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CARRO VARADERO PARA LA RAMPA Nº4 DEL ASTILLERO DE REPNAVAL EN EL
PUERTO DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA
1
Jaime Santamarta Martínez , Manuel Biedma García
2
1
Jefe de Proyectos, División de Ingeniería Estructural. Acciona Ingeniería (Centro de Negocios Albatros – Edificio
D, C/Anabel Segura 11, 28108, Alcobendas, Madrid, España). [email protected]
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Director Técnico, División de Ingeniería Estructural. Acciona Ingeniería (Centro de Negocios Albatros – Edificio D,
C/Anabel Segura 11, 28108, Alcobendas, Madrid, España). [email protected]
RESUMEN
Las instalaciones del astillero de REPNAVAL
emplazadas en el puerto de Las Palmas de Gran
Canaria, disponen de un total de 5 rampas de varado
donde se llevan a cabo las reparaciones de los
barcos.
El carro varadero diseñado por Acciona Ingeniería,
dará servicio en la rampa nº 4 del astillero, con el fin
de atender la llegada de buques de mayores
dimensiones, los cuales se clasifican según el
siguiente criterio:
-
Barcos de casco con fondo plano y un peso de
5500 T.
-
Barcos de casco con quilla y un peso de 4500 T.
La estructura diseñada consta de un conjunto de
carros metálicos que ruedan sobre unos raíles
insertos en unos macizos de hormigón armado que
funcionan como vigas corridas de cimentación. El tiro
de los carros se realiza mediante un sistema de
poleas y tirantes que permiten el varado y el fondeo
de los mismos.
1
INTRODUCCIÓN
El proyecto de diseño del carro varadero llevado a
cabo por Acciona Ingeniería se enmarca dentro del
proyecto de rehabilitación de la rampa nº4 del
astillero de REPNAVAL en Las Palmas de Gran
Canaria.
El puerto de las Palmas de Gran Canaria se
encuentra ubicado en la zona nororiental de la isla de
Gran Canaria, y la localización de las obras se
encuentra a su vez, en la parte nororiental del puerto,
como se ve en la siguiente figura.
Figura 1.
Localización
Palmas de Gran Canaria
del
puerto
de
Las
La ampliación de las instalaciones del astillero
responde a la necesidad de abordar la fuerte
demanda de varada de buques de mayor tonelaje y
eslora que los que actualmente se atienden. El objeto
es, por tanto, cubrir el sector de buques de hasta 120
metros de eslora y 20 metros de manga, llevando a
cabo el desplazamiento de barcos tanto con quilla y
peso máximo de 4500 T, como de fondo plano y peso
máximo de 5500 T.
Este sector del mercado de buques está compuesto,
mayoritariamente, por buques tipo Supply, grandes
pesqueros tipo Atlantic y SuperAtlantic, pequeños
Tankers con manga habitual de 20 metros, y buques
tipo Reefer que normalmente, con eslora reducida,
superan el desplazamiento admisible por los medios
actuales en las rampas de varada del astillero.
Es por ello que, con la ampliación de la rampa nº4 y
la construcción del nuevo carro varadero, se han
conseguido una serie de mejoras y ventajas, como
son las que se describen a continuación:
-
Captación en el Puerto de Las Palmas de buques
de mayores dimensiones y tonelaje.
-
Beneficio para la autoridad portuaria gracias al
aumento de tráfico de buques que necesitan
reparación.
-
Beneficio general para la mano de obra y la
industria de Las Palmas necesaria para la
reparación de los buques.
-
Mejora de la calidad ambiental y de la seguridad
de las operaciones portuarias al cambiar la
maquinilla de varada existente ya obsoleta, por
otra maquinilla nueva.
2
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA ESTRUCTURAL
La estructura diseñada consta de un conjunto de
carros metálicos fabricados mediante chapas y
Figura 2.
Sección transversal del carro corto
Figura 3.
Sección transversal del carro largo
perfiles HEB-360, diagonalizados a su vez con
perfiles L120x11, de acero tipo S355 J2 G3 s/ UNEEN 10025 y protegido frente a la corrosión marina.
