Modernización del embarcadero y aumento del calado de la Terminal Marina Elizabeth en EEUU con tablestacas de ArcelorMittal

Descripción

Elizabeth Marine Terminal: un puerto de los años 1970ies de camino a la modernidad

Port Elizabeth está situado cerca del Aeropuerto Internacional de Newark y a tiro de piedra de la ciudad de Nueva York. La Autoridad Portuaria de Nueva York y Nueva Jersey decidieron recientemente acondicionar la estructura del muelle de la Terminal de Elizabeth Marine, de treinta años de antigüedad, para poder manipular la próxima generación de cargueros. Se acordó un plan en cinco fases para revisar las viejas estructuras del muelle de los atracaderos 82 al 98 incrementando las cargas de grúas y amarraderos, así como el calado en la pared del muelle. Otro punto vital era equipar el muelle con grúas que pudieran manipular una anchura de 18 contenedores, de manera que pudiera manejarse la última generación de buques Super Post-Panamax. En paralelo al proyecto de acondicionamiento de la terminal, el Cuerpo Armado de Ingenieros planea en este momento unas operaciones masivas de dragado para situar a una profundidad mayor, de 15.2m, el fondo marino del puerto, de forma que pueda dar cabida a los cargueros más modernos.

El programa de reacondicionamiento de la terminal, de 650 millones de dólares, fue subdividido en cinco fases para garantizar que la construcción no afecte a las operaciones con contenedores en curso en las terminales existentes. En cada fase de 9 a 12 meses se acondicionaron aproximadamente 350m de muelle. El proyecto se emprendió en enero de 2002 y finalizo en 2009.

Los pasos de modernización y los requerimientos geotécnicos, sísmicos y de estabilidad

El proyecto abarcó los siguientes puntos:

• Construcción de un muro de contención combinado de pilotes y tablestacas HZ/AZ a lo largo de la pared del muelle para permitir que aumente el calado hasta -15.2m
• Eliminación de las vigas de soporte de los raíles para grúas existentes y colocación de nuevos pilotes y vigas para soportar las mayores cargas de grúas
• Sustituir el sistema de defensas de madera existente por un nuevo sistema capaz de resistir la energía de atracado de buques de 150.000TPM
• Acondicionamiento de los sistemas eléctricos existentes para una creciente demanda energética de las grúas

La modernización del muelle de 1.830m es un ejemplo típico de  solución económicamente eficiente para el aumento del calado de una terminal. Las estructuras del muelle fueron construidas a principios de la década de 1970 para atender operaciones genéricas de carga. Con la llegada de cargueros cargados con contenedores, la terminal se equipó con grúas para contenedores. El muelle y las grúas eran capaces de manipular buques de contenedores Panamax con un calado de hasta 12.2m. La parte principal de los fondeaderos del 82 al 98 coincide con la sección transversal típica de los Puertos de Elizabeth y Newark: una plataforma baja de 15.2m de anchura formada por una losa de hormigón apoyada sobre pilotes de madera. Barras de conexión vinculadas a un sistema hombre muerto proporcionan estabilidad lateral a la estructura del muelle. Las vigas de soporte de los ríeles de las grúas están apoyadas sobre pilotes de madera y acero.

El primer paso en el diseño del acondicionamiento del muelle, la inspección del muelle existente mostró que todos los elementos de la estructura existente estaban en buenas condiciones. La ingeniería encargada del proyecto, Han Padron Associates, determinó que combinar la nueva construcción con las estructuras existentes constituía la alternativa de acondicionamiento óptima y más económica.

El tiempo de construcción fue considerablemente reducido eligiendo acondicionar la estructura existente en vez de demoler el muelle por completo y reconstruirlo. En el diseño también se previeron nuevos pilotes de apoyo para los raíles de las grúas. La ventaja del muro de contención de pilotes y tablestacas elegido es su habilidad para mantener el perfil de la línea de fondo existente por debajo del muelle al tiempo que permite el dragado de la zona frente al murete de contención hasta la profundidad deseada.

