Tema 5_Configuración Marítima (1)

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto 1 CURSO DE PROYECTO DE OBRAS PORTUARIAS CAPÍTULO 5. CONFIGURACIÓN MARÍTIMA DE LOS PUERTOS. DISEÑO EN PLANTA Y ALZADO.

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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CURSO DE PROYECTO DE OBRAS PORTUARIAS

CAPÍTULO 5. CONFIGURACIÓN MARÍTIMA DE LOS PUERTOS.

DISEÑO EN PLANTA Y ALZADO.

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ÍNDICE

5. DISEÑO DE LA CONFIGURACIÓN MARÍTIMA DE LOS PUERTOS ............................... 3

5.1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 3

5.2. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PUERTOS ................. 3

5.2. DISEÑO EN PLANTA ................................................................................... 6

5.2.1. Introducción ..............................................¡Error! Marcador no definido.

5.2.2. Vías de navegación .............................................................................. 8

5.2.3. Bocanas de puertos ............................................................................ 13

5.2.4. Áreas de maniobra ............................................................................. 13

5.2.5. Dimensionamiento de las zonas de maniobras de reviro ............................ 15

5.2.6. Fondeaderos ..................................................................................... 20

5.2.7. Amarres ........................................................................................... 22

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5. DISEÑO DE LA CONFIGURACIÓN MARÍTIMA DE LOS PUERTOS

5.1. INTRODUCCIÓN

El diseño de la zona marítima de los puertos depende principalmente de tres factores:

- la morfología costera en la zona elegida para la ubicación del puerto.

- las características de los buques que vayan a ser usuarios del puerto.

- las características de oleaje y viento locales

La consideración de los anteriores factores es condicionante para la obtención de una

solución estructural y funcionalmente adecuada que se concrete en la definición

geométrica en planta y la determinación de las profundidades de agua de las diferentes

áreas de navegación y flotación de un puerto.

En España, la “ROM 3.1-99 Proyecto de la Configuración Marítima de los Puertos; Canales

de Acceso y Áreas de Flotación” cuya finalidad principal es el proyecto y construcción de

la configuración marítima de los puertos, sus accesos y áreas de flotación, constituye

referencia obligada en el diseño en planta y alzado de los puertos.

La configuración y dimensiones que se adopten deberán permitir durante todo el tiempo

y condiciones de operatividad que se establezcan para la instalación, la navegación,

maniobras, permanencia y carga o descarga de los buques, en condiciones de seguridad,

para todos los barcos que utilicen dichas Áreas de Navegación y Flotación.

5.2. CLASIFICACIÓN Y CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PUERTOS

Desde el punto de vista del diseño de la configuración marítima de los puertos, los

criterios que se consideran para una clasificación general de los puertos son:

- Función del puerto: refugio, militar, comercial, pesca, recreo, pasaje, varios.

- Situación del emplazamiento y condiciones naturales: naturales (rías, fiordos,

bahías, radas, estuarios de ríos…), artificiales, fluviales, instalaciones en mar libre

(cargaderos libres)…

- Condiciones físicas y medioambientales: oleaje, marea, corrientes,

aterramientos…

- Condiciones terrestres: posibilidad de ampliación, buenos enlaces…

5.2.1. Disposición de las obras de abrigo

Las disposición de las obras de abrigo en relación con la línea de costa afecta de forma

importante a la definición de la planta de los puertos. Se puede establecer una

clasificación de las diferentes tipologías de puertos a partir de la disposición en planta de

las obras de abrigo:

- Diques paralelos a la costa

- Diques convergentes

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- Diques convergentes con antemural

- Diques paralelos entre sí

Los diques paralelos a la costa suelen proyectarse en los puertos exteriores ganados al

mar, especialmente cuando no hay posibilidades de obtener superficies marítimas y

terrestres portuarias hacia el interior, y cuando se dispone de suficiente calado en

batimetrías cercanas a la costa y paralelas a ella. La figura 1 muestra la planta del Puerto

de Barcelona, protegido con un dique paralelo a costa.

Fig.1. Dique paralelo a la costa. Puerto de Barcelona

La disposición de diques convergentes se plantea en puertos donde las profundidades

necesarias están muy alejadas de la costa, en aquellas zonas en las que sea previsible

esperar aterramientos, o en bahías o radas donde se desea disponer de una amplia

dársena abrigada. Pueden adoptar formas muy diversas, en función de la situación y

longitud de los diques entre sí: paralelos, trapezoidales, circulares o elípticos y paralelos

a la costa en prolongación con una o dos entradas. En la figura 2 se muestra la planta del

Puerto de Valencia.

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Fig.2. Diques convergentes. Puerto de Valencia

Para proteger la entrada de puertos excavados en tierra o en desembocaduras de ríos,

suelen encontrarse disposiciones de diques paralelos entre sí. Suelen presentar

interrupción al transporte litoral con aterramientos aguas arriba y erosiones aguas abajo.

Además, presentan el inconveniente de permitir la entrada de oleaje.

Fig.3. Diques paralelos entre sí. Deba (Guipúzcoa).

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La evolución de algunos puertos de tipología de diques paralelos entre sí los ha

transformado en puertos interiores con nuevos grandes diques convergentes (Bilbao).

Fig.4. Puerto de Bilbao.

5.3. DISEÑO EN PLANTA

El proceso para determinar la planta de una instalación portuaria se rige por los

siguientes criterios generales:

A) Dimensionamiento de las áreas por condicionantes de navegación y

maniobrabilidad de los buques usuarios de la instalación.

- Calcular los espacios ocupados por los buques, que dependen por una parte

del propio buque y de los factores que afectan a su maniobrabilidad y por otra

de los sistemas de balizamiento y ayudas a la navegación.

- Incrementar estos espacios en los Márgenes de Seguridad.

