Una soluzione economica e leggera con Palancole di ArcelorMittal per l’ampliamento del Porto di Visakhapatnam

Nell'ambito del recente progetto di espansione del porto di Visakhapatnam, il team di progettazione di ArcelorMittal ha rilasciato un progetto preliminare multifunzione Ormeggio WQ-7, che ha contribuito all'ottimizzazione della costruzione con palancole. Utilizzando un sistema a parete combinata con un palo più leggero e localmente rafforzato, e acciaio ad alta resistenza, si può ottenere un notevole risparmio di peso, sia per i pali HZ che per le sezioni AZ intermedie. Completato nell'aprile 2005, il progetto ha impiegato 2,350 tonnellate di palancole in acciaio ed è stato progettato per una durare 50 anni.

Informazioni dettagliate

L’ampliamento del porto: una soluzione ottimizzata grazie al team di progetto di ArcelorMittal Palancole

Visakhapatnam vanta l'unico porto del paese che ha superato i 50 milioni di tonnellate nel 2004-2005, anche se con una crescita bassa pari al 5%. Il governo indiano sta prendendo in considerazione l'aumento della capacità di carico del porto a 70 milioni di tonnellate. L'espansione significherà un approfondimento del porto esterno, permettendo a navi più grandi di accedervi. Nel porto di Visakhapatnam sono stati recentemente costruiti 22 ormeggi, due dei quali di ultima generazione, un terminale petrolifero off-shore, uno a GPL e un terminal per container, nonché quattro nuovi ormeggi multifunzione. Tra queste nuove costruzioni, l’ormeggio WQ-7 che si trova nell’estensione nord del porto interno è stato completato nell'aprile 2005 utilizzando 2,350 tonnellate di palancole d'acciaio. Il nuovo ormeggio è in grado di ricevere navi fino a 45.000 DWT.

Sono state effettuate diverse carotature esplorative per indagare le caratteristiche degli strati di terreno del sito, che sono state utilizzate nella progettazione delle palancole. Il risultato della carotatura può essere così riassunto: materiale di riempimento che sovrasta uno strato di sabbia limosa fine che raggiunge una profondità di sei metri. Al di sotto di questo, è stata riscontrata un'argilla coesa di media densità sovrastante una roccia molto densa con i valori di SPT sopra 50. I livelli della marea nell'area portuale variano tra MHWN = +1,49 m e MLWS = +0,09 m. I carichi dovuti alle grandi onde non sono stati considerati, dal momento che il sito proposto è ben protetto nei confronti del mare aperto.

Il team di progettazione di ArcelorMittal ha rilasciato un progetto preliminare basato sulle informazioni fornite dal proprietario. Secondo questi calcoli di progettazione, i momenti di flessione massimi si verificheranno a 5.5 m sotto il livello del mare: 1.570 kNm / m per la situazione standard e 1.620 kNm / m in caso di sisma. Le forze risultanti si trovano ben al di sopra del momento massimo resistente dei convenzionali muri di palancole, motivo per cui è stato scelto il seguente sistema combinato a parete per la costruzione dell’ormeggio WQ-7:

• 192 pali HZ 975 A – 14, S 430 GP, L = 25.5 m
• 191 pali intermedi AZ 18, S 320 GP, L = 20.0 m
• 275 pali di ancoraggio AZ 18, S 320 GP, L = 10.8 m


Il muro di palancole HZ 975 A – 14/AZ 18 è caratterizzato da un sistema largo 1,790 mm, con un modulo di sezione di 8,170 cm³/m, ed un peso pari a 225 kg/m². I pali sono stati progettati in acciaio ad elevata resistenza S 430 GP (con un minimo sforzo di snervamento: 430 N/mm², minima forza di tensione: 510 N/mm², minimo allungamento: 19%). L’acciaio ad elevata resistenza riduce i costi di materiali e di trasporto al minimo. Il modulo di sezione dei pali HZ è stato adattato ai massimi momenti di flessione aggiungendo sezioni RH alle flange.

Come risultato, il progettista è stato in grado di selezionare un palo più leggero, localmente rafforzato. Sono stati raggiunti ulteriori risparmi in termini di gradi di acciaio e di riduzione di lunghezza delle 18 palancole intermedie AZ.

I pali in acciaio S 430 GP hanno la seguente composizione chimica: ( max %): C = 0.27%, Mn = 1.70%, Si =  0.60%, P = 0.05%, S = 0.05%,  N = 0.011%

La parete in palancole della banchina è ancorata ad una distanza di 23 metri ad una parete di ancoraggio in AZ. Il momento di flessione progettato del muro di ancoraggio è di circa 230 kNm. La distanza tra i tiranti corrisponde alla larghezza del sistema di parete combinata. Ogni tirante del diametro da 100 mm è soggetto ad una forza di trazione massima di progetto pari a 1,074 kN.

La parete di banchina: step costruttivi

• Posizionamento della parete principale di palancole (lavorazione a terra)
• Posizionamento della parete di ancoraggio di palancole (lavorazione a terra)
• Installazione di tiranti in acciaio che connettono le due pareti  
• Riempimento e getto della sovrastruttura della banchina in cemento armato 
• Dragaggio fino a -12 m davanti alla parete principale di palancole
• Connessione tra il nuovo ormeggio e la struttura esistente 
• Installazione della pavimentazione,  of pavement, drenaggio con canaline e illuminazione elettrica. 

