INSTALACIONES PORTUARIAS. Construcción de Obras Marítimas UPC / E.T.S.E.C.C.P.B. 1. FUNCION Y TIPOS GENERALES DE INSTALACIONES DE ATRAQUE

Transcripción

1 1. FUNCION Y TIPOS GENERALES DE INSTALACIONES DE ATRAQUE 2. CONDICIONES DE DISEÑO Condiciones relativas a la explotación portuaria Condiciones ambientales Condiciones morfológicas y constitutivas del terreno 3. FORMAS ESTRUCTURALES DE OBRAS DE ATRAQUE 4. CRITERIOS PARA LA ELECCION DEL TIPO ESTRUCTURAL 5. MÉTODOS DE DISEÑO

2 1. FUNCION Y TIPOS GENERALES DE INSTALACIONES DE ATRAQUE Transferencia de mercancías entre los medios de transporte marítimos y terrestres de una forma lo más económica y rápida posibles. La transferencia de mercancías se realiza por medio de la obra de atraque, que permite el amarre y carga o descarga del barco, con las debidas condiciones de seguridad. Tipos generales de instalaciones: Plataformas, pantalán, muelle (terminal)

3 Las plataformas de carga o descarga, Se utilizan cuando la transferencia de mercancías se realiza en una zona concreta del atraque, normalmente en su zona central. Las diferentes plataformas están conectadas entre sí por medio de pasarelas y, a su vez, la plataforma central se conecta a tierra por medio de un puente o pasarela. Complementadas con duques de alba de amarre y atraque

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7 El pantalán Obra de atraque perpendicular o paralela a la costa, en este caso separada de tierra, con posibilidad de realizar la transferencia de mercancías en toda la eslora del barco. El atraque del barco puede realizarse en una o en las dos caras del pantalán. Su unión con tierra se realiza prolongando su misma estructura, cuando es perpendicular a la costa, o por medio de puentes o pasarelas, cuando es paralelo. La anchura del pantalán normalmente se reduce a la estricta para la realización de la transferencia de mercancías.

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10 El muelle Obra de atraque que tiene zona de transferencia de mercancías en toda su longitud y además una explanada adyacente a dicha zona donde se realiza el almacenamiento provisional de la mercancía hasta que ésta es definitivamente cargada a los medios de transporte terrestres.

11 La terminal es una denominación que corresponde a criterios de explotación y es una obra de atraque dedicada a la carga/descarga de una mercancía específica (tal como petróleo contenedores, etc.) y/o limitada a uno o varios usuarios.

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14 2. CONDICIONES DE DISEÑO El diseño de las obras de atraque viene determinado por: Condiciones relativas a la explotación portuaria (mercancía / buque) Condiciones ambientales (oleaje, viento,.) Condiciones morfológicas y constitutivas del terreno (capacidad portante, ) La explotación determina la longitud del atraque, calado, cota de coronación, sistema de amarre, sistema de defensas y zonas de transferencia y manipulación de mercancías. Las condiciones ambientales como el viento, oleaje, ondas largas y corrientes influyen en la operatividad del atraque y en las cargas que debe soportar. Las condiciones morfológicas y constitutivas del terreno son, en numerosas ocasiones, el factor más importante a la hora de definir la tipología estructural de la obra de atraque.

15 2.1. Condiciones relativas a la explotación portuaria Los principales factores a considerar: La mercancía. Su naturaleza y manipulación El buque Medios de transporte terrestre Condiciones de diseño en función de la mercancía/usos. Atraques según la mercancía: Comerciales Carga a granel : sólidos, líquidos Carga general: convencional, unitaria grandes piezas, Carga unitizada : contenedores, pallets Pesqueros Deportivos Reparaciones Armamento Militares

16 manipular cualquier tipo de mercancía: contenedores, vehículos, semirremolques, mercancía convencional, piezas especiales, etc.

17 Clasificación de las mercancías, ordenadas de menor a mayor exigencia incluyendo el sistema de transferencia correspondiente. La gama de exigencias en el atraque va pues, desde la exigencia nula para el tráfico Lash, a la máxima en la mercancía general o de contenedores.