- Comparar estos requerimientos de espacio con los disponibles o exigibles en el

emplazamiento

B) Dimensionamiento por condiciones límites de operación:

- Definir las condiciones ambientales admisibles para el uso y explotación de las

diferentes áreas y en especial de zonas de atraque (dársenas y muelles)

- Realizar un análisis de las condiciones climáticas (oleaje, viento, corrientes) en

las zonas.

- Optimización del diseño en planta para proporcionar unas condiciones de

operatividad admisibles según los usos de las diferentes áreas. Las condiciones

de operatividad admisibles se establecerán en función de los requerimientos

de seguridad y economía de la instalación.

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- En el apartado XXX de este tema se describe el procedimiento para llevar a

cabo el estudio de operatividad en las zonas de atraque.

La determinación de la configuración y dimensiones en planta necesarias en las

diferentes Áreas de Navegación y Flotación se realizará en cada caso tomando en

consideración los factores siguientes:

- El tamaño, dimensiones y características de maniobrabilidad de los buques y los

factores relacionados con los barcos, incluida la disponibilidad de remolcadores,

de los que depende la superficie necesaria para la realización de la navegación,

maniobras o permanencia de los buques en el Área que se considere.

- Las ayudas a la navegación disponibles y los factores que afectan a su exactitud y

fiabilidad, que determinarán las líneas o puntos de referencia para emplazar el

buque.

- Los márgenes de seguridad que se establezcan para prevenir un contacto del

buque con los contornos de las Áreas de Navegación o Flotación, o con otras

embarcaciones u objetos fijos o flotantes que puedan existir en el entorno.

5.3.1. Dimensionamiento en planta de las áreas de acceso y flotación de los puertos

En el diseño de una instalación portuaria podrán considerarse las siguientes áreas de

acceso y flotación:

- Vías de navegación

- Bocanas

- Áreas de maniobras: distancia de parada y zona de reviro

- Fondeadeos y Antepuertos

- Amarraderos y campos de boyas

- Dársenas y muelles

- Áreas de emergencia

- Instalaciones especiales

En la ROM 3.1-99 se establecen los criterios para el dimensionamiento de cada una de

estas áreas. La determinación de la configuración y dimensiones en planta necesarias en

las diferentes áreas de la instalación se realizará en cada caso tomando en consideración

los factores siguientes:

- El tamaño, dimensiones y características de maniobrabilidad de los buques que se

prevé que puedan utilizar la instalación, así como el volumen y naturaleza del

tráfico.

- Disponibilidad de remolcadores, de los que depende la superficie necesaria para la

realización de la navegación, maniobras o permanencia de los buques en el Área

que se considere.

- Las ayudas a la navegación disponibles y los factores que afectan a su exactitud y

fiabilidad, que determinarán las líneas o puntos de referencia para emplazar el

buque (B2).

- Los márgenes de seguridad que se establezcan para prevenir el contacto del

buque con los contornos de las Áreas de Navegación o Flotación, o con otras

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embarcaciones u objetos fijos o flotantes que puedan existir en el entorno. La

valoración de estos márgenes de seguridad se incluye dentro del bloque de

factores B1.

- Condiciones climáticas marítimas y meteorológicas de la zona

La consideración de los factores anteriores cuantificará la superficie y dimensiones

mínimas requeridas en planta, o dimensiones nominales, que deberán ser exigidas a las

profundidades nominales de agua si se analiza la utilización de espacios de agua o en los

gálibos aéreos si se trata de la ocupación de estos espacios (profundidad nominal y

gálibo). Estas superficies horizontales, para poder quedar garantizadas como espacios

disponibles en el emplazamiento tal como se especifica en el apartado 2.5 de la ROM 3.1-

99 ‘Proyecto de la configuración marítima de los puertos; canales de acceso y áreas de

flotación”, exigirán tomar además en consideración un conjunto de factores relacionados

con los contornos (B3).

En la actualidad no se dispone de un modelo de análisis integral que tome en

consideración todos los factores, por lo que el dimensionamiento en planta de las Áreas

de Navegación y Fondeo se viene realizando habitualmente por algunos de los

procedimientos siguientes:

- Métodos totalmente empíricos que fijan las dimensiones en función de criterios de

buena práctica de ingeniería.

- Métodos semiempíricos, que combinan el análisis matemático de algunos de los

factores, con la consideración empírica de los restantes.

- Simulación mediante modelos con ordenador con pilotos humanos o mediante el

uso de pilotos automáticos, en combinación con el análisis estadístico de los

resultados obtenidos.

5.3.1.1. Vías de navegación

Además de los factores de carácter general anteriormente mencionados, otros factores a

tener en cuenta para el dimensionamiento de las vías de navegación son los siguientes:

- Número de vías de circulación requeridas

- Geometría de la alineación y morfología de la costa

- Profundidad de la vía y estabilidad de los taludes

a) DIMENSIONAMIENTO DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL

Para una determinación más precisa de los requerimientos en planta pueden consultarse

los criterios establecidos en la ROM 3.1-99 “Proyecto de la configuración marítima de los

puertos; canales de acceso y áreas de flotación”.

En lo que respecta al presente curso se expone una metodología menos compleja, válida

para llevar a cabo el predimensionamiento de estas áreas.

Se partirá de una traza de la vía de navegación, determinándose a continuación la

anchura requerida en todas sus secciones críticas, para establecer posteriormente las

transiciones de anchura entre los diferentes tramos.

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Para tanteos previos al predimensionamiento, pueden distinguirse tres partes en la

sección del canal o vía de navegación:

- Vía de maniobra

- Resguardo por encuentro

- Resguardo a márgenes y cajeros

- Tramos curvos: sobreancho en curvas

La vía de maniobra es una banda que, análogamente a un carril de carretera,

proporciona seguridad a la navegación de embarcaciones. Debe considerarse, además, la

posibilidad de viento de costado a la embarcación, que produciría que la embarcación

navegase con un cierto ángulo de guiñada1 para compensar este efecto. Al efecto, puede

adoptarse un ancho de 1.8 B, siendo B la manga del buque.

