En este artículo se harán algunas consideraciones sobre los distintos tipos de muelle que se presentan y las alternativas constructivas de los mismos. La infraestructura puede estar conformada por tablestacas, pilotes hincados o pilotes pre excavados. La superestructura puede ser fundida en sitio o prefabricada o cualquier combinación entre las dos. La mejor combinación en términos técnicos y económicos no resulta evidente en un principio, por lo que se requiere un cuidadoso análisis de los costos involucrados en las distintas alternativas posibles.
Existen dos tipos principales de muelles, los muelles de tipo cerrado y los muelles de tipo abierto. Los muelles de tipo cerrado son aquellos en los que la superestructura del muelle se coloca sobre el suelo y éste se confina perimetralmente con un sistema de tablestacado. En los muelles abiertos la placa portuaria es construida sobre los pilotes, de tal manera que el agua pasa por debajo del muelle.
En Colombia se han construido muelles de los dos tipos, siendo muchos más los muelles construidos del tipo abierto sobre pilotes. La selección de cual es más adecuada en un caso dado depende de una serie muy variada de factores.
MUELLES CERRADOS CON TABLESTACAS
Uno de los factores que determina el tipo de muelle a diseñar consiste en su ubicación física. Si se trata de un muelle marginal, pegado a la costa o parcialmente incrustado en tierra, esto favorece la construcción de un muelle cerrado. En esta ubicación los volúmenes de material de relleno son bajos y su colocación desde tierra se facilita.
Así mismo, si el proyecto contempla realizar dragado y el material existente es de características apropiadas para el relleno en la zona del muelle, resulta un punto a favor de esta solución.
Otro de los factores que influye en la selección es las características del material en la zona en donde se ancla la tablestaca. Si el terreno es de adecuada capacidad portante para el anclaje de las tablestacas éstas resultan más cortas y por lo tanto más económicas. Pero, si el material es rocoso, es decir, muy duro, entonces la tablestaca no penetra en el terreno, por lo que resulta muy complicada su instalación.
Por otra parte, las tablestacas que se utilizan en este tipo de muelle pueden ser metálicas o de concreto. Las tablestacas en concreto son más económicas, siendo viables cuando las profundidades en el sitio no sean muy grandes y el tipo de suelo permita su penetración en el estrato portante. Garantizar la estanqueidad también representa un reto en las tablestacas de concreto y debe ser resuelto con ingenio.
También, hay que tener en cuenta que los muelles siempre estarán en área propiedad de la nación, por lo que la ley establece el pago de una suma anual como contraprestación por su uso. En las instalaciones en tierra se paga el 1,6 % del valor estimado del terreno ocupado, mientras que en las instalaciones acuáticas se paga una décima parte de este valor. En los muelles cerrados la nación exige el pago del 1,6 % sobre el valor calculado del terreno, mientras que en los muelles abiertos se paga solamente el 0,16%. Cuando la terminal mueve un volumen considerable de carga el valor de la contraprestación por infraestructura suele ser poco significativo respecto al valor total de la contraprestación que hay que pagar.
MUELLES ABIERTOS SOBRE PILOTES
En los muelles abiertos, los pilotes utilizados pueden ser hincados o pueden ser pre excavados. Además, los pilotes hincados pueden ser en concreto o metálicos.
Pilotes hincados
En los pilotes hincados en concreto el material resulta más económico, pero son muy pesados, por lo que los equipos requeridos pueden resultar muy costosos. Además, en pilotes largos deben realizarse empalmes, los que resultan muy complicados y costosos. Por esta razón, actualmente, son poco utilizados. En los pilotes tubulares de acero, el material es más costoso pero los equipos de hinca son más económicos debido al menor peso de los pilotes.
Por otra parte, los equipos de hinca, tanto para pilotes de concreto como metálicos, permiten que éstos se instalen inclinados, lo que les da mayor versatilidad, si así lo requiere el diseño. Además, los registros del número de golpes en el momento de la hinca, permiten determinar la capacidad real que tiene cada pilote con un muy buen grado de certeza.
En cierto tipo de estructuras, como los dolphins (piñas o duques de alba), es casi imperativo utilizar pilotes inclinados por su mayor eficiencia para absorber la energía de los buques en el momento del atraque.