Estos carros ruedan sobre unos carriles DIN 536
insertos en unos macizos de hormigón armado que
funcionan como vigas corridas de cimentación. El tiro
de los carros se realiza mediante un sistema de
poleas y tirantes que permiten el varado y el fondeo
de los mismos.
Se distinguen dos tipos de carros, el carro corto, que
circula sobre los dos carriles centrales, y el carro
largo, que circula por el total de los seis carriles
existentes (los dos centrales y los cuatro laterales).
La separación transversal entre ejes de los carriles es
de 3.05-3.45-1.10-3.45-3.25 metros respectivamente,
siendo la distancia entre raíles extremos de 14.30
metros.
En un primer momento el diseño del carro se realizó
de manera simétrica respecto de su eje longitudinal.
Sin embargo, posteriormente, con la intención de
aprovechar las vigas corridas de cimentación
existentes en la rampa nº4 original y así no tener que
demoler éstas y ejecutar unas nuevas, se redujo
ligeramente la distancia entre los ejes 1 y 2, pasando
de 3.25 metros a 3.05 metros.
El sistema de rodamiento del carro varadero se
resuelve mediante ruedas de diámetro Φ 630 mm y
calidad fn = 800 MPa. La unión a la estructura
portante se efectúa a través de una mecanización de
tolerancia H11 f7, rugosidad 1.6 en eje y 3.2 en
agujero, empleando un eje de diámetro Φ 125 x 480
mm provisto de engrasador y calidad de acero tipo
42CrMo4+QT s/ UNE-EN 10083. La separación
longitudinal entre ruedas es de 1.20 metros en las
alineaciones de los ejes 3 y 3’, mientras que en el
resto de alineaciones es de 2.40 metros.
Sobre sendos carros se ubican los picaderos o tacos
de madera sobre los que se materializa el apoyo
directo del barco varado. En este sentido se
distinguen dos tipos de picaderos: los fijos, que son
comunes al carro corto y al carro largo, y los móviles,
empleados únicamente sobre el carro largo para el
apoyo de los barcos de casco plano. Mientras que los
picaderos fijos se confinan entre dos angulares
situados entre los ejes 3-3’, es decir, en el vano
central, los móviles se pueden desplazar entre los
ejes 1-2, 2-3, 1’-2’ y 2’-3’, es decir, entre los vanos
laterales.
Sin embargo, para estos últimos se han establecido
una serie de condicionantes. Se emplearán un
mínimo de 2 picaderos móviles y un máximo de 4.
Además, estos se repartirán por igual a cada lado del
picadero fijo, manteniendo una distancia mínima
entre el eje del picadero fijo y el eje del primer
picadero móvil de 2.275 metros. Asimismo, la
distancia mínima entre picaderos móviles será de
3.250 metros medida a ejes de los mismos.
En el caso del apoyo del barco de casco con quilla,
su peso se transmite íntegramente al carro a través
del picadero fijo, y por consiguiente deberá
asegurarse un descentramiento máximo de la quilla
de 0.20 metros medida a eje de dicho picadero.
También podrán emplearse pantoqueras sobre el
carro largo para asegurar la estabilidad lateral del
barco manteniendo una distancia entre el eje del
picadero fijo y el eje de la pantoquera entre 2.275
metros y 4.000 metros.
En cuanto a la secuencia de montaje de los carros,
ésta alterna un carro corto con un carro largo, de
modo que la distancia resultante entre ambos es de
2.40 metros medida a ejes de los mismos. La unión
entre carros se efectúa mediante una articulación
desmontable a través de bulones de acero tipo
42CrMo4+QT s/ UNE-EN 10083 y rugosidad 3.2 en
eje y agujero, que permite adecuar el tamaño del
carro varadero a las dimensiones de la eslora del
barco a reparar.
Figura 4.
Alzado del carro corto
Figura 5.
Alzado del carro largo
Así pues, para poder alcanzar la longitud de eslora
máxima de 120 metros, se fabrican un total de 24
carros largos y 27 carros cortos, tipificados en el
proyecto como A2 y A1 respectivamente.
Asimismo, adicionalmente, en los extremos anterior y
posterior del carro varadero se diseñan los elementos
singulares de enganche para varado y fondeo de los
barcos.
