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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto
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CURSO DE PROYECTO DE OBRAS PORTUARIAS
CAPÍTULO 5. CONFIGURACIÓN MARÍTIMA DE LOS PUERTOS.
DISEÑO EN PLANTA Y ALZADO.
Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto
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ÍNDICE
5. DISEÑO DE LA CONFIGURACIÓN MARÍTIMA DE LOS PUERTOS ............................... 3
5.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 3
5.2. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PUERTOS ................. 3
5.2. DISEÑO EN PLANTA ................................................................................... 6
5.2.1. Introducción ..............................................¡Error! Marcador no definido.
5.2.2. Vías de navegación .............................................................................. 8
5.2.3. Bocanas de puertos ............................................................................ 13
5.2.4. Áreas de maniobra ............................................................................. 13
5.2.5. Dimensionamiento de las zonas de maniobras de reviro ............................ 15
5.2.6. Fondeaderos ..................................................................................... 20
5.2.7. Amarres ........................................................................................... 22
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5. DISEÑO DE LA CONFIGURACIÓN MARÍTIMA DE LOS PUERTOS
5.1. INTRODUCCIÓN
El diseño de la zona marítima de los puertos depende principalmente de tres factores:
- la morfología costera en la zona elegida para la ubicación del puerto.
- las características de los buques que vayan a ser usuarios del puerto.
- las características de oleaje y viento locales
La consideración de los anteriores factores es condicionante para la obtención de una
solución estructural y funcionalmente adecuada que se concrete en la definición
geométrica en planta y la determinación de las profundidades de agua de las diferentes
áreas de navegación y flotación de un puerto.
En España, la “ROM 3.1-99 Proyecto de la Configuración Marítima de los Puertos; Canales
de Acceso y Áreas de Flotación” cuya finalidad principal es el proyecto y construcción de
la configuración marítima de los puertos, sus accesos y áreas de flotación, constituye
referencia obligada en el diseño en planta y alzado de los puertos.
La configuración y dimensiones que se adopten deberán permitir durante todo el tiempo
y condiciones de operatividad que se establezcan para la instalación, la navegación,
maniobras, permanencia y carga o descarga de los buques, en condiciones de seguridad,
para todos los barcos que utilicen dichas Áreas de Navegación y Flotación.
5.2. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PUERTOS
Desde el punto de vista del diseño de la configuración marítima de los puertos, los
criterios que se consideran para una clasificación general de los puertos son:
- Función del puerto: refugio, militar, comercial, pesca, recreo, pasaje, varios.
- Situación del emplazamiento y condiciones naturales: naturales (rías, fiordos,
bahías, radas, estuarios de ríos…), artificiales, fluviales, instalaciones en mar libre
(cargaderos libres)…
- Condiciones físicas y medioambientales: oleaje, marea, corrientes,
aterramientos…
- Condiciones terrestres: posibilidad de ampliación, buenos enlaces…
5.2.1. Disposición de las obras de abrigo
Las disposición de las obras de abrigo en relación con la línea de costa afecta de forma
importante a la definición de la planta de los puertos. Se puede establecer una
clasificación de las diferentes tipologías de puertos a partir de la disposición en planta de
las obras de abrigo:
- Diques paralelos a la costa
- Diques convergentes
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- Diques convergentes con antemural
- Diques paralelos entre sí
Los diques paralelos a la costa suelen proyectarse en los puertos exteriores ganados al
mar, especialmente cuando no hay posibilidades de obtener superficies marítimas y
terrestres portuarias hacia el interior, y cuando se dispone de suficiente calado en
batimetrías cercanas a la costa y paralelas a ella. La figura 1 muestra la planta del Puerto
de Barcelona, protegido con un dique paralelo a costa.
Fig.1. Dique paralelo a la costa. Puerto de Barcelona
La disposición de diques convergentes se plantea en puertos donde las profundidades
necesarias están muy alejadas de la costa, en aquellas zonas en las que sea previsible
esperar aterramientos, o en bahías o radas donde se desea disponer de una amplia
dársena abrigada. Pueden adoptar formas muy diversas, en función de la situación y
longitud de los diques entre sí: paralelos, trapezoidales, circulares o elípticos y paralelos
a la costa en prolongación con una o dos entradas. En la figura 2 se muestra la planta del
Puerto de Valencia.
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Fig.2. Diques convergentes. Puerto de Valencia
Para proteger la entrada de puertos excavados en tierra o en desembocaduras de ríos,
suelen encontrarse disposiciones de diques paralelos entre sí. Suelen presentar
interrupción al transporte litoral con aterramientos aguas arriba y erosiones aguas abajo.
Además, presentan el inconveniente de permitir la entrada de oleaje.
Fig.3. Diques paralelos entre sí. Deba (Guipúzcoa).
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La evolución de algunos puertos de tipología de diques paralelos entre sí los ha
transformado en puertos interiores con nuevos grandes diques convergentes (Bilbao).
Fig.4. Puerto de Bilbao.
5.3. DISEÑO EN PLANTA
El proceso para determinar la planta de una instalación portuaria se rige por los
siguientes criterios generales:
A) Dimensionamiento de las áreas por condicionantes de navegación y
maniobrabilidad de los buques usuarios de la instalación.
- Calcular los espacios ocupados por los buques, que dependen por una parte
del propio buque y de los factores que afectan a su maniobrabilidad y por otra
de los sistemas de balizamiento y ayudas a la navegación.
- Incrementar estos espacios en los Márgenes de Seguridad.
- Comparar estos requerimientos de espacio con los disponibles o exigibles en el
emplazamiento
B) Dimensionamiento por condiciones límites de operación:
- Definir las condiciones ambientales admisibles para el uso y explotación de las
diferentes áreas y en especial de zonas de atraque (dársenas y muelles)
- Realizar un análisis de las condiciones climáticas (oleaje, viento, corrientes) en
las zonas.