Pilotes pre excavados
Los pilotes pre excavados se utilizan con mayor frecuencia que antes, ya que esta solución, cuando se puede aplicar, puede resultar más económica. Los pilotes pre excavados requieren un estricto control de calidad y un muy cuidadoso sistema de colocación. Debido a que el fragüe del concreto se da dentro del agua, se debe garantizar que no haya movimiento de los pilotes antes de haber obtenido la resistencia necesaria. Esto obliga a implementar un muy buen arriostramiento en la cabeza de los pilotes o a la necesidad de estructuras temporales para lograr este efecto. Esta es una de las razones por lo que la normatividad internacional respecto al proceso constructivo de pilotes pre excavados resulta más estricta que la práctica actualmente utilizada en Colombia.
PLATAFORMAS PORTUARIAS
Las plataformas de trabajo que conforman la superestructura pueden ser fundidas en sitio o ser ejecutadas con diverso grado de prefabricación. Anteriormente, se desarrollaban soluciones en su gran mayoría fundidas en sitio, pero actualmente se presenta una tendencia a aumentar el nivel de prefabricación durante la construcción de los muelles.
Los elementos principales que componen la plataforma del muelle son un conjunto de vigas que van colocadas sobre la cabeza de los pilotes, una loza de concreto apoyada sobre las vigas y una viga de borde en donde van ubicadas las defensas de neopreno.
Una opción utilizada usualmente contiene:
1. Vigas fundidas en sitio
Después de colocar los pilotes, se instala el encofrado, se coloca el refuerzo y se vacía el concreto de las vigas. Para realizar esta operación el enconfrado se apoya sobre los pilotes o se coloca un entramado con estructura autoportante del cual se descuelga este enconfrado.
2. Elementos prefabricados entre las vigas
Entre viga y viga se colocan prefabricados en concreto, que pueden ser de diverso tipo. Usualmente son elementos pretensados de dimensiones que permiten su adecuada manipulación y colocación.
3. Losa superior fundida en sitio
En la parte superior de la plataforma se funde en el sitio una última capa e concreto para completar las dimensiones necesarias y garantizar un acabado final apropiado.
4. Viga frontal descolgada para la ubicación de las defensas de neopreno.
La viga de borde exterior generalmente es descolgada y con un área de apoyo adecuada para ubicar allí las defensas de caucho. Puede ser fundida en el sitio o prefabricada.
En esta otra opción se incrementa el nivel de prefabricación en los muelles:
1. Vigas prefabricadas
En esta opción se prefabrican parcialmente las vigas que van ubicadas entre los pilotes. Usualmente este prefabricado tiene forma de cajón. Luego se ubican sobre los pilotes y una vez posicionadas en su sitio se colocan los aceros de refuerzo y se vacían los espacios faltantes teniendo especial cuidado en garantizar la continuidad de todo el sistema.
2. Elementos prefabricados entre las vigas
Como se indicó anteriormente, entre viga y viga se colocan los prefabricados en concreto, los que suelen ser elementos pretensados de dimensiones apropiadas para su adecuado manejo.
3. Losa superior fundida en sitio
Esta fase requiere ser fundida en el sitio, independientemente de que los demás elementos que se utilicen sean prefabricados.
4. Dados en concreto prefabricados para el apoyo de las defensas
La viga de borde en donde va ubicada las defensas se prefabrica, se coloca en el sitio y se vincula a las vigas previamente colocadas.
ASPECTOS ECONÓMICOS
Como se puede ver, debido a la enorme cantidad de variables que intervienen, la mejor solución para un caso dado no resulta obvia y, a veces, cuando se selecciona una opción de diseño, nunca se sabrá si ésta era la más económica. Además, el costo de los elementos importados son de una alta variabilidad debido a la volatilidad de la tasa de cambio del dólar, por lo que, lo que resulta adecuado en un momento dado, puede resultar más costoso en otro momento. Esto es especialmente cierto para el caso del acero, que presenta una alta tasa de volatilidad del precio en los mercados internacionales.
Los costos asociados con la construcción de un muelle son de gran magnitud y no se debe escatimar ningún esfuerzo en aplicar ingeniería de valor para optimizar su solución. Se deben analizar concienzudamente diversas opciones para el diseño de un muelle antes de realizar el diseño de detalle