Installazione delle palancole

Le palancole d'acciaio sono state installate sulla terraferma utilizzando un martello vibratore a frequenza standard. I martelli vibranti riducono l'attrito tra terra e palo applicando vibrazioni verticali palancola. Le vibrazioni sono determinate da masse eccentriche rotanti disposte in coppia per eliminare le vibrazioni orizzontali. Si aggiungono i rimanenti componenti verticali, e la forza centrifuga liquefa temporaneamente il terreno in prossimità della palancola. Il peso della palo e del martello crea una forza verso il basso sufficiente per l'installazione della parete in palancole. Preferibilmente, due morsetti ad azionamento idraulico assicurano un attacco sicuro e una corretta trasmissione del movimento oscillatorio alle palancole. Tre parametri tecnici (momento eccentrico, forza centrifuga e frequenza) vengono generalmente utilizzati per descrivere i martelli vibratori. La frequenza corrisponde al numero di giri delle masse rotanti al minuto. Il momento eccentrico è equivalente al prodotto della massa delle masse rotanti [kg] e della distanza [m] tra l'asse di rotazione e il centro di gravità dei pesi girevoli.

La forza centrifuga generata (unità: kN) dipende dal momento eccentrico e dalla frequenza. Questi martelli sono particolarmente consigliabili in terreni non coesivi e saturi di acqua, per il posizionamento di pali sia sopra che sott’acqua. La scelta del martello vibratore dipende dalla sezione trasversale e dal peso del palo, dalla profondità di penetrazione e dalle caratteristiche del suolo. Un PTC 60HD (martello vibratore pesante) è stato scelto per installare la parete a palancole dell’ormeggio WQ-7. La macchina presenta una frequenza di 1.650 giri / min, un momento eccentrico di 60 kgm e una forza centrifuga massima di 1.830 kN. L'imprenditore, Afcons, ha optato per due gru a cingoli con rispettive potenze di sollevamento di 40 e 70 tonnellate per gestire il martello vibratore a sette tonnellate, le palancole e il modello. Quando è stato raggiunto il punto massimo di utilizzo del martello vibrante, le palancole sono state posizionate al livello progettato usando un martello diesel.

Le carotature realizzate sul sito hanno rivelato la presenza di una roccia alterata ad una profondità di -20,5 m. Poiché i pali dovevano essere guidati tre metri oltre la testa della roccia, un martello d'impatto è stato essenziale per raggiungere la profondità di progetto. I disegni di layout per la costruzione del modello di guida sono stati forniti dal team tecnico di ArcelorMittal. Le necessarie operazioni di saldatura sono state eseguite da un subappaltatore indiano nominato dall’appaltatore Afcons.

Il modello è stato livellato con l'aiuto di un teodolite. L'assistenza tecnica presso il cantiere per supportare l'installazione della parete combinata è stata fornita gratuitamente da ArcelorMittal. Le strutture della banchina sono state progettate per durare 50 anni; pertanto, per scegliere la corretta sezione della palancola d'acciaio, sono state considerate perdite di corrosione di 4 mm nella zona di immersione permanente in acqua e di 1 mm sulla terra. Un sistema di protezione catodica a corrente impressa assicura di raggiungere la vita utile richiesta.

Porto Visakhapatnam - cenni storici

All'inizio degli anni '20 il governo indiano decise di costruire un porto a Visakhapatnam, sulla costa orientale dell'India, al fine di fornire uno sbocco diretto per prodotti minerali e altri prodotti delle province centrali. Il porto serve un vasto entroterra data l’assenza di altri porti marittimi tra Madras e Calcutta. Nel 1933 fu completato un pesante programma di dragaggio della palude vicino alla città di Visakhapatnam per formare un porto protetto.

Il porto è stato originariamente costruito come porto con una sola funzione, per le esportazioni di minerali di manganese, con solo tre ormeggi e con una capacità di carico combinata di 0,3 milioni di tonnellate. Una caratteristica insolita del porto sono le vecchie navi "Janus" e "Welledson" che sono state riempite di pietre e poi affondate verso il sud del canale d'ingresso per formare un frangiflutti.

About 90% of India’s foreign trade passes through one of the ports situated along its 6,000 km coastline. Eleven major ports – Calcutta, Chennai (Madras), Cochin, Haldia, Kandla, Mangalore, Mormugao, Mumbai (Bombay), Paradip, Tuticorin and Visakhapatnam – are managed by the government controlled Port Trusts. Together, they have been handling approximately 230 million metric tons of cargo per year. A development plan has been completed to raise capacity by a further 170 million metric tons.

Circa il 90% del commercio estero dell'India passa attraverso uno dei porti situati lungo i suoi 6.000 km di costa. Undici porti principali - Calcutta, Chennai (Madras), Cochin, Haldia, Kandla, Mangalore, Mormugao, Mumbai (Bombay), Paradip, Tuticorin e Visakhapatnam - sono gestiti da Port Trusts, controllato dal governo. Essi stanno gestendo circa 230 milioni di tonnellate di carichi all'anno. È stato completato un piano di sviluppo per aumentare la capacità di ulteriori 170 milioni di tonnellate.

Informazioni di progetto

  • Visakhapatnam
  • India
  • Aprile 2005
  • Committente
    Visakhapatnam Port Trust
  • Studio di ingegneria
    Howe Private Ltd. con il supporto tecnico di ArcelorMittal
  • Contractor
    Afcons Infrastructure Limited