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19 Las necesidades de carga para buques Roll-on Roll-off son similares a los de graneles líquidos, puesto que tienen uno o a lo sumo dos puntos de carga/descarga bien definidos, uno en cada extremo, si bien necesitan disponer de explanada para el almacenamiento temporal de la mercancía. Un caso intermedio entre estos dos son los terminales para graneles sólidos. Aquí la carga o descarga del barco se realiza a través de un número reducido de escotillas dispuestos a lo largo de su eslora. Por tanto, si se utilizan plataformas, se requerirán de mayores dimensiones que para la manipulación de graneles líquidos, puesto que los equipos de carga deben cubrir una buena parte de la longitud del barco. La zona de almacenamiento debe estar relativamente cerca de la línea de atraque, aunque el incremento de coste por una mayor distancia, hasta aproximadamente 1 Km, no es importante. Por consiguiente para la transferencia de este tipo de mercancías puede utilizarse un muelle o bien un pantalán.

20 En el lado opuesto en un terminal para graneles líquidos, la tipología más adecuada es la plataforma de carga o el pantalán ambos complementados con duques de alba de amarre y atraque. En efecto en estos terminales la carga o descarga del barco se efectúa por tubería, a través de un solo punto situado aproximadamente en su mitad. Por consiguiente las dimensiones de la plataforma deben ser las estrictamente necesarias para instalar los equipos de carga y manejo de mercancías. Por otra parte los tanques de almacenamiento pueden estar alejados de la línea de atraque, ya que al ser el transporte por tubería su coste es muy reducido. En un atraque para mercancía general se requiere, por una parte, que el barco pueda descargarse en toda su eslora y por otra, que exista una explanada adyacente al atraque donde la mercancía pueda almacenarse de forma provisional y sea transferida a los medios de transporte terrestre. Si la explanada se aleja de la línea de atraque, la solución resulta antieconómica dado el elevado coste del traslado de la mercancía desde el atraque a la zona de almacenamiento. Por tanto vemos que el muelle es la tipología que mejor se adapta a las necesidades para la carga o descarga de mercancía general. En una terminal de containers, análogamente a las terminales de carga general los barcos deben ser descargados en toda su eslora y los requerimientos de superficie adyacente al atraque son los mayores debido a la elevada velocidad de descarga de los contenedores lo que requiere una gran disponibilidad de superficie.

21 Condiciones de diseño en función del buque Además de la mercancía, analizada en el punto anterior, es el buque el que ejerce una influencia más decisoria en el diseño de los muelles. Las características más importantes a tener en cuenta en el diseño y disposición de los muelles son: La eslora del buque. Influye en la longitud y diseño en planta de los muelles. La manga del buque. Influye en el alcance de las grúas necesarias a disponer para el manejo de las mercancías. El calado. Influye en la profundidad del muelle. Las dimensiones, forma del casco del buque y su superestructura influyen en el sistema de defensas y su colocación. Los movimientos del buque inducidos por oleaje, bien generado por viento en el propio puerto o generado en alta mar o por ondas largas, influyen en el sistema de amarre y defensas. Asimismo son muy importantes los esfuerzos inducidos en el barco debido a los vientos transversales, sobre todo para barcos con una gran obra muerta.

22 LONGITUDES DE MUELLES Las longitudes de los muelles se utilizarán los criterios recogidos en la fig tomando como longitud del barco la Eslora total (L) del Buque de Proyecto que afecte a la determinación de la dimensión analizada Eslora L > <1

23 Eslora L > <1

24 ANCHURA DE DARSENAS

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30 SISTEMAS DE DEFENSA a) Absorber la energía de impacto debida al atraque del buque. b) Evitar que el casco del buque entre en contacto con la superestructura del atraque. c) Evitar o reducir los movimientos del buque mientras permanece amarrado. Otro aspecto a tener en cuenta en el diseño del sistema de defensas es su capacidad de reducir los movimientos del buque atracado. En efecto el buque, con su sistema de amarras y defensas, constituye un sistema con un periodo propio de oscilación. Cuando este periodo está próximo al de las olas o grupos de olas que alcanzan al muelle el sistema puede entrar en resonancia haciendo imposible las operaciones de carga o descarga. Con el sistema de amarras y defensas es posible cambiar el periodo de oscilación del barco y mejorar sus condiciones de operatividad.

31 Sistema de amarre Aunque el estudio del sistema de amarre desde el punto de vista del control de movimientos del barco, es un problema complejo y que normalmente no puede abordarse más que a partir de modelos físicos, existen unas reglas generales para el diseño que conviene respetar: a) El sistema de amarre será simétrico b) Los "Spring" deben ajustarse al sentido longitudinal del barco tanto como sea posible c) Los traveses deben disponerse lo más perpendiculares posibles al barco. Normalmente se disponen 4 puntos de amarre, 2 en la zona de proa y otros dos en la zona de popa. d) Los amarres largos de proa y popa en general no son necesarios para asegurar un buen amarre del barco. En caso de utilizarse deben formar con la línea proa-popa un ángulo inferior a 45. e) El ángulo de los amarres con la vertical debe ser tan pequeño como sea posible y nunca exceder los 3. f) Los amarres deben ser del mismo diámetro y a ser posible de la misma longitud para amarres en la misma dirección. g) Las terminaciones deben ser iguales para igual tipo de amarres.