- Optimización del diseño en planta para proporcionar unas condiciones de
operatividad admisibles según los usos de las diferentes áreas. Las condiciones
de operatividad admisibles se establecerán en función de los requerimientos
de seguridad y economía de la instalación.
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- En el apartado XXX de este tema se describe el procedimiento para llevar a
cabo el estudio de operatividad en las zonas de atraque.
La determinación de la configuración y dimensiones en planta necesarias en las
diferentes Áreas de Navegación y Flotación se realizará en cada caso tomando en
consideración los factores siguientes:
- El tamaño, dimensiones y características de maniobrabilidad de los buques y los
factores relacionados con los barcos, incluida la disponibilidad de remolcadores,
de los que depende la superficie necesaria para la realización de la navegación,
maniobras o permanencia de los buques en el Área que se considere.
- Las ayudas a la navegación disponibles y los factores que afectan a su exactitud y
fiabilidad, que determinarán las líneas o puntos de referencia para emplazar el
buque.
- Los márgenes de seguridad que se establezcan para prevenir un contacto del
buque con los contornos de las Áreas de Navegación o Flotación, o con otras
embarcaciones u objetos fijos o flotantes que puedan existir en el entorno.
5.3.1. Dimensionamiento en planta de las áreas de acceso y flotación de los puertos
En el diseño de una instalación portuaria podrán considerarse las siguientes áreas de
acceso y flotación:
- Vías de navegación
- Bocanas
- Áreas de maniobras: distancia de parada y zona de reviro
- Fondeadeos y Antepuertos
- Amarraderos y campos de boyas
- Dársenas y muelles
- Áreas de emergencia
- Instalaciones especiales
En la ROM 3.1-99 se establecen los criterios para el dimensionamiento de cada una de
estas áreas. La determinación de la configuración y dimensiones en planta necesarias en
las diferentes áreas de la instalación se realizará en cada caso tomando en consideración
los factores siguientes:
- El tamaño, dimensiones y características de maniobrabilidad de los buques que se
prevé que puedan utilizar la instalación, así como el volumen y naturaleza del
tráfico.
- Disponibilidad de remolcadores, de los que depende la superficie necesaria para la
realización de la navegación, maniobras o permanencia de los buques en el Área
que se considere.
- Las ayudas a la navegación disponibles y los factores que afectan a su exactitud y
fiabilidad, que determinarán las líneas o puntos de referencia para emplazar el
buque (B2).
- Los márgenes de seguridad que se establezcan para prevenir el contacto del
buque con los contornos de las Áreas de Navegación o Flotación, o con otras
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embarcaciones u objetos fijos o flotantes que puedan existir en el entorno. La
valoración de estos márgenes de seguridad se incluye dentro del bloque de
factores B1.
- Condiciones climáticas marítimas y meteorológicas de la zona
La consideración de los factores anteriores cuantificará la superficie y dimensiones
mínimas requeridas en planta, o dimensiones nominales, que deberán ser exigidas a las
profundidades nominales de agua si se analiza la utilización de espacios de agua o en los
gálibos aéreos si se trata de la ocupación de estos espacios (profundidad nominal y
gálibo). Estas superficies horizontales, para poder quedar garantizadas como espacios
disponibles en el emplazamiento tal como se especifica en el apartado 2.5 de la ROM 3.1-
99 ‘Proyecto de la configuración marítima de los puertos; canales de acceso y áreas de
flotación”, exigirán tomar además en consideración un conjunto de factores relacionados
con los contornos (B3).
En la actualidad no se dispone de un modelo de análisis integral que tome en
consideración todos los factores, por lo que el dimensionamiento en planta de las Áreas
de Navegación y Fondeo se viene realizando habitualmente por algunos de los
procedimientos siguientes:
- Métodos totalmente empíricos que fijan las dimensiones en función de criterios de
buena práctica de ingeniería.
- Métodos semiempíricos, que combinan el análisis matemático de algunos de los
factores, con la consideración empírica de los restantes.
- Simulación mediante modelos con ordenador con pilotos humanos o mediante el
uso de pilotos automáticos, en combinación con el análisis estadístico de los
resultados obtenidos.
5.3.1.1. Vías de navegación
Además de los factores de carácter general anteriormente mencionados, otros factores a
tener en cuenta para el dimensionamiento de las vías de navegación son los siguientes:
- Número de vías de circulación requeridas
- Geometría de la alineación y morfología de la costa
- Profundidad de la vía y estabilidad de los taludes
a) DIMENSIONAMIENTO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL
Para una determinación más precisa de los requerimientos en planta pueden consultarse
los criterios establecidos en la ROM 3.1-99 “Proyecto de la configuración marítima de los
puertos; canales de acceso y áreas de flotación”.
En lo que respecta al presente curso se expone una metodología menos compleja, válida
para llevar a cabo el predimensionamiento de estas áreas.
Se partirá de una traza de la vía de navegación, determinándose a continuación la
anchura requerida en todas sus secciones críticas, para establecer posteriormente las
transiciones de anchura entre los diferentes tramos.
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Para tanteos previos al predimensionamiento, pueden distinguirse tres partes en la
sección del canal o vía de navegación:
- Vía de maniobra
- Resguardo por encuentro
- Resguardo a márgenes y cajeros
- Tramos curvos: sobreancho en curvas
La vía de maniobra es una banda que, análogamente a un carril de carretera,
proporciona seguridad a la navegación de embarcaciones. Debe considerarse, además, la
posibilidad de viento de costado a la embarcación, que produciría que la embarcación
navegase con un cierto ángulo de guiñada1 para compensar este efecto. Al efecto, puede
adoptarse un ancho de 1.8 B, siendo B la manga del buque.
El resguardo por encuentro, hace las funciones de la mediana en una autopista, evitando
el encuentro de embarcaciones. Si dos embarcaciones navegando en sentidos opuestos
se acercan en exceso, se produce un descenso del nivel del agua entre ellos que puede
conducir al abordaje. Puede adoptarse un valor de B para la franja de resguardo por
encuentro.
