Capítulo VII Configuración Marítima del Canal

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ACTUALIZACIÓN A NIVEL DE FACTIBILIDAD (DEFINITIVO) DE LOS ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD Y DE DISEÑO DEL CANAL DE ACCESO A LOS MUELLES DEL TERMINAL MARÍTIMO SIMÓN BOLÍVAR PARA DETERMINAR EL DRAGADO A LA PROFUNDIDAD DE 11 METROS CON RESPECTO AL MLWS; EN EL CANAL EXTERNO (BOYA DE MAR A BOYA 13, INCLUYE EL SECTOR DE LOS GOLES).

LOS ESTUDIOS A ACTUALIZARSE SON LOS CONTRATADOS POR LA AUTORIDAD PORTUARIA DE GUAYAQUIL CON LA ASOCIACIÓN GEOESTUDIOS – CONSULSUA Y ENTREGADOS POR ESTA EN EL AÑO 2012.

Capítulo VII

Configuración Marítima del Canal

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TABLA DE CONTENIDO

7 CONFIGURACIÓN MARÍTIMA ... Error! Bookmark not defined.

7.1 Introducción ... 5

7.2 Área de Estudio ... 6

7.3 Condiciones Náuticas del Canal de Acceso ... 6

7.4 Señalización del Canal de Acceso ... 9

7.5 Configuración del Canal de Acceso ... 10

7.6 Predimensionamiento en planta del canal de acceso ... 11

7.6.1 Estudios previos ... 11

7.6.2 Estudios previos ... 13

7.7 Maniobrabilidad ... 16

7.8 Programa SHIPMA 7 ... 16

7.8.1 Descripción Matemática del Modelo ... 17

7.9 Condiciones Oceanográficas ... 19

7.10 Navegabilidad ... 20

7.11 Operatividad ... 23

7.12 Comprobación de las Dimensiones del Canal de Navegabilidad ... 25

7.13 Criterios Operacionales ... 28

7.13.1 Conclusiones Actualización de la Configuración Náutica ... 28

7.13.2 Configuración de un VTS para el Canal de Acceso al Puerto de Guayaquil ... 29

7.13.2.1 Alcance... 29

7.13.2.2 Descripción General de un VTS ... 29

7.13.2.3 Configuración del Sistema en el Canal de Acceso del Puerto de Guayaquil 33 7.13.2.4 Determinación de Puntos y Áreas de Cobertura ... 35

7.13.2.5 Configuración por Cada Punto Remoto ... 39

7.13.2.6 Configuración General ... 40

7.13.2.7 Características Generales de los Equipos ... 41

7.13.2.8 Sensores ... 42

7.13.2.9 Requisitos para la instalación de un VTMS ... 45

7.13.2.10 Presupuesto Estimado ... 46

7.13.3 Mejoramiento del Sistema de Boyado y Balizamiento ... 47

7.13.3.1 Señalización Marítima y Ayudas a la Navegación ... 48

7.13.3.2 Normativa en relación a la Señalización Marítima ... 48

7.13.3.3 Boyas y Enfiladas en el Canal de Acceso a Puerto Marítimo de Guayaquil 48 7.14 Anexos ... 52

7.14.1 Anexo A Navegabilidad en el Canal Externo ... 52

7.14.2 Anexo B Simulación ... 53

GADM DE GUAYAQUIL ACTUALIZACION A NIVEL DE FACTIBILIDAD (DEFINITIVO) DE LOS REVISIÓN: 01 Página

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7.14.3 Anexo C Imágenes Condiciones ... 54 7.14.4 Anexo D Señalización Marítima ... 55 7.14.5 Anexo E Medición de sedimentos en la Columna de agua del Canal .... 56 7.14.6 Anexo F Planos ... 57

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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Coordenadas de la Boya Mar hasta la Boya 13 ... 8