El resguardo por encuentro, hace las funciones de la mediana en una autopista, evitando

el encuentro de embarcaciones. Si dos embarcaciones navegando en sentidos opuestos

se acercan en exceso, se produce un descenso del nivel del agua entre ellos que puede

conducir al abordaje. Puede adoptarse un valor de B para la franja de resguardo por

encuentro.

El resguardo a márgenes se prevé en la sección transversal de la vía de navegación para

evitar una situación similar a la anterior, en la que un flotador navega a una velocidad

dada en las proximidades de un contorno o margen. El valor a adoptar para el resguardo

a márgenes es de 1.5 B.

Las figuras 5 y 6 ilustran respectivamente los valores recomendados anteriormente para

la sección transversal de una vía de navegación de un sentido de circulación y de doble

sentido de circulación, respectivamente.

Fig. 5. Vía de navegación con un sentido de circulación (Hay, 1968)

1 Movimiento de un buque consistente en un giro alrededor del eje vertical principal que pasa por su centro de gravedad.

Desviación de la proa del buque hacia un lado u otro del rumbo a que se navega. Variación de la proa de un buque cuando

está fondeado.

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Fig. 6. Vía de navegación con doble sentido de circulación (Hay, 1968)

Para los tramos en curva existen algunas recomendaciones establecidas por PIANC

(1995,1997). En situaciones de calma (sin oleaje) y ausencia de viento la

maniobrabilidad en la trayectoria curva es bastante aceptable si se consideran radiso de

curvatura adecuados. Entre las recomendaciones para radios de curvatura pueden citarse

las siguientes:

o PIANC (Approach Channels. Aguide for design, 1997)

R = 2L a 3L en aguas profundas

R > 5L en d/D ≤ 1,10 (d = profundidad; D = calado del buque)

o ROM 3.1-99

R = 5L a 10L

El control de las embarcaciones en tramos curvos es especialmente dificultoso ya que al

recorrer una trayectoria curva el buque desarrolla un cierto giro que genera una huella

de barrido superior a la anchura de la propia manga.

La anchura de esta trayectoria o huella marcada por el buque en el tramo curvo depende

de la relación d/D (profundidad en la vía/calado del buque). El exceso de anchura con

respecto a la manga hace que sea necesario disponer un sobreancho en el tramo curvo,

sobre todo en el caso de vías con dos sentidos de navegación.

En la publicación “Approach Channels, Preiminary Design”, (PIANC, 1995), para el

sobreancho en curvas se establece como recomendación:

siendo L la eslora del buque y R el radio de curvatura en el tramo curvo.

En el apartado 8.4.3.2. de la ROM 3.1.-99 se propone también una metodología para la

determinación del sobreancho en curvas. En la página 261 de dicho documento se habla

del sobreancho en curvas para condiciones climáticas constantes a lo largo de la traza.

El sobreancho es la suma de dos componentes, la de deriva y la de respuesta del buque:

S = bde + brc

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Componente “de deriva”: bde

La expresión a utilizar es

Donde R es el radio de curvatura, L es la eslora, y K es la distancia desde el punto

giratorio a la popa del buque (o a la proa si fuera mayor) expresada como fracción de la

eslora total E

Entre las distintas expresiones que aparecen, al ser un buque de gran desplazamiento

(según la tabla de buques se ve que es el mayor de los portacontenedores) podemos

adoptar la expresión correspondiente a buques de mayores desplazamientos. En este

caso K depende de la relación entre la profundidad en la zona y el calado del buque:

h/D = 21/13.8 = 1.52

Al ser h/ > 1.50, el coeficiente K = 2/3, y por tanto:

Para el radio de la trayectoria curva se recomiendan 5, o mejor, 10 esloras si es posible.

Por tanto tomamos R = 10 L = 10 x 280 = 2.800 m. y se tiene

Componente debida a la velocidad de respuesta del buque: brc

El segundo término bre se obtiene en función de la maniobrabilidad del buque y del riesgo

máximo admisible durante la vida útil:

Maniobrabilidad del buque brc

Buena 0.20 x (1.50 – Emáx) x B

Media 0.40 x (1.50 – Emáx) x B

Mala 0.80 x (1.50 – Emáx) x B

Otros métodos se basan en las fórmulas de diseño de sobreanchos de canales conocidos.

Por ejemplo, la fórmula del canal de Gante:

En la figura 7 se muestran algunos trazados de tramos curvos para vías de navegación:

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Fig. 7. Trazados de un canal en curva.

- Cut-off: requiere menos dragado, pero presenta el inconveniente de que

provoca corrientes secundarias en las aristas que dificultan la navegación.

- Márgenes paralelas (sin sobreancho): si los radios son extremadamente

grandes

- Márgenes no paralelas

b) RECOMENDACIONES GENERALES DE TRAZADO EN PLANTA (ROM 3.1-99)

Para el trazado en planta de las vías de navegación, la ROM 3.1-99 establece las

siguientes recomendaciones:

- trazados rectilíneos (evitar los trazados en S).

- trazado en la dirección de las corrientes, vientos y/o oleajes (evitando las

corrientes transversales y los oleajes de través).

- evitar las áreas de acreción o depósito de sedimentos.

- el paso de secciones estrechas (puentes, bocanas…) se efectuará en tramos

rectos, manteniendo la alineación recta en una distancia mínima de 5 esloras

(L) del buque máximo, a uno y otro lado de la sección estrecha.

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- el radio de las curvas será como mínimo de 5 esloras (L) del buque de

mayores dimensiones que se prevé utilizará la vía navegable, utilizándose

preferiblemente radios de 10 esloras o más si es factible.

- la longitud de los tramos curvos no debe ser mayor que la mitad del radio de

la curva18

- los tramos rectos entre curvas deben tener, si es factible, una longitud de al

menos 10 veces la eslora (L) del buque mayor que se prevea utilizará la vía

navegable.

