Geotecnia aplicada a la adaptación de muelles a operación con grúas Post-Panamax

La evolución del transporte marítimo hacia una mayor contenerización y el aumento continuo del tamaño de los buques ha supuesto un reto relevante para las infraestructuras portuarias existentes. Numerosos puertos españoles se han visto obligados a adaptar sus infraestructuras para poder operar con buques portacontenedores de mayor capacidad (megabuques de hasta 24.000 TEU⁽¹⁾).

Las actuaciones necesarias incluyen, entre otros aspectos, el incremento del calado, la construcción de muelles más largos y reforzados, el empleo de grúas de mayor alcance y altura, la automatización logística y la mejora de los accesos ferroviarios.

En lo relativo a empleo de grúas STS⁽²⁾, la instalación de grúas tipo Post-Panamax o superiores que permiten operar para mangas de hasta 25 filas y mayor altura sobre cubierta, lo que implica la transmisión de cargas muy superiores a las consideradas en el diseño original de muchos muelles construidos en las décadas finales del siglo XX.

Estas nuevas grúas precisan el empleo de soluciones geotécnicas adaptadas a los nuevos requerimientos, tanto de cargas como de asientos.

Los puertos de Algeciras, Málaga, Bilbao, Vigo, Tenerife, Las Palmas, Valencia, Alicante, Barcelona o Huelva, entre otros, han incorporado estas grúas de mayor capacidad para su operación, asegurando así la posibilidad de competir en el mercado de los portacontenedores durante las próximas décadas.

En este contexto, el artículo presenta dos ejemplos reales de adaptación geotécnica de muelles existenes mediante soluciones de micropilotes y pilotes, ejecutadas manteniendo la operatividad portuaria.

Las grúas STS empleadas para la carga y descarga de buques portacontenedores presentan las características señaladas en la tabla 1.

Para incrementar sus prestaciones, las grúas precisan ampliar la distancia entre carriles, desde 15 hasta 35 metros. Dado que se mantiene el carril próximo al cantil, para reducir la distancia al buque, se suele modificar tan solo la viga trasera. Estas grúas llegan a duplicar la carga de rodaje, con valores que pueden superar 60 t/m, condicionando de manera decisiva el diseño de la cimentación de dicha viga.

Dado que lo habitual es mantener el carril más próximo al cantil, se intenta desplazar tan solo el carril trasero, construyendo una nueva viga trasera a lo largo de todo el muelle que, en la inmensa mayoría de los casos, precisa una cimentación profunda.

El terreno de apoyo de estas vigas traseras presenta litologías muy dispares. Las vigas traseras están fuera de las estructuras y cajones que constituyen el cantil, en zona de rellenos portuarios, con estratos que abarcan desde rellenos antrópicos y fangos hasta escolleras, siendo habitual atravesar estratos muy potentes sin apenas capacidad portante. Esto, sumado a la presencia de un freático salino y al trabajo en zona de carrera de marea, implica soluciones geotécnicas en ocasiones de cierta complejidad.

Las soluciones técnicas habitualmente empleadas son la cimentación mediante pilotes o micropilotes como apoyo de la viga, tanto a efectos de transmisión de cargas como de limitación de asientos empleando soluciones entubadas, que permiten atravesar los habituales rellenos y lodos portuarios sin desprendimientos ni afecciones ambientales.

Se acude a soluciones de micropilotaje cuando el terreno a atravesar (escollera, por ejemplo), dificulta gravemente atravesarlo mediante rotación y empleo de widia, siendo necesario el uso de la rotopercusión. El empleo del martillo reduce las incertidumbres de proyecto en cuanto a desviaciones tanto de plazo como de coste. La evolución de los equipos de micropilotes actuales han llevado al empleo habitual de maniobras por encima de los 300-350 mm entubados.

Se expone un caso de refuerzo de las vigas preexistentes mediante el empleo de micropilotes. El objetivo era mantener el tráfico portuario y operar con las grúas durante la ejecución de los trabajos, lo que obligó a instrumentar los carriles para asegurar el control de asientos en la fase de construcción.