El resguardo a márgenes se prevé en la sección transversal de la vía de navegación para
evitar una situación similar a la anterior, en la que un flotador navega a una velocidad
dada en las proximidades de un contorno o margen. El valor a adoptar para el resguardo
a márgenes es de 1.5 B.
Las figuras 5 y 6 ilustran respectivamente los valores recomendados anteriormente para
la sección transversal de una vía de navegación de un sentido de circulación y de doble
sentido de circulación, respectivamente.
Fig. 5. Vía de navegación con un sentido de circulación (Hay, 1968)
1 Movimiento de un buque consistente en un giro alrededor del eje vertical principal que pasa por su centro de gravedad.
Desviación de la proa del buque hacia un lado u otro del rumbo a que se navega. Variación de la proa de un buque cuando
está fondeado.
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Fig. 6. Vía de navegación con doble sentido de circulación (Hay, 1968)
Para los tramos en curva existen algunas recomendaciones establecidas por PIANC
(1995,1997). En situaciones de calma (sin oleaje) y ausencia de viento la
maniobrabilidad en la trayectoria curva es bastante aceptable si se consideran radiso de
curvatura adecuados. Entre las recomendaciones para radios de curvatura pueden citarse
las siguientes:
o PIANC (Approach Channels. Aguide for design, 1997)
R = 2L a 3L en aguas profundas
R > 5L en d/D ≤ 1,10 (d = profundidad; D = calado del buque)
o ROM 3.1-99
R = 5L a 10L
El control de las embarcaciones en tramos curvos es especialmente dificultoso ya que al
recorrer una trayectoria curva el buque desarrolla un cierto giro que genera una huella
de barrido superior a la anchura de la propia manga.
La anchura de esta trayectoria o huella marcada por el buque en el tramo curvo depende
de la relación d/D (profundidad en la vía/calado del buque). El exceso de anchura con
respecto a la manga hace que sea necesario disponer un sobreancho en el tramo curvo,
sobre todo en el caso de vías con dos sentidos de navegación.
En la publicación “Approach Channels, Preiminary Design”, (PIANC, 1995), para el
sobreancho en curvas se establece como recomendación:
siendo L la eslora del buque y R el radio de curvatura en el tramo curvo.
En el apartado 8.4.3.2. de la ROM 3.1.-99 se propone también una metodología para la
determinación del sobreancho en curvas. En la página 261 de dicho documento se habla
del sobreancho en curvas para condiciones climáticas constantes a lo largo de la traza.
El sobreancho es la suma de dos componentes, la de deriva y la de respuesta del buque:
S = bde + brc
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Componente “de deriva”: bde
La expresión a utilizar es
Donde R es el radio de curvatura, L es la eslora, y K es la distancia desde el punto
giratorio a la popa del buque (o a la proa si fuera mayor) expresada como fracción de la
eslora total E
Entre las distintas expresiones que aparecen, al ser un buque de gran desplazamiento
(según la tabla de buques se ve que es el mayor de los portacontenedores) podemos
adoptar la expresión correspondiente a buques de mayores desplazamientos. En este
caso K depende de la relación entre la profundidad en la zona y el calado del buque:
h/D = 21/13.8 = 1.52
Al ser h/ > 1.50, el coeficiente K = 2/3, y por tanto:
Para el radio de la trayectoria curva se recomiendan 5, o mejor, 10 esloras si es posible.
Por tanto tomamos R = 10 L = 10 x 280 = 2.800 m. y se tiene
Componente debida a la velocidad de respuesta del buque: brc
El segundo término bre se obtiene en función de la maniobrabilidad del buque y del riesgo
máximo admisible durante la vida útil:
Maniobrabilidad del buque brc
Buena 0.20 x (1.50 – Emáx) x B
Media 0.40 x (1.50 – Emáx) x B
Mala 0.80 x (1.50 – Emáx) x B
Otros métodos se basan en las fórmulas de diseño de sobreanchos de canales conocidos.
Por ejemplo, la fórmula del canal de Gante:
En la figura 7 se muestran algunos trazados de tramos curvos para vías de navegación:
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Fig. 7. Trazados de un canal en curva.
- Cut-off: requiere menos dragado, pero presenta el inconveniente de que
provoca corrientes secundarias en las aristas que dificultan la navegación.
- Márgenes paralelas (sin sobreancho): si los radios son extremadamente
grandes
- Márgenes no paralelas
b) RECOMENDACIONES GENERALES DE TRAZADO EN PLANTA (ROM 3.1-99)
Para el trazado en planta de las vías de navegación, la ROM 3.1-99 establece las
siguientes recomendaciones:
- trazados rectilíneos (evitar los trazados en S).
- trazado en la dirección de las corrientes, vientos y/o oleajes (evitando las
corrientes transversales y los oleajes de través).
- evitar las áreas de acreción o depósito de sedimentos.
- el paso de secciones estrechas (puentes, bocanas…) se efectuará en tramos
rectos, manteniendo la alineación recta en una distancia mínima de 5 esloras
(L) del buque máximo, a uno y otro lado de la sección estrecha.
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- el radio de las curvas será como mínimo de 5 esloras (L) del buque de
mayores dimensiones que se prevé utilizará la vía navegable, utilizándose
preferiblemente radios de 10 esloras o más si es factible.
- la longitud de los tramos curvos no debe ser mayor que la mitad del radio de
la curva18
- los tramos rectos entre curvas deben tener, si es factible, una longitud de al
menos 10 veces la eslora (L) del buque mayor que se prevea utilizará la vía
navegable.
- la distancia de visibilidad medida en el eje de la vía de navegación debe ser
superior a la distancia de parada del buque de diseño, suponiendo que navega
a la velocidad máxima de navegación admisible en la vía.