- la distancia de visibilidad medida en el eje de la vía de navegación debe ser

superior a la distancia de parada del buque de diseño, suponiendo que navega

a la velocidad máxima de navegación admisible en la vía.

- las transiciones entre tramos de diferente anchura se efectuarán ajustando las

líneas límites o de limitación mediante alineaciones rectas con variaciones en

planta no mayores de 1:10 (preferentemente 1:20) en cada una de ellas.

5.3.2. Bocanas de puertos

La navegación en el tramo afectado por la bocana se desarrollará a través de una vía de

navegación con trazado preferiblemente recto. Con independencia de la anchura de la

bocana del puerto que resulte del análisis de la vía de navegación en el tramo

correspondiente, se recomienda que, en el caso de que la bocana esté configurada por

los extremos avanzados de dos estructuras artificiales, la anchura nominal de la bocana

del puerto medida a la profundidad requerida por el buque de proyecto en las condiciones

operativas más desfavorables que se admitan, sea igual o superior a la eslora total del

citado buque.

Además de las dimensiones del buque de proyecto, existen otros factores que

condicionan el diseño de la bocana de entrada, entre los que cabe destacar:

- El grado de abrigo que se requiere en las dársenas e instalaciones interiores

del puerto: es necesario asegurar que la agitación en el interior del puerto es

suficientemente bajo para asegurar los niveles de operatividad en las

operaciones de los buques.

- La dinámica litoral de la zona: posibilidad de aparición de problemas de

aterramiento en el interior del puerto y la posible afección a playas

adyacentes.

- La intensidad de tráfico previsto

- Condicionantes en la limitación de las posibles ampliaciones del puerto

5.3.3. Áreas de maniobra

Se definen las áreas de maniobra como aquellas con la siguiente finalidad:

- parar el buque

- revirar el buque

- dar arrancada al buque

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La extinción natural o forzada de la arrancada del buque es la maniobra que se efectúa

para parar el buque. En el caso de que este proceso se realice parando las máquinas se

trataría de la extinción natural, y en el supuesto más frecuente de que se cambiase el

sentido de empuje de las hélices para actuar en marcha atrás, se trataría de la extinción

forzada.

La determinación del espacio de parada del buque se efectuará suponiendo que los

barcos se desplazan a las máximas velocidades de navegación admisibles en las vías de

navegación o rutas de acceso. Sobre las distancias así calculadas por métodos

determinísticos se aplicará un coeficiente de seguridad de 2.

A continuación se reproduce el procedimiento para la determinación de la distancia de

parada en navegación rectilínea, cuando la maniobra se efectúa sin ayuda de

remolcadores trabajando en retenida, tal y como se expone en el apartado 6.3.2 de la

ROM 3.1-99.

Deben tomarse en consideración dos parámetros fundamentales: La Resistencia del

buque el avance «Ra» y el Empuje del Propulsor en marcha atrás «Tv». A altas

velocidades predomina la Resistencia del buque al avance, mientras que para las

velocidades normales en áreas portuarias y vías navegables es más importante el

empuje del propulsor en marcha atrás.

Para las Áreas de Navegación y Flotación en los que la velocidad del barco al inicio de la

maniobra de parada no excede de 6 m/sg (≈ 12 nudos), la distancia de parada puede

calcularse por el Método de Chase simplificado, con la expresión siguiente:

donde:

Dp = Distancia de parada

Δ = Desplazamiento del buque, expresado en peso

g = Aceleración de la gravedad

Cm = Coeficiente de masa hidrodinámica que es el cociente entre la masa total del

sistema en movimiento (buque + agua que se moviliza con él) y la masa del buque. Para

este tipo de movimiento puede adoptarse un valor de Cm = 1.08

V0 = Velocidad absoluta del buque en el momento de iniciarse la maniobra de parada

Rao = Resistencia del buque al avance en el momento de iniciarse la maniobra de parada

Tp = Empuje del propulsor en marcha atrás durante la maniobra de parada. En el

supuesto de que no se conozca este empuje podrá efectuarse una estimación del mismo

suponiendo que el empuje del propulsor en régimen de máquinas «todo atrás)> tiene un

valor igual a los 2/3 del empuje propulsor con máquinas avante a velocidades de

servicio, que podrá evaluarse con los criterios recogidos en el Anexo ‘G18. Empuje del

propulsor con máquinas avante a velocidades de servicio’. Este empuje del propulsor en

régimen de máquinas «todo atrás» sólo se utilizará para el cálculo de distancias de

parada en maniobras de emergencia; para el cálculo de la distancia de parada en

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maniobras normales se supondrá que el régimen de máquinas atrás es «media» en cuyo

caso el empuje del propulsor en marcha atrás podrá evaluarse en 1/3 del empuje del

propulsor con máquinas avante a velocidades de servicio.

tri = tiempo de reacción necesario para invertir el empuje del propulsor desde el

momento en que se inicia la maniobra de parada hasta que se alcanza el valor en marcha

atrás, para el que se adoptará, en ausencia de datos más concretos, un valor de 20 s.

La formulación anterior está determinada en el supuesto de que se cumplan las dos

condiciones siguientes:

Tp ≥ Rao

condiciones que normalmente se cumplen en las Áreas objeto de estudio.

Las recomendaciones para los puertos marcan valores máximos de 4 ó 5 esloras, si bien

se entiende se trata de paradas partiendo de velocidades iniciales francamente bajas,

pues en estas zonas ningún flotador navega nunca a una velocidad superior a la mitad de

su velocidad comercial.

5.3.4. Dimensionamiento de las zonas de maniobras de reviro

Las dimensiones de las áreas de maniobra de reviro de buques, calculados por métodos

determinísticos, se establecerán de acuerdo con los criterios siguientes, según se

efectúen con auxilio o no de remolcadores.

a) MANIOBRAS SIN AYUDA DE REMOLCADORES

El área de maniobra de reviro, o espacio que necesita el buque para virar en redondo

invirtiendo su sentido de marcha, en el supuesto de que se efectúe sin auxilio de

remolcadores, es un círculo de radio «Rsr», cuyo valor se determinará con los criterios

siguientes, según que se efectúe con fondeo o sin fondeo de ancla.

