La ampliación del puerto de Visakhapatnam: Una solución de tablestacas de acero de ArcelorMittal para reducir peso y costes

Descripción

La ampliación del puerto: Una solución optimizada gracias al equipo de diseño de tablestacas de acero de ArcelorMittal

Visakhapatnam cuenta con el único puerto del país que superó la marca de 50 millones de toneladas en 2004-2005, aunque con un bajo crecimiento del 5%. El gobierno indio estaba considerando aumentar la capacidad de manejo de carga del puerto a 70 millones de toneladas. La expansión llevaría consigo el aumento de calado del puerto exterior, permitiendo que embarcaciones más grandes accedieran al puerto. El puerto de Visakhapatnam recientemente construyó 22 muelles, incluidos dos muelles de última generación para mineral, una terminal de petroleros en alta mar, un muelle para GLP y una terminal de contenedores, así como cuatro nuevos muelles multifuncionales. Entre estas nuevas construcciones, el muelle WQ-7 en la parte ampliada al norte del puerto, interior se completó en abril de 2005 utilizando 2,350 toneladas de tablestacas de acero. El nuevo muelle puede recibir embarcaciones de hasta 45.000 toneladas de capacidad.

Para investigar las características geológicas del terreno, se analizaron varios pozos exploratorios ya que las condiciones del terreno son claves para el diseño de la pantalla de tablestacas. El resultado se puede resumir de la siguiente manera: el fondo marino consiste en material de relleno que recubre una capa de arena fina limosa hasta una profundidad de seis metros. Debajo de esto, se encontró arcilla cohesiva de densidad media superpuesta a roca meteorizada muy densa con valores de SPT superiores a 50. Los niveles de marea en la zona del puerto varían entre MHWN = +1,49 m y MLWS = +0,09 m. No se consideraron las cargas causadas por oleaje alto ya que el sitio propuesto está bien protegido del mar abierto.

El equipo de diseño de ArcelorMittal realizó un diseño preliminar basado en la información proporcionada por el cliente. De acuerdo con estos cálculos de diseño, los momentos flectores máximos ocurrirían a 5.5 m por debajo del nivel del agua: 1.570 kNm / m en circunstancias normales y 1.620 kNm / m en el caso de actividad sísmica. Las fuerzas resultantes se sitúan muy por encima del momento de resistencia máximo de diseño de las pantallas de tablestacas convencionales, razón por la cual se eligió el siguiente sistema de pantallas combinadas para la construcción del muelle WQ-7:

• 192 tablestacas tipo King HZ 975 A – 14, S 430 GP, L = 25.5 m
• 191 tablestacas intermedias AZ 18, S 320 GP, L = 20.0 m
• 275 tablestacas de anclaje AZ 18, S 320 GP, L = 10.8 m

La pantalla de tablestacas HZ 975 A - 14 / AZ 18 presenta un ancho de sistema de 1.790 mm, un módulo de sección de 8.170 cm³ / m y un peso de 225 kg / m². Las tablestacas tipo King se han diseñado en acero S 430 GP de alta resistencia (límite elástico mínimo: 430 N / mm², resistencia mínima a la tracción: 510 N / mm², elongación mínima: 19%). El acero de alta resistencia redujo al mínimo los costes de material y transporte. El módulo de sección de las tablestacas tipo King HZ se adaptó a los momentos flectores máximos agregando perfiles RH a sus alas.

El muelle: Etapas de construcción

• Hincado de la pantalla de tablestacas principal fontal (trabajos en tierra)
• Hincado del muro de anclaje (trabajos en tierra)
• Montaje de los tirantes de acero que unen las dos construcciones
• Relleno y vertido de hormigón armado de la superestructura del tablero
• Dragado hasta -12 m delante de la pantalla de tablestacas principal
• Unión del nuevo muelle con la estructura existente
• Instalación del pavimento, drenaje con alcantarillado e iluminación eléctrica.