- las transiciones entre tramos de diferente anchura se efectuarán ajustando las
líneas límites o de limitación mediante alineaciones rectas con variaciones en
planta no mayores de 1:10 (preferentemente 1:20) en cada una de ellas.
5.3.2. Bocanas de puertos
La navegación en el tramo afectado por la bocana se desarrollará a través de una vía de
navegación con trazado preferiblemente recto. Con independencia de la anchura de la
bocana del puerto que resulte del análisis de la vía de navegación en el tramo
correspondiente, se recomienda que, en el caso de que la bocana esté configurada por
los extremos avanzados de dos estructuras artificiales, la anchura nominal de la bocana
del puerto medida a la profundidad requerida por el buque de proyecto en las condiciones
operativas más desfavorables que se admitan, sea igual o superior a la eslora total del
citado buque.
Además de las dimensiones del buque de proyecto, existen otros factores que
condicionan el diseño de la bocana de entrada, entre los que cabe destacar:
- El grado de abrigo que se requiere en las dársenas e instalaciones interiores
del puerto: es necesario asegurar que la agitación en el interior del puerto es
suficientemente bajo para asegurar los niveles de operatividad en las
operaciones de los buques.
- La dinámica litoral de la zona: posibilidad de aparición de problemas de
aterramiento en el interior del puerto y la posible afección a playas
adyacentes.
- La intensidad de tráfico previsto
- Condicionantes en la limitación de las posibles ampliaciones del puerto
5.3.3. Áreas de maniobra
Se definen las áreas de maniobra como aquellas con la siguiente finalidad:
- parar el buque
- revirar el buque
- dar arrancada al buque
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La extinción natural o forzada de la arrancada del buque es la maniobra que se efectúa
para parar el buque. En el caso de que este proceso se realice parando las máquinas se
trataría de la extinción natural, y en el supuesto más frecuente de que se cambiase el
sentido de empuje de las hélices para actuar en marcha atrás, se trataría de la extinción
forzada.
La determinación del espacio de parada del buque se efectuará suponiendo que los
barcos se desplazan a las máximas velocidades de navegación admisibles en las vías de
navegación o rutas de acceso. Sobre las distancias así calculadas por métodos
determinísticos se aplicará un coeficiente de seguridad de 2.
A continuación se reproduce el procedimiento para la determinación de la distancia de
parada en navegación rectilínea, cuando la maniobra se efectúa sin ayuda de
remolcadores trabajando en retenida, tal y como se expone en el apartado 6.3.2 de la
ROM 3.1-99.
Deben tomarse en consideración dos parámetros fundamentales: La Resistencia del
buque el avance «Ra» y el Empuje del Propulsor en marcha atrás «Tv». A altas
velocidades predomina la Resistencia del buque al avance, mientras que para las
velocidades normales en áreas portuarias y vías navegables es más importante el
empuje del propulsor en marcha atrás.
Para las Áreas de Navegación y Flotación en los que la velocidad del barco al inicio de la
maniobra de parada no excede de 6 m/sg (≈ 12 nudos), la distancia de parada puede
calcularse por el Método de Chase simplificado, con la expresión siguiente:
donde:
Dp = Distancia de parada
Δ = Desplazamiento del buque, expresado en peso
g = Aceleración de la gravedad
Cm = Coeficiente de masa hidrodinámica que es el cociente entre la masa total del
sistema en movimiento (buque + agua que se moviliza con él) y la masa del buque. Para
este tipo de movimiento puede adoptarse un valor de Cm = 1.08
V0 = Velocidad absoluta del buque en el momento de iniciarse la maniobra de parada
Rao = Resistencia del buque al avance en el momento de iniciarse la maniobra de parada
Tp = Empuje del propulsor en marcha atrás durante la maniobra de parada. En el
supuesto de que no se conozca este empuje podrá efectuarse una estimación del mismo
suponiendo que el empuje del propulsor en régimen de máquinas «todo atrás)> tiene un
valor igual a los 2/3 del empuje propulsor con máquinas avante a velocidades de
servicio, que podrá evaluarse con los criterios recogidos en el Anexo ‘G18. Empuje del
propulsor con máquinas avante a velocidades de servicio’. Este empuje del propulsor en
régimen de máquinas «todo atrás» sólo se utilizará para el cálculo de distancias de
parada en maniobras de emergencia; para el cálculo de la distancia de parada en
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maniobras normales se supondrá que el régimen de máquinas atrás es «media» en cuyo
caso el empuje del propulsor en marcha atrás podrá evaluarse en 1/3 del empuje del
propulsor con máquinas avante a velocidades de servicio.
tri = tiempo de reacción necesario para invertir el empuje del propulsor desde el
momento en que se inicia la maniobra de parada hasta que se alcanza el valor en marcha
atrás, para el que se adoptará, en ausencia de datos más concretos, un valor de 20 s.
La formulación anterior está determinada en el supuesto de que se cumplan las dos
condiciones siguientes:
Tp ≥ Rao
condiciones que normalmente se cumplen en las Áreas objeto de estudio.
Las recomendaciones para los puertos marcan valores máximos de 4 ó 5 esloras, si bien
se entiende se trata de paradas partiendo de velocidades iniciales francamente bajas,
pues en estas zonas ningún flotador navega nunca a una velocidad superior a la mitad de
su velocidad comercial.
5.3.4. Dimensionamiento de las zonas de maniobras de reviro
Las dimensiones de las áreas de maniobra de reviro de buques, calculados por métodos
determinísticos, se establecerán de acuerdo con los criterios siguientes, según se
efectúen con auxilio o no de remolcadores.
a) MANIOBRAS SIN AYUDA DE REMOLCADORES
El área de maniobra de reviro, o espacio que necesita el buque para virar en redondo
invirtiendo su sentido de marcha, en el supuesto de que se efectúe sin auxilio de
remolcadores, es un círculo de radio «Rsr», cuyo valor se determinará con los criterios
siguientes, según que se efectúe con fondeo o sin fondeo de ancla.