El enganche para varado consiste en un elemento
estructural metálico formado por chapas de acero
tipo S355 J2 G3 s/ UNE-EN 10025 protegido frente a
la corrosión marina, que se acopla a un carro corto
mediante el mismo elemento de unión que el
empleado en la unión entre carros. Dicho enganche
está diseñado para portar el conjunto de 3+3 poleas
de diámetro 850 mm que guían los cables de tiro
para el varado. La unión de estas poleas a la
estructura se efectúa a través de una mecanización
empleando un eje de diámetro Φ 150 x 550 mm y
calidad de acero tipo 42CrMo4+QT s/ UNE-EN
10083, provisto de engrasador, placa de freno,
casquillo de bronce y chaveta de fijación.
Ésta resulta necesaria debido a la excentricidad de
400 mm existente entre el eje de las poleas o eje de
tiro y el eje del elemento de unión sobre el que debe
transmitirse la fuerza del tiro de varado.
Por otra parte, el enganche para fondeo consiste en
un elemento estructural metálico que se acopla
también a un carro corto mediante el mismo
elemento de unión que el empleado en la unión entre
carros.
Figura 6.
Planta del enganche de varado
En este caso la fuerza de tiro es menor ya que
únicamente es necesario vencer la fuerza de
rozamiento estática. Es por ello que el diseño del
elemento estructural consiste en una sencilla
triangulación de perfiles HEB-120 en cuyo vértice
superior se fija un bulón desmontable de diámetro Φ
95 mm al que se anclan los cables de fondeo.
En cuanto al sistema de tiro del carro varadero, éste
consiste en unos maquinillos enclavados en unas
casetas situadas en el lado tierra, que disponen de
unos carretes para el enrollado y desenrollado de los
cables.
Figura 7.
Alzado del enganche de varado
Dado el elevado peso del conjunto, se disponen
también unos rodillos delanteros que apoyan
directamente sobre los carriles impidiendo el vuelco
del mismo hacia adelante.
Por último, en relación con el enganche de varado,
hay que destacar la elevada rigidización de la
estructura.
Figura 8.
Planta del enganche de fondeo
Para el tiro de varado, se emplea un sistema de
doble carrete con cables de 44 mm de diámetro y
calidad 1960 MPa, que a su salida de la caseta, se
guían mediante un conjunto de poleas, de modo que
el número de ramales de cable que soporten el tiro
sea de 12. Esto se consigue mediante la instalación
del conjunto anteriormente descrito formado por 3+3
poleas en el enganche para varado del carro, y de un
conjunto formado por 2+2 poleas situado en el
macizo de reacción que se encuentra entre la caseta
de maquinillos y el enganche para varado del carro.
De esta forma, cada uno de los dos cables que salen
de la caseta da la vuelta en la primera polea del
enganche para varado del carro y vuelven hasta la
primera polea del macizo de reacción. Esta sucesión
de vueltas se produce tres veces hasta que el último
ramal de cable se ancla en el macizo de hormigón.
Para el tiro de fondeo, el maquinillo necesario es de
menor potencia y tamaño pues el tiro necesario
también es menor.
En este caso, se emplea un sistema de un único
carrete con cable de 32 mm de diámetro y calidad
1770 MPa, que a su salida de la caseta discurre
hasta
un
conjunto
de
poleas
situado
aproximadamente a 350 metros de ésta y aguas
adentro en el mar. En estas poleas el cable da la
vuelta hasta anclarse al carro varadero en el
enganche para fondeo.
Figura 9. Alzado general del carro varadero
Figura 10. Planta general del carro varadero
3
METODOLOGÍA DE CÁLCULO
El diseño del carro varadero se ha realizado teniendo
en cuenta primeramente los condicionantes
impuestos por la tipología de los buques a varar. A
partir de aquí, el cálculo estructural de las secciones
y de cada una de las piezas que conforman la
estructura (dícese cartelas, ruedas, bulones o cables)
se realiza en cumplimiento con la normativa vigente y
de acuerdo con la teoría de los Estados Límites
Últimos y de Servicio.