Puesto que en el momento en que se construyó el muelle no se incluían requisitos de diseño antisísmico en la normativa edificatoria, debió realizarse un análisis sísmico para garantizar que la estructura acondicionada cumple la normativa actual. Después de evaluar la estabilidad del muelle en condiciones de carga estática y sísmica, el equipo de proyecto eligió un sistema de muros combinado HZ/AZ revestido a lo largo de la pared del muelle como la solución más efectiva económicamente. Varios de los elementos de acondicionamiento del muelle son resultado directo de la carga sísmica, incluyendo el tamaño de los pilotes HZ y los pernos de anclaje.

Las evaluaciones de las mejoras estructurales dependen de las condiciones geotécnicas. El perfil geológico general del solar consiste en un relleno hidráulico sobre limo suelto y blando y arcillas sobre una densa capa de arena y gravas bajo las cuales existe una capa de roca base de arenisca y esquisto.

Los barcos de la clase Panamax son aquellos diseñados para ajustarse a las dimensiones máximas permitidas para el tránsito por el Canal de Panamá.

La principal preocupación en cuanto a la estabilidad global después de los trabajos de dragado planificados era el fallo consistente en el deslizamiento de una superficie circular. Los análisis de la estabilidad de la pendiente enrocada determinaron que los extremos de los pilotes HZ necesitaban ser hincados en las densas capas de arena y grava para poder obtener la estabilidad suficiente. Hincar los pilotes en estas capas más densas también trajo como consecuencia el diseño óptimo del muro, con una presión pasiva máxima sobre el mismo.

La pantalla combinada de tablestacas HZ-AZ y los trabajos de hinca

Para transformar la terminal existente, que data de la década de 1970, en una terminar de vanguardia para contenedores que dé cabida a buques de 6.600 TEU se montó el siguiente muro de contención combinado de pilotes y tablestacas en la pared del muelle: pilotes HZ 575 con tablestacas intermedias AZ 18.

El muro pantalla permitió el dragado del fondo del puerto hasta -15.2m, al tiempo que se mantenía la estabilidad de la pendiente bajo la plataforma aliviadora. Análisis del suelo y estáticos mostraron que era necesario anclar la parte superior de los pilotes. Los pilotes HZ se anclaron al muro de hormigón para reducir el momento flector, las deformaciones y la profundidad de empotramiento de los pilotes en comparación con una solución en voladizo.

Los trabajos de hinca se simplificaron considerablemente debido al hecho de que las cabezas de los pilotes permanecieran por encima del nivel del agua. En la pared del muelle existente se colocó una plantilla de hinca de dos niveles equipada con consolas de soporte. Una grúa en la zona de muelles izó los pilotes traídos en barcazas y los bajó a la plantilla de hinca. Esta estaba equipada con protectores de neopreno para proteger el sistema de revestimiento de las tablestacas. Inicialmente, un martillo vibrador hincó los pilotes HZ hasta donde fue posible; posteriormente, un martillo de impacto los hincó hasta la profundidad preestablecida. Puesto que el diseño establecía que los pilotes estuvieran amarrados a la pared del muelle existente, su cabeza permaneció 2m por encima del nivel del agua. Por tanto, la hinca bajo el agua no fue necesaria para el montaje de los pilotes HZ. Es más, estos se usaron como apoyo para las defensas combinadas y el sistema de paneles que proporcionan el espacio de amortiguación necesario entre el barco y el murete de contención.

Los pilotes también actuaron como marco guía para el montaje de las tablestacas intermedias. El contratista no quería sumergir el martillo vibrador y, por consiguiente, optó por una viga especial que transmitía la energía de vibración desde el equipo de montaje hasta las tablestacas AZ durante todo el proceso de hinca hasta la profundidad establecida. Las tablestacas sumergidas AZ evitan la erosión del suelo debida a las turbulencias causadas por las hélices de los barcos.  

Proyectos similares al aumento del calado de la terminal descrito anteriormente han sido llevados a cabo en numerosos puertos de todo el mundo. Muchas terminales marítimas de contenedores en funcionamiento en la actualidad fueron originalmente construidas para alojar buques de tamaño Panamax (calado de hasta 12m). Para continuar siendo competitivos, los puertos se ven ahora forzados a dar cabida a barcos post-Panamax. Las paredes de los muelles construidos en la década de 1970 tienen que ser modernizadas para poder recibir estos grandes buques. Una solución muy rápida y eficiente económicamente para acondicionar los muelles es montar muros pantalla estabilizadores de acero enfrente del muelle existente para permitir las operaciones de ahondamiento del calado.