Sin fondeo de ancla (ver fig. 8)
Rsr = R tg 30° + K L + 0,35 L
siendo:
Rsr = Radio del círculo de maniobra, para operación sin remolcadores.
L= Eslora total del buque.
R= Radio mínimo de la trayectoria del buque en marcha avante o marcha atrás,
para el que, a reserva de estudios de mayor detalle, se tomarán los valores
siguientes en función de la profundidad de agua en el emplazamiento:
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Profundidad de agua Radio mínimo
≥ 5.0 D 3,0 Lpp
1,5 D 3,5 Lpp
≤ 1.2 D 5,0 Lpp
siendo D el calado del buque y Lpp la eslora entre perpendiculares.
Estas dimensiones corresponden a condiciones de operación que no superen los
valores siguientes:
o Velocidad absoluta del viento V10.l min ≤ 10,00 m/s (20 nudos)
o Velocidad absoluta de la corriente Vc .1 min ≤ 0,50 m/s (1 nudo)
o Altura de ola Hs ≤ 3,00 m
En el supuesto de que se precise operar en condiciones meteorológicas más
elevadas, será preciso tomar en consideración las modificaciones que se producen
en estos radios de giro del buque siguiendo los criterios expuestos en el apartado
8.6.3.1.b de la ROM 3.1-99 ‘Proyecto de la configuración marítima de los puertos;
canales de acceso y áreas de flotación”
K= Distancia del punto giratorio a la popa del buque (o a la proa si fuera mayor),
expresado en fracción de la eslora total del buque (L).
Para los buques de mayores desplazamientos con formas de carena llenas
(petroleros, graneleros, etc.) que suelen ser críticos para el dimensionamiento de
las Áreas de Maniobras, K toma el valor 0,5 si la relación entre la profundidad de
agua en reposo (h) y el calado del buque (D) es h/D ≤ 1,20; mientras que si esta
relación h/D ³ 1,50 el valor de K= 2/3. Para embarcaciones rápidas (buques con
forma de carena finas) y embarcaciones deportivas el valor de K= 1.0.
coeficiente 0,35 = coeficiente que cuantifica el resguardo o Margen de Seguridad
(rhsd) en función de la eslora del buque (L) y que está determinado suponiendo
que la velocidad longitudinal del buque en el centro del círculo de maniobras no
supera los 0,20.
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Fig. 8. Área de reviro sin ayuda de remolcadores ni fondeo de anclas
Con fondeo de ancla (ver fig. 9)
Si el buque lleva a cabo la maniobra utilizando el ancla, ha de fondear la del costado en
cuyo sentido se efectúe el giro y dar máquina avante describiendo un círculo cuyo centro
es el ancla y cuyo radio se aproxima, según confirma la experiencia, a la eslora (L) del
buque, adoptándose habitualmente un radio del área de maniobra de 1,5 L, que toma en
consideración este efecto y un resguardo adicional en popa del buque o Margen de
Seguridad (rhsd) cifrado en 0,20 L.
Sobre el valor así determinado habría que considerar las imprecisiones que se podrían
producir en el punto de fondeo del buque derivadas de la inexactitud del método
empleado para situar la posición del buque y las producidas por la demora entre el
momento en que se da la orden de fondeo y el instante en que el ancla termina por hacer
cabeza en el fondo, influyendo también la bondad cartográfica y el grado de
adiestramiento del equipo de Puente de la unidad considerada. Todos estos factores
pueden evaluarse entre el 25% y el 50% de la eslora «L» del buque considerado,
supuesto que accede al centro del círculo de maniobra con una velocidad longitudinal no
mayor de 0,20 m/s y que las condiciones límites de operación no superan los valores
siguientes:
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Fig. 9. Área de reviro sin ayuda de remolcadores y con fondeo de anclas
Velocidad absoluta del viento V10.1 min ≤ 10.00 m/s (15 nudos)
Velocidad absoluta de la corriente V0.1 min ≤ 0,50 m/s (1 nudo)
Altura de ola Hs ≤ 2,00 m
b) MANIOBRAS CON AYUDA DE REMOLCADORES (figura 10)
En el supuesto de que las maniobras de reviro del buque se efectúen con ayuda de
remolcadores, las dimensiones resultantes del área de maniobras se esquematizan en la
figura 8, en donde se define una superficie a partir de un rectángulo central de anchura
«2BG» y longitud «2LG» que es donde puede quedar situado el centro de gravedad del
buque cuando accede al área de maniobras con una velocidad longitudinal no mayor de
0,20 m/s en el centro del rectángulo. Las dimensiones que f iguran en el esquema son las
siguientes:
BG ≥ 0,10 L
LG ≥ 0,35 L
Rcr ≥ 0,80 L
siendo «L» la eslora total del buque
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Fig. 10. Área de reviro con ayuda de remolcadores
Estas dimensiones mínimas del Área de Maniobras, conllevan un Margen de Seguridad
(rhsd) en todo el perímetro de valor 0.10 L, y están determinadas en el supuesto de que
las condiciones límite de operación no superen los valores siguientes:
Velocidad absoluta del viento V10.1 min ≤ 10.00 m/s (20 nudos)
Velocidad absoluta de la corriente Vc .1 min ≤ 0,10 m/s (0.2 nudos)
Altura de ola Hs ≤ 1,50/2,00 m según tipo de remolcadores disponibles
La potencia necesaria de los remolcadores para que se puedan adoptar los valores
mínimos del área de maniobras se calcularán según los criterios expuestos en el apartado
5.7 determinación de las necesidades de remolcadores de la ROM 3.1-99 ‘Proyecto de la
configuración marítima de los puertos; canales de acceso y áreas de flotación”, aplicados
a los valores límites de las condiciones climáticas indicados (si son compatibles con la
configuración y características del emplazamiento) suponiendo que las acciones
resultantes actúan simultáneamente. En el caso de que no se disponga de remolcadores
en la cuantía requerida podrán mantenerse las dimensiones del esquema recomendado,
adoptando unas Condiciones Límites de Operación inferiores, que sean compatibles con la
potencia de remolque disponible manteniendo los coeficientes de seguridad establecidos
en el citado apartado 5.7.