La Autoridad Portuaria adjudicó los trabajos a la UTE SITE-SITESUR, desarrollándose los trabajos en la nueva base de contenedores de la Dársena del Este del Puerto de Tenerife, con el refuerzo de vigas para empleo de grúas SuperPostPanamax. Se efectuaron 322 unidades de micropilotes de diámetro 180 mm de unos 30 metros de longitud, perforando 9.455 metros a través de rellenos, bolos y escollera, arenas y limos para empotrarse en el estrato subyacente de basalto inalterado (ver figura 2). Se empleó tanto entubación recuperable como camisa perdida de PVC para evitar pérdidas de lechada.

La heterogeneidad del terreno obligó a efectuar diversas pruebas de perforación, empleando martillo en fondo en los estratos de bolos y escollera más potentes, mientras se emplearon bits de policristalino (PDC) al atravesar arenas y limos, evitando cambiar de maniobra para empotrarse en los basaltos.

Se movilizaron 3 equipos de perforación (ver foto 1), planificando semanalmente sus zonas de trabajo para permitir la operativa del muelle, que a su vez se dividió en 3 zonas. Los equipos se desplazaban a su zona de trabajo, dejando libre siempre las zonas de carga y descarga, y teniendo en cuenta que mientras el buque atracaba en zonas aledañas los noráis más próximos estaban activos, impidiendo la actividad en las inmediaciones.

Durante la ejecución de los trabajos, se efectuaron 3 ensayos de arrancamiento de los micropilotes (ver foto 2), que permitieron comprobar y calibrar los parámetros de diseño adoptados.

Los micropilotes se anclaron a la viga mediante placas, procediéndose finalmente al reasfaltado de las zonas dañadas. Durante la ejecución de los trabajos, la operación portuaria se desarrolló con normalidad, sin afecciones a la actividad.

Este segundo caso se trata del Muelle 3 del Espigón Norte de Raos, que es un muelle de cajones de hormigón armado construido a finales de los años 80, con una longitud total de línea de atraque de 569 m y un calado operativo de 13 m. La actuación expuesta corresponde a la ampliación de 170 m de dicha línea de muelle para su utilización como atraque de una nueva terminal de contenedores, que anteriormente se empleaba como muelle de graneles. La licitación de los trabajos fue adjudicada por la Autoridad Portuaria de Santander a la UTE SITE – Europea de Ingeniería y Obra Civil para dar servicio al operador Boluda Maritime Terminals SA.

La terminal se equipa con grúas STS Post-Panamax con una separación entre carriles de 20 m y un peso total del orden de 850 t. El carril lado mar se apoya sobre sobre el muelle de cajones existente, mientras que el carril lado tierra se dispone sobre el trasdós del muelle, lo que hace necesaria la ejecución de una nueva viga con cimentación profunda (ver figura 3), que se apoya sobre los rellenos portuarios y atraviesa la banqueta de escollera.

Figura 3.- Sección transversal del muelle.

El reconocimiento geotécnico específico incluyó sondeos, ensayos SPT y ensayos presiométricos, entre otros. Bajo los rellenos antrópicos del trasdós del muelle, con espesores del orden de 20 m, aparece un sustrato de arcillas del Keuper de consistencia firme a muy firme, adecuado para la transmisión de cargas mediante cimentación profunda.

Los estratos atravesados son los siguientes (ver figura 4):

• Rellenos antrópicos, principalmente granulares: Arenas con alguna intercalación fangosa de baja compacidad. En profundidad, el tamaño de la granulometría aumenta hasta convertirse en relleno de cantera.El espesor medio de los rellenos es del orden de los 20 metros (varía entre 17 m y 26 m).
• Escollera: La banqueta se atravesó en casos puntuales, tal y como estaba previsto.
• Arcillas del Keuper alteradas: arcillas que están alteradas con ensayos SPT inferiores a 25 golpes. La zona de alteración de las arcillas identificada bajo el muelle se concentra, principalmente, en los primeros metros más superficiales de arcilla, por encima de la cota -22,50 m.
• Sustrato Keuper: En el sustrato Keuper con facies predominante arcillosa. Las arcillas presentan gravas de argilitas y cristales de yesos diseminados, y se pueden clasificar como de consistencia muy firme, con golpeos en el entorno de los 30 golpes e incluso superiores. Las arcillas existentes presentan una resistencia en condiciones no drenadas muy elevada, fruto de la compactación del terreno a lo largo de las últimas décadas.

