2.4 Dársena de ciaboga

Administración Portuaria Integral
de Ensenada, S.A. de C.V.
Proyecto de Dragado del Canal de Navegación y Áreas Interiores
Diseño del Canal de Navegación
Primer Borrador
FEBRERO 2008
Preparado por:
HYPSO Oceanografía Integral S.C.
Cuarta 431 L307 Zona Centro
Ensenada, B.C. México
Tel: +52 (646) 1137271
[email protected]
PROYECTO DE DRAGADO DEL CANAL DE NAVEGACIÓN Y ÁREAS INTERIORES
DEL PUERTO DE ENSENADA, B.C.
DISEÑO DEL CANAL DE NAVEGACIÓN
Tabla de Contenido
1
INTRODUCCIÓN .....................................................................................................................................3
1.1
ANTECEDENTES .................................................................................................................................. 3
1.2
EQUIPO DE TRABAJO ........................................................................................................................... 4
1.3
ESTUDIOS PREVIOS............................................................................................................................. 4
2
CRITERIOS DE DISEÑO ........................................................................................................................5
2.1
GENERALIDADES ................................................................................................................................ 5
2.2
CANAL DE NAVEGACIÓN EXTERIOR ....................................................................................................... 5
2.3
ÁREA DE INGRESO AL PUERTO............................................................................................................. 7
2.4
DÁRSENA DE CIABOGA ........................................................................................................................ 7
2.5
ÁREA DE APROXIMACIÓN A LA TERMINAL DE CONTENEDORES. ............................................................... 7
3
BUQUES DE DISEÑO ............................................................................................................................7
3.1
CONSIDERACIONES PARA EL CALADO ................................................................................................... 8
3.2
CONSIDERACIONES PARA LA ESLORA ................................................................................................... 9
3.3
BUQUE DE DISEÑO FINAL ..................................................................................................................... 9
4
COMPARACIÓN CON LAS RECOMENDACIONES DE LA PIANC .....................................................9
4.1
ANCHO DEL CANAL .............................................................................................................................. 9
4.2
DÁRSENA DE CIABOGA ...................................................................................................................... 10
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla I: Consideraciones para la elección del tipo de viraje en el canal de navegación. .................................6
Revisión A
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DISEÑO DEL CANAL DE NAVEGACIÓN
1
INTRODUCCIÓN
Antecedentes
1.1
El calado máximo permitido en el Puerto de Ensenada, B.C. está actualmente restringido
al rango de 12.20 m (el calado oficial) hasta 13.65 m (considerando la Pleamar Media
Superior) debido a la profundidad de dragado de los canales de acceso al puerto, que
tienen una profundidad declarada de 14.00 m.
Diversos estudios realizados por la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) y
la Administración Portuaria Integral de Ensenada, S.A. de C.V. (API) prevén que se
incrementará el número de embarcaciones que arriban al Puerto de Ensenada, y que el
tamaño y calado de estas embarcaciones, principalmente buques portacontenedores,
aumentarán de manera sustancial. La limitación en el calado del Puerto de Ensenada es
una barrera que en un futuro próximo impedirá mantener una operación eficiente y
competitiva en el tráfico de carga, poniendo en desventaja al Puerto de Ensenada
respecto con el resto de los Puertos del país y de la región.
Consecuentemente la API ha comisionado diversos estudios para analizar la factibilidad y
los costos de incrementar la profundidad del canal de acceso y áreas interiores del Puerto
de Ensenada hasta los 16 m referidos al nivel de bajamar media inferior (NBMI).
El objetivo de este reporte es el análisis y diseño del proyecto de dragado del canal de
navegación y áreas interiores del Puerto de Ensenada, para determinar la alineación y
profundidad apropiadas para el paso seguro y eficiente de embarcaciones de mayor
calado.
El proyecto de dragado tiene tres componentes fundamentales:



El diseño del proyecto de dragado;
El análisis del impacto del diseño del canal sobre las estructuras portuarias
actuales, y el diseño de soluciones para mitigar estos impactos;
El análisis de factibilidad financiera y eficiencia de costos de las diversas opciones
de diseño del canal.
Este reporte cubre la primera componente. El resto de las componentes deberán ser
reportadas por API en reportes separados.