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5.3.5. Fondeaderos
Cuando una embarcación arriba a puerto y no dispone de atraque, o simplemente no
tiene necesidad del mismo, debe fondear. Para ello los grandes puertos suelen disponer
de amplios espejos de agua abrigada donde realizar esta operación.
Para el dimensionamiento de fondeaderos, además del buque de proyecto, de las
condiciones medioambientales (oleaje, viento) y la configuración del emplazamiento
(disponibilidad de espacios para maniobra) será necesario tener en cuenta el número de
buques que se prevé que puedan estar fondeados y el tiempo de espera para poder
realziar la entrada a la zona portuaria.
La operación de fondeo consiste básicamente en arrojar el ancla, si bien caben algunas
maneras diferentes de realizar la maniobra:
Fondeo único: en el que barco se vincula a un punto solo. De esta manera el barco
queda a la gira, ya que el viento, las corrientes y el oleaje lo hacer girar alrededor del
punto de fondeo. Se puede hacer de dos maneras: largando el ancla de proa, o, más
raramente (en puertos deportivos es mucho más habitual), mediante amarre por proa a
una boya de amarre. Cuando se echa el ancla, se larga suficiente cadena como para que
no se produzca en ella tanta tensión que los movimientos del barco la arrastren. Una
longitud apropiada de cadena sería tal que el tramo horizontal midiese de cinco (barcos
pequeños) a tres (grandes barcos) veces el tramo vertical.
- El círculo que describe el barco en esta situación tendrá un radio R (tomando un
resguardo del 10% al 20% de la eslora):
barcos pequeños: R = 1,1 E + 5 h
barcos grandes: R = 1,2 E + 3 h
siendo:
E = eslora de la embarcación
h = profundidad local, considerando la marea.
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21
Fig. 11 Radio de borneo de un buque fondeado a la gira
El tamaño del fondeadero tendrá pues en cuenta la disposición de estos círculos, de
manera que sean tangentes unos a otros.
Fondeo doble: en el que el barco lanza dos cadenas, una a proa y otra a popa.
Con ello se consigue una menor ocupación de superficie. En efecto, la superficie ocupada
será:
S = E M α
donde:
E = eslora del buque
M = manga
α = coeficiente que oscila entre 1,5 (pequeños barcos) y 5 (grandes barcos), con una
disposición sensiblemente rectangular.
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22
La agitación admisible en el fondeadero dependerá del tipo de embarcaciones que lo
utilicen, siendo un valor habitual admitir valores máximos de alturas de ola de 1,5 m.
5.3.6. Amarres
El momento final de la operación de la navegación termina con el atraque de la
embarcación, operación de gran importancia para el dimensionamiento de muelles.
Terminado el atraque el barco debe amarrar. Los barcos amarran mediante estachas,
traveses y coderas (springs), que constituyen las amarras del barco. La estachas se
largan por proa y popa, formando ángulos aproximados de 30°, y producen una sobre
ocupación total de muelle de 0.25 E (siendo E la eslora de la embarcación), por lo que
finalmente el barco amarrado ocupa una longitud de muelle de 1.25 E. Ahora bien, como
las estachas de dos barcos contiguos se pueden cruzar, la ocupación media será 13 E /12
– 1.08 E. Los traveses y coderas se largan desde el costado del barco, siendo más cortas
que las estachas. Los traveses se largan de manera similar a las estachas (el de la parte
más próxima a proa hacia proa, y el de popa hacia popa). Las coderas se largan al revés.
5.3.7. Dársenas y zonas de atraque
Los principales factores a tener en cuenta en el dimensionamiento de las dársenas y las
zonas de atraque son siguientes:
- Buque de proyecto (dimensiones máximas) que se prevé que pueda utilizar la
dársena.
- Tipología de las zonas de atraque y dimensiones principales de las mismas
(longitud de líneas de atraque)
- Condiciones de oleaje en el interior del puerto (agitación), principalmente en
las diferentes dársenas y zonas de atraque, así como la probabilidad de
presentación de fenómenos de ondas largas, así como otros agentes
meteorológicos como los regímenes de vientos y corrientes.
- Niveles de agitación admisibles en función de los distintos usos y operaciones
previstas en cada una de las zonas de atraque objeto de diseño.
- Límites de movimientos de buques, los cuales están relacionados con el tipo
de buque y sus dimensiones, así como con los sistemas de carga y descarga
que se prevé disponer en los diferentes atraques.
- Tipología de los paramentos de los contornos que delimitan las superficies de
tierra (paramento de muelles) los cuales pueden favorecer en mayor o menor
medida la absorción de la energía del oleaje en las dársenas (obras de atarque
de paramento antirreflejante o de baja reflexión)
- Posibles aterramientos de las zonas interiores por efecto de la sedimentación
de sólidos en suspensión (transporte sólido longitudinal en el tramo de costa).
- Características geotécnicas de los terrenos en la zona de emplazamiento.
- Posibilidad de ampliación de la instalación portuaria.
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23
Accesibilidad
Dimensiones de las dársenas
Longitud
Anchura
5.4. DISEÑO EN ALZADO
5.4.1. Introducción
En este capítulo se expondrán las líneas generales y aspectos a tener en cuenta para el
diseño en alzado de las diferentes zonas y obras que constituyen una instalación
portuaria.