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33 Condiciones de diseño en función de los medios de transporte terrestre Los medios de transporte en tierra pueden ser: - Conductos por tubería para líquidos o gases - Cintas transportadoras para sólidos - Vehículos automóviles sobre neumáticos - Ferrocarril Los dos primeros coinciden con los sistemas de transporte que más simplifican la obra de atraque, ya que las áreas de almacenamiento pueden disponerse alejadas del mismo y las sobrecargas no son elevadas. Por el contrario los dos últimos medios condicionan la zona de transferencia en el atraque, por las elevadas sobrecargas de uso que producen, y además en el caso concreto de utilizarse vehículos automóviles, se requieren unas áreas de almacenamiento provisional de la mercancía, donde se descarga y almacena, hasta que se vuelve a cargar en los medios de transporte que llevarán la mercancía a su destino definitivo.

34 2.2. Condiciones ambientales Meteorología Viento. El módulo y su dirección influyen en: Operatividad de los elementos de carga y descarga. Maniobra del buque en atraque y desatraque. Orientación de los atraques. Fuerzas de tiro sobre los bolardos del muelle. Empujes del buque atracado sobre las defensas del muelle. En general se procurará que los buques queden orientados en su sentido proa-popa coincidente con la acción predominante del viento (vientos reinantes) con una separación no mayor de 3. Tiene en cambio menos importancia su orientación con respecto a los vientos dominantes (los de mayor intensidad) porque no influyen tanto en el índice de utilización del atraque.

35 Lluvia. Influencia en el diseño del sistema de drenaje del muelle. Tipo de carga a manejar y almacenamiento. Filtraciones. Calimas y nieblas. Su principal efecto es provocar una disminución de la visibilidad con lo que se dificultan las operaciones en el muelle Clima marítimo Oleaje. Acción directa sobre la estructura y en el índice de utilización del atraque (especialmente en zonas poco abrigadas). En dársenas perfectamente abrigadas, la acción del viento puede generar un oleaje local que, aunque no suele tener una altura importante, si se dan las condiciones de reflexión necesarias, puede producir problemas en la utilización de los atraques. Para evitar estos problemas puede recurrirse a la construcción de taludes antirreflejantes. El oleaje además, influye de forma indirecta por medio de los movimientos inducidos al buque atracado, lo que se traduce en incrementos de tiros sobre las amarras y de empuje sobre el sistema de defensas.

36 Mareas. Las fluctuaciones de largo periodo en el nivel general de las aguas son provocadas por las mareas astronómicas, debidas a su vez a variaciones cíclicas de la atracción gravitatoria del sol y la luna sobre las masas de agua. Las fluctuaciones de corto periodo superpuestas a las anteriores son debidas a fenómenos locales como viento, presión atmosférica, efecto de las olas, evaporación, etc. La predicción de la máxima carrera de marea es vital para casi todas las obras marítimas siendo por tanto fundamental disponer de tablas de marea fiables. La pleamar influye en la cota de coronación del atraque, la bajamar en su calado y ambas en el proceso constructivo a prever para las obras de atraque. También el tipo y disposición de las defensas dependen de las amplitudes de las mareas. Otro efecto a tener en cuenta con las mareas, es la variación de empujes y pesos que se producen en las estructuras al cambiar su condición de secas a sumergidas o viceversa o bien debidos a posibles diferencias hidrostáticas entre el trasdós y el intradós de la obra de atraque.

37 Corrientes. Las corrientes determinan, junto con los vientos, la orientación más adecuada del atraque, que no debe separarse más allá de los 15 y en caso de incompatibilidad de orientación por condiciones de viento, en general, debe primar la orientación según la corriente, porque suele ser más perjudicial. La corriente influye en el buque tanto en movimiento como atracado. Además pueden producir la aportación de sedimentos o ser fuente de erosiones. Ondas largas. Estudiar cuidadosamente la profundidad y anchura de las dársenas para evitar que se produzca el fenómeno de resonancia de ondas largas, tan perjudicial para las embarcaciones fondeadas. Este fenómeno puede ocurrir en dársenas en fondo de saco, perfectamente abrigadas para las ondas de corto periodo de los temporales, puesto que los diques de abrigo hacen de filtro adecuado para dicho tipo de ondas, pero que son transparentes para las ondas de largo periodo de las resacas. En caso de producirse la resonancia, los atraques pueden permanecer sin operar o incluso los barcos deberán abandonar el atraque, debido a los fuertes movimientos inducidos.