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Previo al trabajo de elaboración de este reporte, API ha especificado el Concepto de
Diseño para la profundización del canal de navegación. El diseño detallado que se
presenta en este reporte es consecuentemente una revisión de este Concepto de Diseño,
validándolo, modificándolo y refinándolo conforme se considere apropiado, guiándose por
los siguientes puntos clave:



Revisión del Concepto de Diseño contra las recomendaciones de diseño de la
PIANC (la Permanent Internacional Association of Navigation Congresses);
Análisis empírico de los movimientos verticales de los buques bajo diversas
condiciones de oleaje para verificar y optimizar la profundidad del canal propuesta
en el Concepto de Diseño, y
Consulta detallada y revisión de las características del proyecto con los principales
involucrados: los operadores de muelles y los Pilotos de Capitanía de Puerto.
Equipo de trabajo
1.2
Este proyecto se ejecutó con el apoyo de información de los siguientes especialistas:


1.3
CICESE: información meteorológica y mareas;
NOAA: campos de oleaje mediante el sistema de boyas NBDC.
Estudios previos
En Marzo de 2005 Seaprod, S.A. de C.V. realizó el levantamiento batimétrico final del
proyecto de dragado de construcción del canal exterior de navegación y áreas interiores
del Puerto de Ensenada. Estos datos se han utilizado para determinar el azolve que ha
sufrido el canal debido a eventos de tormentas y verificar la influencia de la construcción
de obras marítimas nuevas.
En noviembre de 2007 HYPSO Oceanografía realizó nuevamente el levantamiento
batimétrico del canal de navegación y áreas interiores, además de una amplia zona al
suroeste del canal de navegación para localizar la isóbata de los 16 m. Estos datos
constituyen la base con la que se efectuaron cálculos de volúmenes de dragado y diseño
del canal que se presentan en este reporte.
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2
2.1
CRITERIOS DE DISEÑO
Generalidades
Los siguientes criterios de diseño fueron desarrollados en conjunto con API para el diseño
de la obra de dragado:
 El canal deberá ser dragado para permitir el acceso de buques con un calado de 14
m en cualquier fase de marea.
 El canal de navegación deberá ser diseñado para que los buques puedan transitar
sin la ayuda de remolcadores.
 El diseño de los aspectos de navegación del canal deben garantizar el calado
oficial del canal, esto es, cualquier profundidad adicional por sobredragado debe
ser ignorada.
 El diseño del canal debe realizarse para condiciones meteorológicas y de clima
marino equivalentes a las condiciones limitantes sobre las que opera el puerto
actualmente (en este reporte denotado “peor condición razonable”).
 Si el nuevo diseño tomando en consideración la “peor condición razonable” actual
non resulta económicamente factible, deberán establecerse nuevas reglas y
restricciones operacionales mediante acuerdo de la Capitanía de Puerto.
 El proyecto considera 4 áreas, con las siguientes características:
a) Canal de navegación exterior: Vía en un sentido; conserva el ancho actual de 150
m, y se adiciona un viraje al oeste para acceder a la isóbata de 16 m.
b) Área de ingreso: Inmediatamente adyacente a la boca del Puerto, conserva su
forma actual.
c) Dársena de ciaboga: Conserva su diámetro de 400 m.
d) Área de aproximación al muelle de contenedores: Se añade una nueva zona de
atraque al sur de la terminal de contenedores existente.
2.2
Canal de navegación exterior
El canal de navegación deberá ser dragado hasta los 16 m, pero conserva su ancho
actual de 150 m; los taludes tendrán una pendiente de 1.5:1. Sin embargo, si se
conservara la orientación actual, no se lograría acceder a la isóbata de 16 m. Para lograr
el acceso a esta isóbata, el canal deberá tener un viraje hacia el oeste (Ver Anexo A:
Levantamientos Batimétricos y Planos de Diseño). El viraje mínimo necesario es de 35
grados, ya que proporcionaría la distancia mínima para alcanzar la isóbata y por ende un
menor volumen de dragado. Las dos opciones propuestas son el diseño curvo y el diseño
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en ápice (Apex). Ambos diseños permiten un viraje de 35 grados. La Tabla I muestra las
ventajas y desventajas en la elección de cada tipo de viraje.
Tabla I: Consideraciones para la elección del tipo de viraje en el canal de navegación.
Tipo de viraje
Apex
Diseño con
continua
Ventajas
Diseño simple, con un
patrón
geométrico
de
vértices bien definidos
Aproximación con rumbo
fijo; un solo viraje apoyado
con balizas de enfilación en
tierra
Control de ejecución de
dragado y mantenimiento
simple
El área de viraje puede
delimitarse fácilmente con
ayudas a la navegación
Menor volumen de dragado
(55,000 m3 menos que el
diseño curvo)
Radio
de
curvatura
comparativamente
pequeño
curvatura Es posible diseñar un
ángulo de viraje más
pronunciado, hasta de 50
grados
Apropiado para regímenes
de corrientes intensas
Desventajas
Máximo ángulo de viraje
recomendado por la PIANC
es de 35 grados
Pueden producir patrones
de corrientes que dificulten
la navegación.