Con el fin de obtener los esfuerzos de cálculo y las
tensiones que se producen en cada una de las
secciones de los perfiles de acero de la estructura, se
ha procedido a la modelización de cada uno de los
elementos estructurales mediante el programa de
cálculo de estructuras GtStrudl. Este programa ha
sido desarrollado por el Departamento de Ingeniería
Civil del Massachussetts Institute of Technology y
posteriormente potenciado por el Georgia Institute of
Technology (Atlanta). Cuenta con diversos módulos
de entre los cuales en el presente proyecto se ha
hecho uso del “Cálculo general de estructuras
reticulares de barras”.
Los elementos estructurales que han sido objeto de
modelización son los siguientes:
-
Conjunto formado por un carro corto y un carro
largo.
-
Enganche para fondeo.
-
Enganche para varado.
3.1
Modelización de los carros
A efectos de modelización del carro varadero, se ha
considerado
suficiente
discretizar
mediante
elementos tipo barra un único conjunto montado
integrado por un carro corto y un carro largo. Estas
barras poseen las características geométricas y
mecánicas correspondientes a la sección que
representa.
Los apoyos de la estructura se materializan en los
nodos según la siguiente figura.
Acciones variables

Sobrecargas de uso:
-
Peso de los barcos a varar:
CONDICIONES DE CONTORNO
10
14
25
15
11
3
2
6
1
4
5
9
8
22
23
18
13
24
40
29
42
44
36
37
38
FIXED JOINT
45
41
31
34
27
28
39
30
43
35
19
21
26
17
7
20
12
16
32
33
SUPPORT FX FY
Y
SUPPORT FX
46
SUPPORT FZ
Z
X
SUPPORT FY
Figura 11. Modelo de cálculo del carro
Para modelizar los apoyos verticales de las ruedas
sobre los carriles se ha implementado una coacción
según el eje Y en los respectivos nodos. Aquellos
apoyos/ruedas
que
son
susceptibles
de
levantamiento bajo alguna hipótesis de cálculo, se
han modelizado mediante muelles no lineales que
únicamente trabajan a compresión, de tal modo que
en el caso de desplazamiento vertical positivo, se
desconectan automáticamente.
Figura 12. Esquema del tren de cargas en el carro
corto
El descentramiento de la sobrecarga del barco de
casco con quilla, así como la acción del viento
actuando sobre el casco del barco con quilla, son las
acciones que pueden causar levantamientos.
La coacción que frente al tiro origina el conjunto de
carro montado posterior al carro modelizado, se
simula mediante un apoyo horizontal en los
respectivos nodos de unión (coacción según el eje
X).
En cuanto a las acciones tenidas en cuenta en el
modelo, éstas se corresponden con las cargas
permanentes y variables que se detallan a
continuación.
Acciones permanentes

Peso propio de la estructura.

Cargas muertas de los picaderos.
Figura 13.Esquema del tren de cargas en el carro
largo
Acciones climáticas:
-
Empuje del viento sobre el casco del
barco.
-
Sobrecarga de nieve.
-

Variación uniforme de la temperatura que
experimenta el elemento debido al rango
anual de temperatura ambiente en el
lugar de su emplazamiento.
La coacción que frente al tiro origina el carro corto
montado anterior a éste, se simula mediante la
modelización de un apoyo horizontal en los
respectivos nodos de unión (coacción según el eje
X).
En cuanto a las acciones tenidas en cuenta en el
modelo, éstas se corresponden únicamente con la
carga permanente de peso propio y con la carga
variable horizontal de tiro de fondeo, aplicada sobre
el vértice superior, donde físicamente se fija el bulón
al que se anclan los cables de fondeo.
Cargas móviles:
3.3
-
-
-
3.2
Fuerza de arrastre de varado. El tiro que
hay que efectuar para mover el conjunto
de la estructura con el barco gravitando
sobre ella se corresponde con la suma
de dichos pesos en proyección paralela a
la superficie de la rampa, más la fuerza
de rozamiento dinámica que hay que
vencer.
Fuerza de arrastre de fondeo. El tiro que
hay que efectuar para fondear el conjunto
de la estructura con el barco gravitando
sobre ella se corresponde con la fuerza
de rozamiento estática que hay que
vencer.