38 Table 2. Modes of free oscillations in closed basins of simple geometric shape and constant width (after Wilson [1972]). Basin type Periods of free oscillation Description Dimensions Profile equation Fundamental T 1 Mode ratios T / T, values for n n Rectangular h L hx () x hx ( )= h 1/2 2 L/( gh ) Triangular (isosceles) Parabolic Quartic Triangular (right-angled) h h h h 1 L L L hx () 2 hx () 2 hx () 2 L hx () x x x x h( x ) = h (1 2 x/ L) h( x ) = h (1 4x / L ) h( x )= h x/ L h( x ) = h (1 4x / L ) / [2 L/( gh ) ] 1/ [2 L/( gh ) ] 1/ [2 L/( gh ) ] 1/ [2 L/( gh ) ] Trapezoidal h L hx () x h 1 h( x )= h + mx m = ( h h )/ L Coupled, rectangular h 1 L1 L hx () 2 h 2 x h( x ) = h 1( x < ) h( x ) = h ( x > ) 2 h / h = 1/4 1 2 L / L = 1/2 4 L /( gh ) 1 L / L = 1/ L /( gh ) 1 L / L = 1/ L /( gh ) 1 L / L = 1/ L /( gh ) 1 1/ / / /

39 2.3. Condicionantes morfológicos y constitutivos del terreno Topografía y batimetría Los dragados o rellenos a realizar, operaciones siempre muy costosas y que por tanto hay que tratar de reducir al mínimo necesario, dependen de la batimetría. El estudio se realiza sobre planos con escalas comprendidas entre 1:2 a 1:2. La decisión final sobre la ubicación del muelle puede obedecer únicamente a criterios económicos técnicos o ambos. Hay que tener en cuenta la disponibilidad de medios para la realización de los trabajos, la existencia de préstamos para rellenos, la necesidad de dragados de mantenimiento en el futuro, etc.

40 Condiciones geotécnicas y sísmicas Los parámetros geotécnicos son, en la mayoría de casos, los determinantes de la tipología estructural de la obra de atraque. Por ello antes de iniciar el proyecto de la obra se ha de abordar una campaña de sondeos que nos proporcionen unos conocimientos suficientes de las características resistentes del subsuelo marino. Sin embargo, como los sondeos en el mar suelen ser caros, la tendencia es reducirlos al mínimo imprescindible, para lo que se complementan con otro tipo de campaña de investigación tales como campañas geofísicas, toma de muestras mediante "vibrocore, que permite obtener muestras alteradas hasta unos 1 m de profundidad, lanzas de agua, etc. En general con los estudios geotécnicos se pretende obtener información sobre: Capacidad portante del subsuelo en función de la profundidad. Parámetros para el estudio de la estabilidad general de la estructura. Parámetros para la estimación de asientos. Métodos y costos para la realización de dragados. Facilidad para la hinca de pilotes.

41 De una forma cualitativa los terrenos de cimentación se pueden clasificar: a) Terrenos compactos e incompresibles son los constituidos por rocas sanas con o sin recubrimiento vegetal o sedimentario de espesor muy pequeño. En estos terrenos están especialmente indicados los muelles del tipo gravedad. La cimentación se hace directamente sobre la roca una vez que se haya limpiado y regularizado su superficie. En el caso que la cota de la superficie de la roca sobrepase a la del calado del muelle puede abordarse su construcción en base a una coronación de hormigón con un recubrimiento de talud vertical. b) Terrenos sueltos de baja compresibilidad: están constituidos por capas de arenas o gravas de gran potencia. En este tipo de terrenos están indicados los muelles de gravedad o tipo pantalla. c) Terrenos blandos compuestos por capas de fangos y arcillas. En general, en este tipo de terreno son descartables los muelles de gravedad estando más indicados los de pilotes o pantallas de tablestacas. Si las estructuras proyectadas se encuentran en zonas sísmicas, deberán tenerse en cuenta en el proyecto las aceleraciones horizontales y verticales que pueden producirse. Si el terreno natural es de tipo arenoso debe tenerse en cuenta la potencialidad de licuefacción.