El diseño en alzado es importante sobre todo porque está relacionado con las
dimensiones de los buques para los que se prevé la utilización de este tipo de
instalaciones. Así como las dimensiones en planta de una dársena o de una zona de
reviro deben ajustarse a las dimensiones en planta de los buques (eslora y manga), las
dimensiones en alzado deben definirse en función del calado de los mismos. Ello es
esencial para que la profundidad en todas las zonas que utilizará el buque, como son el
canal de acceso al puerto, la bocana, las zonas interiores de navegación y reviro, las
dársenas y los atraques, cuenten con la profundidad o calado adecuado que evite el
contacto del buque con el fondo. Esta situación puede provocar accidentes graves y en
todo caso la inutilización del puerto durante el tiempo en que el buque puede permanecer
inmóvil constituyendo un obstáculo para la navegación..
El calado no sólo está relacionado con las dimensiones del buque, sino que dependerá de
otros factores como el estado de carga del buque (en lastre o a plena carga), de las
condiciones de navegación, inclemencias meteorológicas, etc.
Además de la profundidad en las diferentes zonas de navegación, el diseño en alzado
contempla la definición de las cotas de las obras portuarias, principalmente las cotas de
muelles de atraque, y diques de abrigo.
Finalmente, en el interior de las áreas de navegación pueden existir ciertas estructuras o
instalaciones que vuelen sobre las mismas, como son los puentes, tendidos eléctricos,
etc., para cuyo dimensionamiento se requieren también utilizar criterios similares a los
del calado (dimensiones de los buques, niveles de las aguas, etc.).
La metodología y los criterios de diseño para la determinación del calado necesario y las
dimensiones en alzado se establecen con bastante claridad en la ROM 3.1-99, en el
capítulo 7, Requerimientos en Alzado.
En el presente capítulo se realiza un repaso general de dicha metodología, aunque para
un conocimiento detallado y sobre todo de cara a la resolución de problemas
relacionados con este aspecto del diseño se requiere la consulta de dicho documento.
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Se recuerda que los documentos del programa ROM se pueden descargar a través de la
página web de Puertos del Estado
5.4.2. Dimensionamiento del calado
El dimensionamiento del calado es esencial en los proyectos de nuevas instalaciones
portuarias y en proyectos de dragado, así como en ciertos estudios en los que se trata de
evaluar la navegación de un buque en zonas de calados controlados.
Al igual que para el diseño en planta, para el dimensionamiento en alzado se deberán
tener en cuenta diversos factores tales como:
- Características y distribución de tráfico de buques, destacando como factor
principal el calado del buque tipo de proyecto
- Vida útil de la estructura o instalación portuaria
- Condiciones de operatividad admitidas en la instalación portuaria
- Costes de construcción y costes de mantenimiento
El procedimiento a seguir en el dimensionamiento de las profundidades de las zonas de
navegación, puede sintetizarse en los dos puntos siguientes:
1) Calcular los calados ocupados por el buque, teniendo en cuenta la variación que
experimentan dichos calados debido al movimientodel buque o a facores
medioambientales (oleaje, marea, sobreelevaciones, etc.)
2) Incrementar los calados proporcionando un Margen de Seguridad
En el caso de que la instalación ya esté construida, puede ser necesario comprobar si los
calados existentes son adecuados ciertos tipos de buque para los que se prevea el uso de
la instalación.
Por su elevado interés, se ha reproducido en la página la figura 7.01. del capítulo 7 de la
ROM 3.1-99, en la que se resumen los diferentes factores y parámetros que pueden
intervenir en la determinación del calado en las Áreas de Navegación y Flotación.
A continuación se describen de forma resumida los diferentes parámetros que deben
considerarse en el dimensionamiento del calado.
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5.4.2.1. Factores a considerar para el dimensionamiento del calado
Los siguientes factores deben tenerse en cuenta a la hora de abordar el diseño de las
profundidades en las áreas de navegación y flotación:
- Factores relacionados con el buque H1:
o Calado del buque
o Estado de carga
o Velocidad
o Factores externos: viento, oleaje
- Factores medioambientales H2
o Nivel de agua: marea meteorológica y astronómica
- Factores relacionados con el fondo H3
- Márgenes de seguridad para prevenir el contacto del buque con el fondo
Además de estos factores, entre los criterios para fijar el calado debe citarse la
operatividad de la instalación. En ocasiones es más conveniente un ahorro en dragado, a
costa de pequeñas pérdidas de operatividad. Es decir, la instalación no sería operativa
con niveles bajos de marea, pero compensaría económicamente. Esta decisión es función
del tráfico, tipo de buque y mercancía, etc.
Lo mismo puede decirse respecto a algunos factores relacionados con el buque. Si se
imponer que una vía sea navegable con un nivel de oleaje elevado, requerirá mayores
niveles de dragado y por tanto mayor coste.
A) FACTORES RELACIONADOS CON EL BUQUE
1) Calado Estático y estado de carga
Es el factor más determinante que define el calado necesario, sobre todo en las zonas
interiores y zonas de atraque.
El calado estático corresponde al calado del buque de proyecto. Hay que recordar que se
define como buque de proyecto, en el caso del calado l buque de mayor calado que se ha
considerado que puede operar en la instalación, según lo previsto en los requerimientos
funcionales de operación y explotac ión de la misma.
El calado estático debe ser facilitado por la propiedad, aunque si no se tienen datos,
puede considerarse que el mayor calado corresponde al buque de mayor desplazamiento.
Para determinar el calado del buque sería necesario considerar la situación o estado de
carga del buque en cada momento. Sin embargo, con el fin de estar del lado de la
seguridad, en general se considerará que el buque opera a plena carga, aunque la ROM
3.1–99 señala algunas excepciones:
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- Astilleros, instalaciones de reparación y mantenimiento
- Otros supuestos que se indican en la ROM
2) Cambios en la densidad del agua
La densidad del agua afecta a la flotabilidad, originándose incrementos de clado del
orden del 3% cuando se pasa del agua salada (mar) a navegación en agua dulce (ríos).