Diseño complicado,
vértices definidos
sin
La tripulación del buque
debe
cambiar
continuamente el rumbo
para permanecer dentro
del canal
Es
necesario
instalar
numerosas ayudas a la
navegación para delimitar
la curvatura del canal
Diseño, ejecución y control
de
dragado
y
mantenimiento complicado
Mayor volumen de dragado
respecto al diseño de ápice
Radio de curvatura amplio
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Es evidente que el diseño de viraje en ápice satisface los requerimientos del diseño del
nuevo canal de navegación, por lo que únicamente se considerará este diseño en este
reporte. Sin embargo existen parámetros de diseño que aún pueden ser modificados,
como el cadenamiento en el que el viraje inicia. Este factor puede ser importante si se
desea que el viraje continúe en línea recta con la enfilación hacia la dársena de China
Harbour Costain.
2.3
Área de ingreso al Puerto
Esta área consiste en un polígono trapezoidal que brinda la transición entre el ancho del
canal (150 m) hasta la dársena de ciaboga; deberá ser dragado hasta -16 m.
Dependiendo de las condiciones meteorológicas y de oleaje, los buques podrán o no
necesitar la ayuda de remolcadores para acceder a la dársena de ciaboga.
2.4
Dársena de ciaboga
La dársena actual tiene un diámetro de 400 m, y si el proyecto de dragado conserva este
diámetro (lo que implicaría el menor costo de dragado), la dársena se convierte en el
factor limitante principal de la eslora de los buques que pueden acceder al puerto. El factor
de seguridad internacionalmente aceptado es 1.2L, donde L es la eslora del buque. Este
valor implica el buque con la eslora máxima que puede utilizar el puerto es de 333 m. El
buque de diseño utilizado, con L = 300 m es significativamente menor al valor máximo, por
lo que no implica ningún cambio en el resto de los parámetros de diseño.
2.5
Área de aproximación a la terminal de contenedores.
Una vez que los buques giran en la dársena, se colocan a través de la zona de
aproximación al amarre en la terminal de contenedores. El dragado profundizará esta
zona hasta los 16 m de profundidad. El dragado deberá extenderse hacia el sur para
habilitar la nueva zona de atraque en la expansión de la terminal de contenedores.
3 BUQUES DE DISEÑO
En una primera aproximación, el buque de elección en el Concepto de Diseño es un
buque portacontenedores post-Panamax, cuyas características genéricas son:
Eslora total:
Manga:
Calado:
300 m
40 m
14 m
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Sin embargo, es conveniente refinar estas características de diseño de acuerdo con el
mercado de carga marítima internacional, lo cual no es sencillo debido a las diferencias
substanciales en las estimaciones de diferentes fuentes. Algunas estimaciones indican
que para 2015 el comercio de la zona Asia-Pacifico se atraerán buques de 5,000+ TEU de
manera común, y dada la tendencia actual, dentro de 20 o 30 años bien podría
presentarse el caso de portacontenedores de 8,000 a 9,000 TEU. Otras fuentes prefieren
dar estimaciones más conservadoras, dado que el tamaño promedio de los buques
actualmente es de 4,500 TEU, y un tamaño máximo de 6,500 TEU.
La decisión más razonable implica adoptar un rango de tamaños de buque que permita
arribos en una proyección a 20 años. Por lo tanto, es razonable prever arribos de buques
al Puerto de Ensenada en el rango de 5,000 a 6,500 TEU:
 De acuerdo con el catálogo Lloyd´s Register, el tamaño máximo de un buque de
6,500 TEU es de 322 m.
 95% de estos buques tienen un calado de 14 m o menos, y el 65% tienen un calado
de 14 m.
 Todos los buques excepto uno tienen una manga de 40 m o menos, y el 78%
tienen una manga de 40 m.
3.1
Consideraciones para el calado
El proyecto ejecutivo de dragado requiere que el diseño del canal esté preparado para
buques de 14 m de calado.