Sin fondeo de ancla (ver fig. 8)

Rsr = R tg 30° + K L + 0,35 L

siendo:

Rsr = Radio del círculo de maniobra, para operación sin remolcadores.

L= Eslora total del buque.

R= Radio mínimo de la trayectoria del buque en marcha avante o marcha atrás,

para el que, a reserva de estudios de mayor detalle, se tomarán los valores

siguientes en función de la profundidad de agua en el emplazamiento:

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Profundidad de agua Radio mínimo

≥ 5.0 D 3,0 Lpp

1,5 D 3,5 Lpp

≤ 1.2 D 5,0 Lpp

siendo D el calado del buque y Lpp la eslora entre perpendiculares.

Estas dimensiones corresponden a condiciones de operación que no superen los

valores siguientes:

o Velocidad absoluta del viento V10.l min ≤ 10,00 m/s (20 nudos)

o Velocidad absoluta de la corriente Vc .1 min ≤ 0,50 m/s (1 nudo)

o Altura de ola Hs ≤ 3,00 m

En el supuesto de que se precise operar en condiciones meteorológicas más

elevadas, será preciso tomar en consideración las modificaciones que se producen

en estos radios de giro del buque siguiendo los criterios expuestos en el apartado

8.6.3.1.b de la ROM 3.1-99 ‘Proyecto de la configuración marítima de los puertos;

canales de acceso y áreas de flotación”

K= Distancia del punto giratorio a la popa del buque (o a la proa si fuera mayor),

expresado en fracción de la eslora total del buque (L).

Para los buques de mayores desplazamientos con formas de carena llenas

(petroleros, graneleros, etc.) que suelen ser críticos para el dimensionamiento de

las Áreas de Maniobras, K toma el valor 0,5 si la relación entre la profundidad de

agua en reposo (h) y el calado del buque (D) es h/D ≤ 1,20; mientras que si esta

relación h/D ³ 1,50 el valor de K= 2/3. Para embarcaciones rápidas (buques con

forma de carena finas) y embarcaciones deportivas el valor de K= 1.0.

coeficiente 0,35 = coeficiente que cuantifica el resguardo o Margen de Seguridad

(rhsd) en función de la eslora del buque (L) y que está determinado suponiendo

que la velocidad longitudinal del buque en el centro del círculo de maniobras no

supera los 0,20.

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Fig. 8. Área de reviro sin ayuda de remolcadores ni fondeo de anclas

Con fondeo de ancla (ver fig. 9)

Si el buque lleva a cabo la maniobra utilizando el ancla, ha de fondear la del costado en

cuyo sentido se efectúe el giro y dar máquina avante describiendo un círculo cuyo centro

es el ancla y cuyo radio se aproxima, según confirma la experiencia, a la eslora (L) del

buque, adoptándose habitualmente un radio del área de maniobra de 1,5 L, que toma en

consideración este efecto y un resguardo adicional en popa del buque o Margen de

Seguridad (rhsd) cifrado en 0,20 L.

Sobre el valor así determinado habría que considerar las imprecisiones que se podrían

producir en el punto de fondeo del buque derivadas de la inexactitud del método

empleado para situar la posición del buque y las producidas por la demora entre el

momento en que se da la orden de fondeo y el instante en que el ancla termina por hacer

cabeza en el fondo, influyendo también la bondad cartográfica y el grado de

adiestramiento del equipo de Puente de la unidad considerada. Todos estos factores

pueden evaluarse entre el 25% y el 50% de la eslora «L» del buque considerado,

supuesto que accede al centro del círculo de maniobra con una velocidad longitudinal no

mayor de 0,20 m/s y que las condiciones límites de operación no superan los valores

siguientes:

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Fig. 9. Área de reviro sin ayuda de remolcadores y con fondeo de anclas

Velocidad absoluta del viento V10.1 min ≤ 10.00 m/s (15 nudos)

Velocidad absoluta de la corriente V0.1 min ≤ 0,50 m/s (1 nudo)

Altura de ola Hs ≤ 2,00 m

b) MANIOBRAS CON AYUDA DE REMOLCADORES (figura 10)

En el supuesto de que las maniobras de reviro del buque se efectúen con ayuda de

remolcadores, las dimensiones resultantes del área de maniobras se esquematizan en la

figura 8, en donde se define una superficie a partir de un rectángulo central de anchura

«2BG» y longitud «2LG» que es donde puede quedar situado el centro de gravedad del

buque cuando accede al área de maniobras con una velocidad longitudinal no mayor de

0,20 m/s en el centro del rectángulo. Las dimensiones que f iguran en el esquema son las

siguientes:

BG ≥ 0,10 L

LG ≥ 0,35 L

Rcr ≥ 0,80 L

siendo «L» la eslora total del buque

Page 19: Tema 5_Configuración Marítima (1)

Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Fig. 10. Área de reviro con ayuda de remolcadores

Estas dimensiones mínimas del Área de Maniobras, conllevan un Margen de Seguridad

(rhsd) en todo el perímetro de valor 0.10 L, y están determinadas en el supuesto de que

las condiciones límite de operación no superen los valores siguientes:

Velocidad absoluta del viento V10.1 min ≤ 10.00 m/s (20 nudos)

Velocidad absoluta de la corriente Vc .1 min ≤ 0,10 m/s (0.2 nudos)

Altura de ola Hs ≤ 1,50/2,00 m según tipo de remolcadores disponibles

La potencia necesaria de los remolcadores para que se puedan adoptar los valores

mínimos del área de maniobras se calcularán según los criterios expuestos en el apartado

5.7 determinación de las necesidades de remolcadores de la ROM 3.1-99 ‘Proyecto de la

configuración marítima de los puertos; canales de acceso y áreas de flotación”, aplicados

a los valores límites de las condiciones climáticas indicados (si son compatibles con la

configuración y características del emplazamiento) suponiendo que las acciones

resultantes actúan simultáneamente. En el caso de que no se disponga de remolcadores

en la cuantía requerida podrán mantenerse las dimensiones del esquema recomendado,

adoptando unas Condiciones Límites de Operación inferiores, que sean compatibles con la

potencia de remolque disponible manteniendo los coeficientes de seguridad establecidos

en el citado apartado 5.7.