3) Sobrecalado por distribución de cargas
Incrementos de calado producidos por trimados, escoras o deformaciones originadas por
diversas condiciones de carga.
4) Trimado dinámico o Squat
Es el aumento de calado debido al movimiento del barco a una velocidad determinada.
La metodología y expresión para su determinación se recoge en la ROM 3.1-99 y es
función entre otros parámetros de la velocidad relativa del buque con respcto al agua y
de las dimensiones del propio buque.
5) Oleaje
Los movimientos verticales del buque en presencia del oleaje dependen de las
condiciones de oleaje (altura, periodo, dirección), de las características del barco y de la
profundidad de agua en el emplazamiento.
Cuando los periodos son del orden del periodo natural de oscilación del buque se
producen fenómenos de resonancia, con un aumento considerable de los movimientos
verticales del buque. Para grandes buques son las ondas largas las más desfavorables,
mientras que para pequeñas embarcaciones los periodos críticos de oleaje son menores
(2-3 para embarcaciones de hasta 6 m de eslora; 3-5 hasta 12 m; 5-7 para 20 m).
La tabla 7.1 de la ROM 3.1-99 muestra, en función de la eslora, los movimientos
verticales del buque debidos al oleaje.
Como se ha comentado anteriormente, en ocasiones no es conveniente forzar el dragado
de una vía para hacerla navegable con excesivo oleaje, ya que estas operaciones son
muy costosas y no siempre están justificadas.
6) Viento
La acción del viento puede producir la escora del buque, dando lugar a sobrecalados. El
efecto es más desfavorable cuando la dirección del viento es transversal al buque.
La cuantificación del giro que se produce en la escora se puede determinar mediante la
expresión propuesta en la ROM.
7) Corrientes
Igualmente se propone una expresión que permite determinar el giro en la escora por
acción de las corrientes.
8) Cambios de rumbo
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Los efectos producidos por el cambio de rumbo se explican en la ROM 3.1-99,
proponiéndose igualmente una fórmula para la determinación del giro.
9) Resguardo para seguridad y control de maniobrabilidad
Es el resguardo bajo la quilla que debe quedar para mantener el control de navegación.
En la tabla 7.2 de la ROM 3.1-99 se presenta una relación de resguardos de seguridad en
función del desplazamiento del buque.
10) Margen de seguridad
Es el resguardo vertical libre que debe mantenerse siempre entre el casco del buque y el
fondo.
B) FACTORES RELACIONADOS CON EL NIVEL DE LAS AGUAS
Entre los factores que afectan al nivel de las aguas cabe citar los siguientes:
- Marea Astronómica
- Marea meteorológica
- Fenómenos de resonancia producidos por ondas largas
- Regímenes fluviales
- Esclusas y dársenas esclusadas
En la tabla 7.3 de la ROM 3.1-99 se pueden encontrar los niveles de referencia para
determinar la profundidad en función de la intensidad de la carrera de marea.
Para la determinación del nivel de agua de referencia es necesario tener en cuenta
también el nivel de operatividad que se pretenda dar a la instalación.
C) FACTORES RELACIONADOS CON EL FONDO
Entre estos factores pueden citarse:
- Imprecisiones en la medida de la batimetría
- Depósito de sedimentos en el fondo: este efecto se puede producir de forma
frecuente en algunos puertos. En estos casos es habitual que el Puerto cuente con
campañas de dragado planificadas cuyo objetivo es recuperar el calado necesario
que se ha perdido por sedimentación de material.
- Tolerancia de dragado: se recomienda adoptar tolerancias de 0.3 m para suelos
blandos y de 0.5 para suelos rocosos.
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5.4.2.2. Estimación del calado mediante criterios empíricos
A la vista de lo expuesto en el apartado anterior, para la determinación del calado es
necesario disponer de una información exhaustiva de todo tipo de parámetros asociados
con los factores que afectan a la navegación: factores relacionados con el buque, con el
nivel de las aguas y con el fondo.
Dado que pueden existir circunstancias en las que no sea posible disponer de la
información necesaria, y también para los casos en los que únicamente se requiera una
estimación del calado, en la ROM 3.1-99 se incluye una metodología que se basa en
criterios empíricos y que permite fijar el calado en una determinada zona en función de
las características de la misma.
En función del calado estático C, los calados que pueden considerarse, teniendo en
cuenta también el Margen de Seguridad son los siguientes (página de la ROM 3.1-99):
5.4.3. Cota de coronación de muelles
Según la ROM 3.1-99, la cota de coronación de muelles y obras de atraque debe ser
igual o superior al mayor de los niveles siguientes:
- Criterios de explotación: la cota debe fijarse en función de las dimensiones del
buque de mayores dimensiones para el que se prevea el uso del atraque. Los
valores que propone la ROM en función del desplazamiento del buque ( ) son los
siguientes:
o > 10.000 t: cota de coronación +2.50
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30
o 10.000 > > 1.000 t: cota de coronación +2.0
o < 1.000 t: cota de coronación +1.50
o Eslora > 12 m: cota de coronación +1.0
o Eslora < 12 m: cota de coronación +0.50
- Criterios de no rebasablidad: se diseñará el nivel de los muelles en función del
nivel más alto de las aguas libres en condiciones extremales de diseño de los
agentes que afectan a dicho nivel (oelaje, mareas).
- Criterios de no rebasabilidad del nivel freático en el trasdós del muelle
- Criterios de drenaje
5.4.4. Cota de coronación de diques
La cota de coronación de los diques de abrigo se establecerá a partir de las condiciones
de oleaje incidente, siendo el criterio de la no rebasabilidad, o bien el de la tasa de
rebase admisible, el que debe adoptarse para su dimensionamiento.
El mayor o menor grado de rebase que puede permitirse dependerá del tipo de utilización
prevista en el lado abrigado.