• Fase de diseño

Los ensayos presiométricos permitieron optimizar el dimensionamiento de los pilotes, al cuantificar mejor la resistencia del terreno frente a una carga de aplicación rápida, considerando un cierto comportamiento no drenado del terreno frente al paso de las grúas, que transmiten la carga al terreno de forma más o menos instantánea a medida que se van moviendo a lo largo del muelle.

Para la comprobación de la estabilidad del muelle se tomó la sección tipo del terreno más desfavorable del muelle, considerando 6,50 metros de arcillas alteradas, modelizando condiciones sin drenaje al aplicar cargas durante la fase de construcción.

En el dimensionamiento de los pilotes se consideraron dos zonas estratigráficas diferenciadas, en función del espesor de alteración de las arcillas, determinado dos longitudes de pilote de 26,50 m y 35 m longitud.

Bajo estas condiciones, los máximos asientos esperables estimados en el muelle existente (viga lado mar) estarían en el orden de los 4 cm, mientras que el asiento esperable de los pilotes de cimentación del carril trasero está en el orden de 1 cm. De este modo, cabría esperar un asiento diferencial máximo entre carriles de unos 3 cm, generando una distorsión angular asumible por la grúa.

La cimentación de la viga de hormigón armado de 1,50 x1,50 m x m de sección se efectúa mediante pilotes excavados in situ de 1,00 m de diámetro. Los pilotes se entuban atravesando los rellenos y transmiten las cargas directamente al estrato competente. Los pilotes son de una longitud entre 26-35 metros, empleándose un total de 34 unidades.

• Ejecución

Las obras se iniciaron en mayo de 2025, con un plazo previsto de 5 meses. La obra se finalizó reduciendo los plazos previstos para la puesta en servicio del muelle, cumpliendo con la planificación en la operativa portuaria.

A lo largo de la ejecución el muelle se mantuvo operativo, inicialmente como muelle de graneles y posteriormente reciclándose a tráfico de portacontenedores, poniendose en funcionamiento la grúa en diversas secciones de muelle grúa durante la ejecución a medida que avanzaban los trabajos.

Se emplearon 2 equipos de pilotes para acelerar los trabajos, manteniendo la plataforma de trabajo en excelentes condiciones para permitir el descabezado y la ejecución de la viga carril por tramos (ver foto 3). Finalmente, se recreció toda la plataforma mediante losa de hormigón de muy altas prestaciones (RCS=100 Mpa), recuperando las galerías de servicios preexistentes y reponiéndose los servicios afectados.

Respecto al control de calidad, se efectuaron ensayos cross-hole en el 100% de los pilotes, mediante la instalación de 3 tubos en cada pilote, sin detectarse anomalías significativas en ninguno de ellos.

Bibliografía

• Puertos del Estado (2005).ROM 0.5-05. Recomendaciones Geotécnicas para Obras Marítimas y Portuarias. Ministerio de Fomento, Madrid.
• Puertos del Estado (2011). ROM 2.0-11. Recomendaciones para el Proyecto y Ejecución de Obras de Atraque y Amarre. Ministerio de Fomento, Madrid.
• Autoridad Portuaria de Santander (2024). Proyecto de Ampliación Vías Grúas Muelle Raos 3. Documentación técnica interna.
• Autoridad Portuaria de Tenerife y Acciona Ingenería (2019). Proyecto de Refuerzo de la Viga Flotante de la nueva base de contenedores Super Post Panamax.
• ICINSA – Ingeniería del Suelo (2021). Informe geotécnico de la campaña realizada en el muelle nº 3 de Raos. Santander.
• Ingeniería del Suelo (2022). Informe de análisis geotécnico para la reconversión del muelle de Raos 3. Santander.
• Liebherr Maritime Cranes. https://www.liebherr.com/es-es/gruas-maritimas Ship-to-Shore Container Cranes – Technical Specifications. Documentación técnica del fabricante.

⁽¹⁾ TEU= Twenty-foot equivalent Unit. Unidad de medida estándar en transporte marítimo, que representa la capacidad de carga de un contenedor de 20 pies.

⁽²⁾ STS = Ship to Shore, denominación de las grúas portico marítimas para descarga de buques