Page 20: Tema 5_Configuración Marítima (1)

Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

20

5.3.5. Fondeaderos

Cuando una embarcación arriba a puerto y no dispone de atraque, o simplemente no

tiene necesidad del mismo, debe fondear. Para ello los grandes puertos suelen disponer

de amplios espejos de agua abrigada donde realizar esta operación.

Para el dimensionamiento de fondeaderos, además del buque de proyecto, de las

condiciones medioambientales (oleaje, viento) y la configuración del emplazamiento

(disponibilidad de espacios para maniobra) será necesario tener en cuenta el número de

buques que se prevé que puedan estar fondeados y el tiempo de espera para poder

realziar la entrada a la zona portuaria.

La operación de fondeo consiste básicamente en arrojar el ancla, si bien caben algunas

maneras diferentes de realizar la maniobra:

Fondeo único: en el que barco se vincula a un punto solo. De esta manera el barco

queda a la gira, ya que el viento, las corrientes y el oleaje lo hacer girar alrededor del

punto de fondeo. Se puede hacer de dos maneras: largando el ancla de proa, o, más

raramente (en puertos deportivos es mucho más habitual), mediante amarre por proa a

una boya de amarre. Cuando se echa el ancla, se larga suficiente cadena como para que

no se produzca en ella tanta tensión que los movimientos del barco la arrastren. Una

longitud apropiada de cadena sería tal que el tramo horizontal midiese de cinco (barcos

pequeños) a tres (grandes barcos) veces el tramo vertical.

- El círculo que describe el barco en esta situación tendrá un radio R (tomando un

resguardo del 10% al 20% de la eslora):

barcos pequeños: R = 1,1 E + 5 h

barcos grandes: R = 1,2 E + 3 h

siendo:

E = eslora de la embarcación

h = profundidad local, considerando la marea.

Page 21: Tema 5_Configuración Marítima (1)

Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Fig. 11 Radio de borneo de un buque fondeado a la gira

El tamaño del fondeadero tendrá pues en cuenta la disposición de estos círculos, de

manera que sean tangentes unos a otros.

Fondeo doble: en el que el barco lanza dos cadenas, una a proa y otra a popa.

Con ello se consigue una menor ocupación de superficie. En efecto, la superficie ocupada

será:

S = E M α

donde:

E = eslora del buque

M = manga

α = coeficiente que oscila entre 1,5 (pequeños barcos) y 5 (grandes barcos), con una

disposición sensiblemente rectangular.

Page 22: Tema 5_Configuración Marítima (1)

Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

22

La agitación admisible en el fondeadero dependerá del tipo de embarcaciones que lo

utilicen, siendo un valor habitual admitir valores máximos de alturas de ola de 1,5 m.

5.3.6. Amarres

El momento final de la operación de la navegación termina con el atraque de la

embarcación, operación de gran importancia para el dimensionamiento de muelles.

Terminado el atraque el barco debe amarrar. Los barcos amarran mediante estachas,

traveses y coderas (springs), que constituyen las amarras del barco. La estachas se

largan por proa y popa, formando ángulos aproximados de 30°, y producen una sobre

ocupación total de muelle de 0.25 E (siendo E la eslora de la embarcación), por lo que

finalmente el barco amarrado ocupa una longitud de muelle de 1.25 E. Ahora bien, como

las estachas de dos barcos contiguos se pueden cruzar, la ocupación media será 13 E /12

– 1.08 E. Los traveses y coderas se largan desde el costado del barco, siendo más cortas

que las estachas. Los traveses se largan de manera similar a las estachas (el de la parte

más próxima a proa hacia proa, y el de popa hacia popa). Las coderas se largan al revés.

5.3.7. Dársenas y zonas de atraque

Los principales factores a tener en cuenta en el dimensionamiento de las dársenas y las

zonas de atraque son siguientes:

- Buque de proyecto (dimensiones máximas) que se prevé que pueda utilizar la

dársena.

- Tipología de las zonas de atraque y dimensiones principales de las mismas

(longitud de líneas de atraque)

- Condiciones de oleaje en el interior del puerto (agitación), principalmente en

las diferentes dársenas y zonas de atraque, así como la probabilidad de

presentación de fenómenos de ondas largas, así como otros agentes

meteorológicos como los regímenes de vientos y corrientes.

- Niveles de agitación admisibles en función de los distintos usos y operaciones

previstas en cada una de las zonas de atraque objeto de diseño.

- Límites de movimientos de buques, los cuales están relacionados con el tipo

de buque y sus dimensiones, así como con los sistemas de carga y descarga

que se prevé disponer en los diferentes atraques.

- Tipología de los paramentos de los contornos que delimitan las superficies de

tierra (paramento de muelles) los cuales pueden favorecer en mayor o menor

medida la absorción de la energía del oleaje en las dársenas (obras de atarque

de paramento antirreflejante o de baja reflexión)

- Posibles aterramientos de las zonas interiores por efecto de la sedimentación

de sólidos en suspensión (transporte sólido longitudinal en el tramo de costa).

- Características geotécnicas de los terrenos en la zona de emplazamiento.

- Posibilidad de ampliación de la instalación portuaria.

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Accesibilidad

Dimensiones de las dársenas

Longitud

Anchura

5.4. DISEÑO EN ALZADO

5.4.1. Introducción

En este capítulo se expondrán las líneas generales y aspectos a tener en cuenta para el

diseño en alzado de las diferentes zonas y obras que constituyen una instalación

portuaria.