Fuerza de rozamiento dinámica. La
fuerza de rozamiento dinámica a
considerar es la suma del rozamiento de
los carros con los raíles más un
suplemento de rozamiento de pestañas,
cubos y cables.
Fuerza de rozamiento estática. La fuerza
de rozamiento estática resulta de aplicar
a la componente normal de los pesos el
coeficiente de rozamiento estático.
Modelización del enganche para fondeo
El enganche para fondeo de los barcos se ha
modelizado mediante un sencillo modelo de tres
barras en forma de triángulo.
Para modelizar los apoyos verticales en las piezas de
unión, se ha implementado una coacción según el eje
Y en los respectivos nodos.
El enganche para varado de los barcos se ha
modelizado según la siguiente figura.
Tvar. =
3745.00 kN
1872.
1872.
8
o
9
o
9
7
-
Modelización del enganche para varado
1 1
2
8

3
2
3
4
4
5
5
6 6
7
Y
SUPPORT FX FZ MX MY
Z
X
SUPPORT FY FZ MX MY
Figura 14. Modelo de cálculo del enganche para
varado
Para modelizar los apoyos verticales en las piezas de
unión, se ha implementado una coacción según el eje
Y en los respectivos nodos.
La coacción que frente al tiro origina el carro corto
montado posterior a éste, se simula mediante la
modelización de un apoyo horizontal en los
respectivos nodos de unión (coacción según el eje
X).
En cuanto a las acciones tenidas en cuenta en el
modelo, éstas se corresponden únicamente con la
carga permanente de peso propio y con la carga
variable horizontal de tiro de varado, aplicada en los
nodos donde físicamente se encuentran los ejes de
las poleas que guían los cables de varado.
En total se ha podido construir un carro de 205 T
distribuidos de la siguiente manera:
5
1800 kg/carro corto
5500 kg/carro largo
180 kg/pieza de unión
280 kg/enganche fondeo
5400 kg/enganche varado
REPORTAJE FOTOGRÁFICO
Figura 15. Esquema de cargas en las poleas del
enganche de varado
3.4
Sistema de tiro
En relación con el sistema de tiro, hay que indicar
que los cables se calculan de acuerdo con la norma
UNE 58112-91/1 y su elección se efectúa en función
del grupo de clasificación del mecanismo, el cual, a
su vez, depende del estado de carga que solicita al
mismo y del uso que se le da.
Fotografía 1.
Vista general del carro varadero
Fotografía 2.
Prueba de circulación
En este sentido, se han tenido en cuenta los
siguientes criterios:

L3 = Estado de carga pesado (mecanismo
sometido con bastante frecuencia a su carga
máxima y corrientemente a cargas medias).

T3 = utilización de 1.600 horas de vida útil
(ocasional).
6
Así pues, a partir de los anteriores criterios, el
sistema se ha clasificado como un grupo M4 = L3 +
T3, para el cual el coeficiente de seguridad a aplicar
a la carga de tiro característica (área x límite elástico)
que solicita el cable toma el valor Zp = 4.
4
AGRADECIMIENTOS
Especiales agradecimientos a D. José Manuel
González Herrero, Director de Área de Agua y Medio
Ambiente en Acciona Ingeniería, y a D. Juan
Enríquez, Director de Producción de REPNAVAL –
Shipyards (ZAMAKONA YARDS CANARY ISLANDS).
CONCLUSIONES
El diseño del carro varadero ha permitido a Repnaval
ampliar su nicho de negocio al poder atender la
llegada buques de hasta 120 metros de eslora y 20
metros de manga, llevando a cabo el desplazamiento
de barcos tanto con quilla y peso máximo de 4500 T,
como de fondo plano y peso máximo de 5500 T. Esto
se ha conseguido además a partir de un diseño
donde se ha optimizando al máximo la cantidad de
material de acero estructural empleado.
7
REFERENCIAS
[1]
Proyecto de rehabilitación de la rampa nº4 del
astillero de REPNAVAL – Puerto de Las Palmas
de Gran Canaria realizado por Acciona
Ingeniería.
[2]
Estudio de capacidad resistente de la rampa nº 4
existente para barcos de 4500/5500 T realizado
por ESTUDIO 7.