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La Clave | El complejo mundo de los puertos 2
Sustitución de un muelle de contenedores en el puerto de Róterdam
Eric J. Broos
M.Sc. Civil Engineering, Autoridad del Puerto de Róterdam, Ingeniería Portuaria.
Rafael Ramos Fueris
Ingeniero de caminos, canales y puertos. Proyectos especiales de puertos, Grupo TYPSA.
Martijn van Kaam
M.Sc., Arcadis Nederlands BV.
Maasvlakte, la terminal de contenedores más antigua de Róterdam, es la cara norte de la península Delta. El muelle, de 2700 m de longitud, proyectado para buques de 6600 TEU, data de 1984 y 1991. La Autoridad Portuaria de Róterdam ha estudiado cómo modernizar la instalación existente para operar con buques de 40 000 TEU, a la vez que se mantienen las terminales actuales en operación durante las obras. El artículo presenta el proceso de diseño preliminar y la selección de la alternativa más adecuada, comparando una solución de cajones con una en muro combi.
Palabras clave: Terminal, contenedor, modernización, cajones, muro combi, profundización.
The oldest container terminal on the Róterdam Maasvlakte is the North Side of the Delta Peninsula. The 2,700 m long quay wall, designed for 6,600 TEU vessels, dates from 1984 and 1991. The Port Authority of Róterdam has studied how the existing facility can be upgraded for operation of 40,000 TEU vessels, while keeping existing terminal in operation. The article presents the preliminary design process and the selection of the most suitable alternative, comparing a caisson solution with the finally adopted combi wall.
Keywords: Terminal, container, upgrade, caisson, combi wall, deepening.
Maasvlakte, la terminal de contenedores más antigua de Róterdam, es la cara norte de la península Delta. Este muelle, de 2700 m de longitud, data de 1984 y 1991 y se proyectó para los buques, «increíblemente grandes», de 6600 TEU. Los actuales ULCS (Ultra Large Container Ship), de 24 000 TEU, no pueden operar en la instalación, por lo que la terminal está comercialmente obsoleta. En consecuencia, la Autoridad del Puerto de Róterdam ha estudiado cómo modernizar la instalación existente para albergar una terminal capaz de recibir barcos de 40 000 TEU. Estos buques, que todavía no existen, se han etiquetado como «Futuro 2», y se estima que tendrán una eslora de 450 m, una manga de 75 m y un calado de diseño de 18,7 m.
La modernización ha de abordarse por fases y sin que la terminal deje de operar durante las obras. Se ha realizado un análisis comparado, en el que se han evaluado todas las alternativas técnicas posibles. La Autoridad Portuaria de Róterdam desarrolló el diseño preliminar de las dos alternativas más adecuadas: una solución basada en cajones, y un muro pantalla de tipo combi. Se seleccionó el proyecto con cajones, y a continuación se expondrá brevemente el diseño de detalle. La utilización de cajones por delante de muelles existentes presenta algunos retos interesantes. Sin embargo, al final, la solución de cajones fue descartada por un cambio de planes.
La península Delta
La imagen superior de la derecha muestra una fotografía aérea de las dos Maasvlakte de Róterdam. En el centro de la imagen se muestra la península Delta y se señala en negro la dársena Europahaven, con los muelles de contenedores de aguas profundas en operación más al norte, los más antiguos del puerto de Róterdam.
El muelle del Norte consta de los tramos Delta 1 y Delta 2. La sección del tramo Delta 1, muy ingenieril, resultó ser de una ejecución muy compleja. La sección del tramo Delta 2 responde a un diseño más racionalizado, que dio lugar a la sección tipo normalizada de los muelles del puerto de Róterdam.
Puerto de Róterdam Maasvlakte
Las dos secciones tipo de muelle en Delta con sus parámetros básicos
La profundidad náutica garantizada (Nautical Guaranteed Depth, NGD) de Delta 1 es de 15 m bajo el cero de la carta náutica (Chart Datum, CD), y la de Delta 2 de 15,65 m. A efectos de ingeniería, en los Países Bajos se usa el nivel NAP (en neerlandés, Normaal Amsterdams Peil), o nivel cero oficial de Ámsterdam. El cero local de la carta náutica es el nivel NAP -1,0 m, que es el cero de referencia para las terminales Delta.
El tramo Delta 1 se profundizó casi de inmediato tras su construcción. La cota original de diseño del fondo era la NAP -13,65 m. La sección sufrió daños durante la hinca de los pilotes, lo que generó dudas sobre la capacidad de los pilotes a flexión tras la profundización. En la imagen de la página siguiente se muestra una fotografía de los pilotes del muro combi deformados que se retiraron, y las secciones original y reforzada. Más detalles en Gijt (2013).