El diseño en alzado es importante sobre todo porque está relacionado con las

dimensiones de los buques para los que se prevé la utilización de este tipo de

instalaciones. Así como las dimensiones en planta de una dársena o de una zona de

reviro deben ajustarse a las dimensiones en planta de los buques (eslora y manga), las

dimensiones en alzado deben definirse en función del calado de los mismos. Ello es

esencial para que la profundidad en todas las zonas que utilizará el buque, como son el

canal de acceso al puerto, la bocana, las zonas interiores de navegación y reviro, las

dársenas y los atraques, cuenten con la profundidad o calado adecuado que evite el

contacto del buque con el fondo. Esta situación puede provocar accidentes graves y en

todo caso la inutilización del puerto durante el tiempo en que el buque puede permanecer

inmóvil constituyendo un obstáculo para la navegación..

El calado no sólo está relacionado con las dimensiones del buque, sino que dependerá de

otros factores como el estado de carga del buque (en lastre o a plena carga), de las

condiciones de navegación, inclemencias meteorológicas, etc.

Además de la profundidad en las diferentes zonas de navegación, el diseño en alzado

contempla la definición de las cotas de las obras portuarias, principalmente las cotas de

muelles de atraque, y diques de abrigo.

Finalmente, en el interior de las áreas de navegación pueden existir ciertas estructuras o

instalaciones que vuelen sobre las mismas, como son los puentes, tendidos eléctricos,

etc., para cuyo dimensionamiento se requieren también utilizar criterios similares a los

del calado (dimensiones de los buques, niveles de las aguas, etc.).

La metodología y los criterios de diseño para la determinación del calado necesario y las

dimensiones en alzado se establecen con bastante claridad en la ROM 3.1-99, en el

capítulo 7, Requerimientos en Alzado.

En el presente capítulo se realiza un repaso general de dicha metodología, aunque para

un conocimiento detallado y sobre todo de cara a la resolución de problemas

relacionados con este aspecto del diseño se requiere la consulta de dicho documento.

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Se recuerda que los documentos del programa ROM se pueden descargar a través de la

página web de Puertos del Estado

5.4.2. Dimensionamiento del calado

El dimensionamiento del calado es esencial en los proyectos de nuevas instalaciones

portuarias y en proyectos de dragado, así como en ciertos estudios en los que se trata de

evaluar la navegación de un buque en zonas de calados controlados.

Al igual que para el diseño en planta, para el dimensionamiento en alzado se deberán

tener en cuenta diversos factores tales como:

- Características y distribución de tráfico de buques, destacando como factor

principal el calado del buque tipo de proyecto

- Vida útil de la estructura o instalación portuaria

- Condiciones de operatividad admitidas en la instalación portuaria

- Costes de construcción y costes de mantenimiento

El procedimiento a seguir en el dimensionamiento de las profundidades de las zonas de

navegación, puede sintetizarse en los dos puntos siguientes:

1) Calcular los calados ocupados por el buque, teniendo en cuenta la variación que

experimentan dichos calados debido al movimientodel buque o a facores

medioambientales (oleaje, marea, sobreelevaciones, etc.)

2) Incrementar los calados proporcionando un Margen de Seguridad

En el caso de que la instalación ya esté construida, puede ser necesario comprobar si los

calados existentes son adecuados ciertos tipos de buque para los que se prevea el uso de

la instalación.

Por su elevado interés, se ha reproducido en la página la figura 7.01. del capítulo 7 de la

ROM 3.1-99, en la que se resumen los diferentes factores y parámetros que pueden

intervenir en la determinación del calado en las Áreas de Navegación y Flotación.

A continuación se describen de forma resumida los diferentes parámetros que deben

considerarse en el dimensionamiento del calado.

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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5.4.2.1. Factores a considerar para el dimensionamiento del calado

Los siguientes factores deben tenerse en cuenta a la hora de abordar el diseño de las

profundidades en las áreas de navegación y flotación:

- Factores relacionados con el buque H1:

o Calado del buque

o Estado de carga

o Velocidad

o Factores externos: viento, oleaje

- Factores medioambientales H2

o Nivel de agua: marea meteorológica y astronómica

- Factores relacionados con el fondo H3

- Márgenes de seguridad para prevenir el contacto del buque con el fondo

Además de estos factores, entre los criterios para fijar el calado debe citarse la

operatividad de la instalación. En ocasiones es más conveniente un ahorro en dragado, a

costa de pequeñas pérdidas de operatividad. Es decir, la instalación no sería operativa

con niveles bajos de marea, pero compensaría económicamente. Esta decisión es función

del tráfico, tipo de buque y mercancía, etc.

Lo mismo puede decirse respecto a algunos factores relacionados con el buque. Si se

imponer que una vía sea navegable con un nivel de oleaje elevado, requerirá mayores

niveles de dragado y por tanto mayor coste.

A) FACTORES RELACIONADOS CON EL BUQUE

1) Calado Estático y estado de carga

Es el factor más determinante que define el calado necesario, sobre todo en las zonas

interiores y zonas de atraque.

El calado estático corresponde al calado del buque de proyecto. Hay que recordar que se

define como buque de proyecto, en el caso del calado l buque de mayor calado que se ha

considerado que puede operar en la instalación, según lo previsto en los requerimientos

funcionales de operación y explotac ión de la misma.

El calado estático debe ser facilitado por la propiedad, aunque si no se tienen datos,

puede considerarse que el mayor calado corresponde al buque de mayor desplazamiento.

Para determinar el calado del buque sería necesario considerar la situación o estado de

carga del buque en cada momento. Sin embargo, con el fin de estar del lado de la

seguridad, en general se considerará que el buque opera a plena carga, aunque la ROM

3.1–99 señala algunas excepciones:

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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- Astilleros, instalaciones de reparación y mantenimiento

- Otros supuestos que se indican en la ROM

2) Cambios en la densidad del agua

La densidad del agua afecta a la flotabilidad, originándose incrementos de clado del

orden del 3% cuando se pasa del agua salada (mar) a navegación en agua dulce (ríos).