Instalación de tablestacas

Las tablestacas de acero se instalaron en tierra utilizando un martillo vibratorio de frecuencia estándar. Los martillos vibratorios reducen la fricción entre el suelo y la tablestaca aplicando sobre ella vibraciones verticales. Las vibraciones son causadas por masas excéntricas giratorias dispuestas en pares para eliminar las vibraciones horizontales. Los componentes verticales restantes se suman y la fuerza centrífuga ablanda temporalmente el suelo en las proximidades de la tablestaca. El peso de la tablestaca y el martillo crean suficiente fuerza hacia abajo para la instalación de la pantalla de tablestacas. Al mismo tiempo, dos abrazaderas operadas hidráulicamente aseguran una fijación segura y una transmisión adecuada del movimiento oscilante a la tablestaca. Generalmente se utilizan tres parámetros técnicos (momento excéntrico, fuerza centrífuga y frecuencia) para describir los martillos vibratorios. La frecuencia corresponde al número de revoluciones de las masas giratorias por minuto. El momento excéntrico es equivalente al producto de la masa de los pesos giratorios [kg] por la distancia [m] entre el eje de rotación y el centro de gravedad de los pesos giratorios.

La fuerza centrífuga generada (unidad: kN) depende del momento excéntrico y de la frecuencia. Estos martillos son especialmente recomendables en suelos saturados de agua no cohesivos para hincar tablestacas tanto por encima como por debajo del agua. La elección del martillo vibratorio depende de la sección transversal y el peso de la tablestaca, la profundidad de penetración y las características del suelo. Se eligió un PTC 60HD (martillo vibratorio de alta resistencia) para instalar el muro de tablestacas en el muelle WQ-7. La máquina tiene una frecuencia de 1.650 rpm, un momento excéntrico de 60 kg/m y una fuerza centrífuga máxima de 1.830 kN. El contratista Afcons optó por dos grúas sobre orugas con respectivas potencias de elevación de 40 y 70 toneladas métricas para manejar el martillo vibratorio de siete toneladas, las tablestacas y la plantilla. Más allá del posible punto de rechazo del martillo vibratorio, las tablestacas se llevaron al nivel de diseño utilizando un martillo diésel.

Los registros de tres pozos exploratorios en el sitio de perforación revelaron la presencia de roca erosionada a una profundidad de 20,5 m. Dado que las tablestacas tipo King tuvieron que hincarse tres metros más allá de donde empezaba la roca, un martillo de impacto era esencial para alcanzar la profundidad de diseño. Los planos de distribución para la construcción de la plantilla de hinca fueron proporcionados por el equipo técnico de ArcelorMittal. Los trabajos de soldadura necesarios fueron ejecutados por un subcontratista indio designado por el contratista principal Afcons.

La plantilla se niveló con la ayuda de un teodolito. ArcelorMittal proporcionó asistencia técnica en el lugar de trabajo para ayudar en la instalación de la pantalla combinada. Las estructuras del muelle se diseñaron para una vida útil de 50 años, por lo que, para la elección de la sección   de tablestacas de acero se consideraron pérdidas por corrosión de 4 mm en la zona de inmersión permanente en el lado del agua y 1 mm en el lado del terreno. Un sistema de protección impresa común catódica garantiza que se pueda lograr la vida útil requerida.

Puerto de Visakhapatnam: Aspectos históricos

A principios de la década de 1920, el gobierno indio decidió construir un puerto en Visakhapatnam, en la costa este de la India, con el fin de proporcionar una salida directa para los minerales y otros productos de las provincias centrales. El puerto sirve a una vasta zona interior en ausencia de cualquier otro puerto marítimo entre Madrás y Calcuta. En 1933, se completó un intenso programa de dragado del terreno pantanoso cerca de la ciudad de Visakhapatnam para formar un puerto protegido.

El puerto fue construido originalmente como un puerto de productos básicos para las exportaciones de mineral de manganeso, con solo tres muelles con una capacidad combinada de manejo de carga de 0.3 millones de toneladas. Una característica inusual del puerto son los viejos barcos "Janus" y "Welledson" que se rellenaron de piedras y luego se hundieron hacia el sur del canal de entrada para formar un rompeolas.

Aproximadamente el 90% del comercio exterior de la India pasa por uno de los puertos situados a lo largo de sus 6.000 km de costa. Once puertos principales - Calcuta, Chennai (Madrás), Cochin, Haldia, Kandla, Mangalore, Mormugao, Mumbai (Bombay), Paradip, Tuticorin y Visakhapatnam - son administrados por los Port Trusts controlados por el gobierno. Juntos han estado manejando aproximadamente 230 millones de toneladas de carga por año. Se ha completado un plan de desarrollo para aumentar la capacidad en 170 millones de toneladas más.