En 2021-22 algunos de los bolardos de 1000 kN desaparecieron del tramo Delta 2 por sobrecarga. Para minimizar este riesgo en el futuro, la Autoridad Portuaria de Róterdam intercaló bolardos adicionales entre los existentes, propiciando así una mejor disposición de las amarras.
Las cargas de grúa admisibles en el muelle norte permiten operar con barcos de hasta 21 filas de contenedores de anchura. La operación de buques de mayor manga exige girar los barcos. No es viable profundizar el tramo Delta 1 y, durante los temporales más severos, el nivel del agua alcanza la coronación del muelle. En consecuencia, el muelle se declara, desde el punto de vista económico, como «siniestro total» para los buques ULCS. Técnicamente, el muelle sigue estando en buenas condiciones, pero no puede operar los modernos buques ULCS.
Los tramos de muelle del lado sur son un caso distinto. La parte oeste es utilizada por buques ULCS de 24 000 TEU, y aquí el factor limitante es el calado. Las terminales modernas de Maasvlakte 2 tienen una profundidad náutica garantizada de NAP -19,65 m, lo cual permite el atraque de todos los buques actuales y de los que se esperan en el futuro. El puerto de Róterdam es, con frecuencia, el primer o último puerto de escala. Esto supone que o bien el buque entrante o el saliente se carga hasta el máximo calado, el cual, en los últimos 10 años, ha ido creciendo gradualmente de los 15,5 m a los 17 m. En cualquier caso, no es normal tener valores por encima de los 16,5 m. Sin embargo, los buques tienen que operar con la marea en Delta 2 a partir de los 14,5 m de calado.
La nueva terminal
La Autoridad Portuaria de Róterdam pretende implantar en la cara norte de la península una terminal de contenedores totalmente automatizada denominada Omega, con Hutchinson Ports Holding (HPH) y Terminal Investment Limited (TIL).
Pilotes de la pantalla Combi de Delta 1
El buque de diseño de esta nueva terminal tiene una eslora de 450 m, una manga de 75 m y un calado de 18,70 m. El nivel correspondiente de NGD es -21,0 m NAP; 5,0 m por debajo del tramo Delta 1. La cota de coronación que se propone es de +5,5 m NAP. La carga de la pata exterior de grúa asciende a 22 MN. Sin embargo, estos parámetros de diseño no pueden cumplirse con la infraestructura existente. En consecuencia, la Autoridad Portuaria de Róterdam pretende construir un nuevo muelle por delante del paramento del actual. Las simulaciones de navegación indican que un desplazamiento de la línea de cantil hacia el lado mar de hasta 40 m resultaría viable.
La solución clásica de muro combi o una solución de cajones eran las más adecuadas
La Autoridad Portuaria de Róterdam estudió detalladamente cuál sería la mejor solución. Se encargó este estudio a los cuatro consultores de referencia. El estrato de arena que proporciona capacidad portante tiene su techo a la cota -22 a -23 NAP en la zona de Maasvlakte. Como la dársena tiene una profundidad de 18,0 m NAP, es sencillo alcanzar este nivel de arenas densas. Este factor llevó a los cuatro consultores a concluir que las soluciones más adecuadas para el nuevo muelle eran la solución clásica de muro combi, o una solución de cajones. La Autoridad Portuaria de Róterdam comparó los escenarios y escogió la solución de cajones, ya que era la que tenía un plazo de ejecución más breve en la dársena de Europahaven, donde el tramo Delta 2 y, más adelante, la terminal Omega estarían operativos de manera continuada, esto es, 24/7. El muro combi requeriría un plazo muy largo, ya que, una vez ejecutado el muro autoportante, el relleno habría de ejecutarse de forma muy cuidadosa, compactándose por fases de forma coordinada con la compleja ejecución de los anclajes. El paramento de acero estaría sometido a acciones de fatiga por oleaje hasta que el muro estuviese sujeto por los anclajes. En las imágenes de la derecha se muestran los dos escenarios.
Cuanta menos paralización supusiese el proceso constructivo, mejor. Pero, inesperadamente, tras un estudio de ingeniería exhaustivo, resultó que, por desgracia, en la solución de cajones, la cimentación directa de la viga carril trasera sobre arena compactada no resultaba viable. La cimentación directa de la viga carril trasera de grúa sobre arena compactada es una solución ya probada con éxito en Róterdam. Por esta razón, la viga carril trasera no se representa en las secciones de la imagen de la derecha.
El muelle actual no puede demolerse, ya que es necesario durante la construcción, y si se apoyara la grúa en él, podría colapsar bajo la gran carga de grúa. Otra alternativa de cimentación de la pata trasera de la grúa mediante pilotes tendría que atravesar el muro combi del muelle existente como se puede ver la imagen superior. Un asunto de difícil solución.