3) Sobrecalado por distribución de cargas

Incrementos de calado producidos por trimados, escoras o deformaciones originadas por

diversas condiciones de carga.

4) Trimado dinámico o Squat

Es el aumento de calado debido al movimiento del barco a una velocidad determinada.

La metodología y expresión para su determinación se recoge en la ROM 3.1-99 y es

función entre otros parámetros de la velocidad relativa del buque con respcto al agua y

de las dimensiones del propio buque.

5) Oleaje

Los movimientos verticales del buque en presencia del oleaje dependen de las

condiciones de oleaje (altura, periodo, dirección), de las características del barco y de la

profundidad de agua en el emplazamiento.

Cuando los periodos son del orden del periodo natural de oscilación del buque se

producen fenómenos de resonancia, con un aumento considerable de los movimientos

verticales del buque. Para grandes buques son las ondas largas las más desfavorables,

mientras que para pequeñas embarcaciones los periodos críticos de oleaje son menores

(2-3 para embarcaciones de hasta 6 m de eslora; 3-5 hasta 12 m; 5-7 para 20 m).

La tabla 7.1 de la ROM 3.1-99 muestra, en función de la eslora, los movimientos

verticales del buque debidos al oleaje.

Como se ha comentado anteriormente, en ocasiones no es conveniente forzar el dragado

de una vía para hacerla navegable con excesivo oleaje, ya que estas operaciones son

muy costosas y no siempre están justificadas.

6) Viento

La acción del viento puede producir la escora del buque, dando lugar a sobrecalados. El

efecto es más desfavorable cuando la dirección del viento es transversal al buque.

La cuantificación del giro que se produce en la escora se puede determinar mediante la

expresión propuesta en la ROM.

7) Corrientes

Igualmente se propone una expresión que permite determinar el giro en la escora por

acción de las corrientes.

8) Cambios de rumbo

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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Los efectos producidos por el cambio de rumbo se explican en la ROM 3.1-99,

proponiéndose igualmente una fórmula para la determinación del giro.

9) Resguardo para seguridad y control de maniobrabilidad

Es el resguardo bajo la quilla que debe quedar para mantener el control de navegación.

En la tabla 7.2 de la ROM 3.1-99 se presenta una relación de resguardos de seguridad en

función del desplazamiento del buque.

10) Margen de seguridad

Es el resguardo vertical libre que debe mantenerse siempre entre el casco del buque y el

fondo.

B) FACTORES RELACIONADOS CON EL NIVEL DE LAS AGUAS

Entre los factores que afectan al nivel de las aguas cabe citar los siguientes:

- Marea Astronómica

- Marea meteorológica

- Fenómenos de resonancia producidos por ondas largas

- Regímenes fluviales

- Esclusas y dársenas esclusadas

En la tabla 7.3 de la ROM 3.1-99 se pueden encontrar los niveles de referencia para

determinar la profundidad en función de la intensidad de la carrera de marea.

Para la determinación del nivel de agua de referencia es necesario tener en cuenta

también el nivel de operatividad que se pretenda dar a la instalación.

C) FACTORES RELACIONADOS CON EL FONDO

Entre estos factores pueden citarse:

- Imprecisiones en la medida de la batimetría

- Depósito de sedimentos en el fondo: este efecto se puede producir de forma

frecuente en algunos puertos. En estos casos es habitual que el Puerto cuente con

campañas de dragado planificadas cuyo objetivo es recuperar el calado necesario

que se ha perdido por sedimentación de material.

- Tolerancia de dragado: se recomienda adoptar tolerancias de 0.3 m para suelos

blandos y de 0.5 para suelos rocosos.

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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5.4.2.2. Estimación del calado mediante criterios empíricos

A la vista de lo expuesto en el apartado anterior, para la determinación del calado es

necesario disponer de una información exhaustiva de todo tipo de parámetros asociados

con los factores que afectan a la navegación: factores relacionados con el buque, con el

nivel de las aguas y con el fondo.

Dado que pueden existir circunstancias en las que no sea posible disponer de la

información necesaria, y también para los casos en los que únicamente se requiera una

estimación del calado, en la ROM 3.1-99 se incluye una metodología que se basa en

criterios empíricos y que permite fijar el calado en una determinada zona en función de

las características de la misma.

En función del calado estático C, los calados que pueden considerarse, teniendo en

cuenta también el Margen de Seguridad son los siguientes (página de la ROM 3.1-99):

5.4.3. Cota de coronación de muelles

Según la ROM 3.1-99, la cota de coronación de muelles y obras de atraque debe ser

igual o superior al mayor de los niveles siguientes:

- Criterios de explotación: la cota debe fijarse en función de las dimensiones del

buque de mayores dimensiones para el que se prevea el uso del atraque. Los

valores que propone la ROM en función del desplazamiento del buque ( ) son los

siguientes:

o > 10.000 t: cota de coronación +2.50

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Curso de Proyecto de Obras Portuarias Bases de Partida. Buque de Proyecto

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o 10.000 > > 1.000 t: cota de coronación +2.0

o < 1.000 t: cota de coronación +1.50

o Eslora > 12 m: cota de coronación +1.0

o Eslora < 12 m: cota de coronación +0.50

- Criterios de no rebasablidad: se diseñará el nivel de los muelles en función del

nivel más alto de las aguas libres en condiciones extremales de diseño de los

agentes que afectan a dicho nivel (oelaje, mareas).

- Criterios de no rebasabilidad del nivel freático en el trasdós del muelle

- Criterios de drenaje

5.4.4. Cota de coronación de diques

La cota de coronación de los diques de abrigo se establecerá a partir de las condiciones

de oleaje incidente, siendo el criterio de la no rebasabilidad, o bien el de la tasa de

rebase admisible, el que debe adoptarse para su dimensionamiento.

El mayor o menor grado de rebase que puede permitirse dependerá del tipo de utilización

prevista en el lado abrigado.