal de impacto fuerte apareció alrededor de 16,1 segundos después de la detonación—la misma sincronización predicha por la simulación. Las prospecciones del terreno subacuático mostraron que el hueco dejado por el coferdam demolido y la altura de la porción restante coincidían estrechamente con el diseño y con los resultados computados. Este acuerdo da a los ingenieros confianza en que el modelo acoplado puede capturar tanto la falla del hormigón como la respuesta del agua.

Qué significa esto para futuras presas

Para el público general, la conclusión clave es que el estudio convierte una voladura subacuática muy energética y difícil de observar en un proceso predecible y visualizable. Al tratar el coferdam como muchos bloques unidos y el río como un fluido en movimiento, los investigadores muestran cómo el agua no solo transmite la energía explosiva, sino que también amortigua, redirige y a veces ralentiza los escombros en caída. Su enfoque puede ayudar a los diseñadores a planificar estrategias de demolición más seguras para grandes coferdams y otras estructuras subacuáticas, reduciendo el riesgo para presas principales, centrales eléctricas y trabajadores, además de optimizar el uso de explosivos y las condiciones del emplazamiento.

Cita: Wu, L., Liang, Z., Cai, Y. et al. Fluid–structure interaction in underwater blasting demolition of cofferdam structures: a case study of three gorges phase III RCC cofferdam. Sci Rep 16, 5175 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35562-x

Palabras clave: voladuras subacuáticas, demolición de coferdam, Presa de las Tres Gargantas, interacción fluido‑estructura, simulación numérica