El canal de navegación y áreas interiores actualmente están dragados a una profundidad
de 14 m, y los pilotos utilizan un factor de seguridad de 15% para evitar contacto con el
fondo, por lo que el calado oficial es de 12.2 m. Si se sigue utilizando la regla empírica de
15%, entonces el dragado a 16 m de profundidad permitirá el ingreso de buques de 13.91
m de calado sin la ayuda de la marea. Para buques con calado de 14 m, que se prevé
sean la mayoría para 2020, el dragado debe efectuarse a 16.10 m. Estos cálculos son
independientes de los cálculos que se muestran en la sección 6 “Profundidad del canal”
en el que se utilizan las recomendaciones del la PIANC para establecer el “squat” y los
movimientos verticales del buque por el oleaje.
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3.2
Consideraciones para la eslora
La limitante principal para la eslora de los buques que arriban al Puerto de Ensenada es el
diámetro de la dársena de ciaboga. Sin embargo, de acuerdo con lo establecido
anteriormente, la dársena permite girar buques de entre 320 y 330 m.
3.3
Buque de diseño final
Se concluye que el tamaño máximo para el buque genérico de diseño debe ser como se
indica a continuación, ya que representa el extremo superior del rango de buques que se
prevé arriben al Puerto de Ensenada en un futuro próximo con una frecuencia razonable:
 Buque portacontenedores:
o Eslora
320 m
o Manga
40 m
o Calado
14 m
4 COMPARACIÓN CON LAS RECOMENDACIONES DE LA PIANC
La publicación de la PIANC (Permanent internacional Association of Navigation
Congresses) PTC II-30 de junio de 1997 titulada “Aproach Channels-A Guide for Design”
establece las recomendaciones y los datos necesarios para el diseño del canal de
navegación. Estas recomendaciones generalmente están orientadas al desarrollo del
concepto preliminar de diseño, el cual puede después probarse utilizando métodos
detallados de simulación.
El siguiente análisis detalla los requerimientos de ancho y profundidad de canal de
acuerdo a los lineamientos de la PIANC.
4.1
Ancho del canal
El ancho del canal en las recomendaciones de la PIANC se determina calculando el ancho
de una vía en un sentido en un canal recto como una función de la maniobrabilidad del
buque, añadiendo después factores adicionales tales como:
 Velocidad del buque;
 Viento, oleaje y corrientes;
 Ayudas a la navegación;
 Tipo de fondo;
 Profundidad de la vía;
 Nivel de peligrosidad de la carga;
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
Separación de los taludes del canal.
El ancho básico y los factores adicionales se expresan como un múltiplo de la manga del
buque de diseño. Es necesario hacer notar que este no es un proceso riguroso de diseño,
y que requiere un juicio apropiado para la elección de los parámetros.
1. La maniobrabilidad en todas las secciones del canal se considera buena, por lo que
le corresponde un factor de 1.3
2. La velocidad de los buques se considera lenta (entre 5-8 nudos) por lo que le
corresponde un factor de 0.
3. Los vientos prevalecientes se categorizar como moderados (15 a 33 nudos) por lo
que le corresponde un factor de 0.3.
4. Las corrientes cruzadas se categorizar como negligibles, por lo que le corresponde
un factor de 0.
5. Las corrientes longitudinales se categorizar como fuertes, por lo que corresponde
un factor de 0.1.
6. La altura significante del oleaje se categoriza entre 1 y 3 m, por lo que le
corresponde un factor de 1.
7. Las ayudas a la navegación se clasifican como buenas, por lo que crresponde un
factor de 0.
8. El tipo de fondo es regular y suave ya que está conformado por arena, lo cual
corresponde a un factor de 0.1.
9. La profundidad de la vía (la razón entre la profundidad y el calado) se tomó como
1.15, lo que corresponde a un factor de 0.2.
10. El nivel de peligrosidad de la carga se considera bajo, lo que corresponde a un
factor de 0.
11. El tipo de talud en el canal se clasifica como bordes con pendiente moderada, lo
que implica un factor de 0.
La suma del los factores para aplicar a la manga del buque es 3.0 lo que implica un ancho
del canal de 120 m. El ancho actual es de 150 m, por lo que cumple con las
recomendaciones de la PIANC.
4.2
Dársena de ciaboga
La PIANC no ofrece recomendaciones explícitas para el diámetro de la dársena de
ciaboga. Otras fuentes, como el manual EM1110-2-1100 (Part V) “Navigation Projects” del
Cuerpo de Ingenieros de Estados Unidos indica que el factor mínimo a aplicar a la eslora
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del buque es 1.2, lo que implica que el buque de diseño de 320 m necesita una dársena
de ciaboga de 384 m en un régimen de corriente reducida (0-0.5 nudos). Con el tamaño
de la dársena actual, este factor respecto al buque de diseño es de 1.25, por lo que se
puede considerar que se encuentra dentro de la norma internacional.
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