Este efecto indeseado requirió un nuevo análisis del concepto. A pesar del resultado de las simulaciones de navegación, que permitían adelantar la línea de cantil, aún había reparos por parte de los prácticos y los capitanes. En consecuencia, se tomó la decisión de reducir el adelantamiento del muelle a unos 10 m, y regresar al concepto tradicional del muro combi, ya que esta limitación no deja espacio suficiente para una solución de cajones (ver la imagen de abajo). El otro problema que se observa en la imagen de la derecha es la pantalla temporal de tablestacas que se requería, por razones de estabilidad, entre el cajón y el muelle actual, cuya construcción hubiese supuesto un reto importante.
Se pretende emplazar el equipo completo de hinca de pilotes y tablestacas en el muelle existente, alimentando la maquinaria con la red eléctrica que en la actualidad suministra energía a las grúas STS (Ship to Shore). El muro combi se anclará temporalmente a la superestructura de hormigón existente para evitar las cargas de fatiga, para facilitar y acelerar el relleno de trasdós y para asegurar la rectitud de la alineación. La viga de coronación se construirá empleando una viga prefabricada envolvente como encofrado perdido, cimentada en el nuevo muro combi y en el muelle existente. Los anclajes se perforarán a través del muelle existente para asegurar la estabilidad horizontal. Después, se construirá la viga carril lado mar con el resto del tablero, y tras un relleno, ejecutado parcialmente con material dragado, la viga carril lado tierra.
Sección transversal de la solución de cajones, tablestacado provisional, e interferencia entre la viga carril trasera pilotada y el muro combi
Sección tipo de la solución de muro combi con adelanto de 10 m
La distancia de la viga carril al borde del cantil será de entre 4,5 m y 6,5 m. La terminal y la naviera demandan más espacio del que se tiene en los muelles existentes (en Róterdam 2,5 m) entre la pata de la grúa y el puente del barco para reducir el riesgo de colisión. Admiten que sus grúas necesitarán mayor alcance y tendrán un coste más elevado. La profundidad de las defensas estará entre 1,5 m y 2,0 m, y se diseñarán de acuerdo con las nuevas directrices de PIANC de 2024. Los bolardos tendrán una carga de trabajo segura (Safe Working Load, SWL) de 3000 kN y se colocarán por pares, con una distancia entre ejes de pares de 15 m, de acuerdo con el nuevo grupo de trabajo de PIANC WG 186 (2024). Entre los bolardos y la viga carril se instalará una canaleta en el hormigón de 500 mm de anchura y 750 mm de profundidad para permitir la instalación de un sistema móvil de gestión de alimentación eléctrica desde el muelle por cable, en una posición en que ni las colisiones con los barcos ni las amarras puedan dañar el sistema. Se representa en verde en la imagen siguiente.
Sección transversal
Costes
Las obras en la cara norte, sustituyendo el muelle completo, permitirán operar a buques de 30 contenedores de anchura. La longitud del muelle es de 2600 m. El coste total se estima en 500 millones de euros. Otro proyecto del puerto estudió la profundización de un muelle en una situación comparable. En ese caso, se podía ganar 1,85 m (6 pies) de profundidad náutica garantizada (NGD) por apenas 50 millones de euros. Más económico y, evidentemente, más sostenible.
Conclusión
En este artículo se describe una solución — única para Róterdam— para la modernización de un muelle de contenedores obsoleto. Ello se debe a que el muelle ya fue objeto de profundización y el diseño se llevó al límite por las deformaciones sufridas durante la construcción. La Autoridad Portuaria de Róterdam solo pudo concluir que el estado del muelle era correcto desde el punto de vista técnico, pero que comercialmente constituía una «siniestro total», ya que no podía operar para los buques más grandes. Como en el futuro se prevén buques muy grandes (de 18 m de calado), la sustitución es la única opción.
Se recomienda realizar un análisis de sensibilidad de las nuevas estructuras determinando cuál puede ser el eslabón más débil para un cambio venidero no previsto y si una mejora de ese elemento, con un coste moderado, puede proporcionar mayor flexibilidad en el futuro de cara a cambios en el alcance. A veces, medio metro de tablestaca intermedia o de longitud de anclaje, o bien un mayor espesor puede resultar en una diferencia significativa en los resultados del cálculo, a un coste insignificante. En consecuencia, puede ser una buena inversión para el futuro en materia de flexibilidad.
La modernización de instalaciones existentes es, de lejos, más económica y sostenible que su sustitución por instalaciones nuevas.
La modernización de instalaciones existentes es, de lejos, más económica y sostenible que su sustitución por otras nuevas
Referencias
1
Gijt, J. d. (2013). Quay Walls – Second edition, C211 E. Gouda: CROW-CUR ISBN 978-1-138-00023-0.
2
PIANC (2024). MarCom WG 211 Guide-lines for the Design, Manufacturing and Testing of Fender Systems 2024, Brussels.
3
PIANC (2024). MarCom WG 186 Mooring of large ships at quay walls, 2024, Brussels.