Tabla 2 Sobreanchos de maniobra en canales de acceso ... 11

Tabla 3. Resumen de las dimensiones del canal de acceso ... 13

Tabla 4. Criterios para el diseño del ancho de canal ... 14

Tabla 5. Criterios de diseño para el ancho de canal de una vía ... 14

Tabla 6. Características del eje del canal de Navegación ... 20

Tabla 7. Porcentaje de Operatividad ... 24

Tabla 8. Características de barco Panamax ... 25

Tabla 9. Características de barco Panamax ... 26

Tabla 10 diseño geométrico del canal de acceso Externo al Puerto de Guayaquil ... 28

Tabla 11 Referencias de la Importancia de Contar con VTS ... 30

Tabla 12. Riesgos Identificados por Tramos Canal de Acceso al Puerto de Guayaquil ... 34

Tabla 13. Clasificación de contactos para detección de radares en sistemas VTS ... 36

Tabla 14. Altura de Antenas y detección de blancos ... 37

Tabla 15. Presupuesto Estimado de Instalación de un Sistema VTS para Control de Tráfico en el Canal de Acceso al Puerto de Guayaquil ... 47

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INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Imagen de satélite mostrando la ubicación del área de estudio ... 6

Figura 2 Zona de los Goles ... 8

Figura 3. Ubicación de Boyas desde la Boya Mar hasta la boya 13 ... 9

Figura 4. Zona con tráfico de un corredor ... 10

Figura 5. Factores para la determinación de la profundidad del canal ... 12

Figura 6. Ancho del canal de navegación ... 14

Figura 7. Eje del canal de proyecto ... 15

Figura 8 Cambio de ancho del canal ... 15

Figura 9. Diagrama de flujo del modelo SHIPMA7 ... 17

Figura 10. Sistemas de referencia utilizados por SHIPMA7 ... 18

Figura 11. Descripción del autopiloto a partir de un eje deseado ... 19

Figura 12Batimetría del canal de acceso desde la Boya de mar hasta la Boya 13 ... 20

Figura 13. Sección del canal de la Boya de mar a la Boya 7 ... 21

Figura 14. Sección del canal de la Boya 7 a la Boya 13 ... 22

Figura 15. Acceso de buques con diferentes calados para diferentes condiciones de marea ... 24

Figura 16. Porcentaje de operatividad de las embarcaciones ... 25

Figura 17. Panamax ... 26

Figura 18. Post-panamax ... 27

Figura 19. Escenarios modelados ... 27

Figura 20. Configuración Básica de un Radar ... 32

Figura 20. Ejemplo de Camaras de Vigilancia (CCTV) ... 33

Figura 21. Riesgos Carta de Evaluación de Riesgos por Tramos en el Canal de Acceso al Puerto de Guayaquil ... 35

Figura 23. Cobertura Proyectada de Radares ... 38

Figura 24. Cobertura Proyectada de Cámaras (CCTV) ... 39

Figura 25. Componentes Generales de una estación de monitoreo remoto ... 40

Figura 26. Configuración General del Sistema VTS ... 41

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7 CONFIGURACIÓN MARÍTIMA

7.1 Introducción

El presente estudio de configuración marítima toma como referencia el Capítulo 21 Ajuste del Escenario Recomendado de los “Estudios de Prefactibilidad, Factibilidad y de Diseño para Determinar el Dragado a la Profundidad de 11 m respecto al MLWS”

elaborado en 2012 por la Asociación Geoestudios - Consulsua para la Autoridad Portuaria de Guayaquil. En dicho trabajo se determinó que el ancho recomendado para el canal de acceso en el tramo marino sería de 160 m en tramos rectos y 170 m en tramos curvos.

Como parte de la actualización de los trabajos mencionados se utilizaron criterios adicionales de evaluación del dimensionamiento del canal de acceso al Puerto de Guayaquil, entre ellos se incluyó la evaluación de las dimensiones bajo la propuesta incluida en The Coastal Engineering Manual1,cuyos cálculos dieron como resultado un ancho de 136,96 m para el canal de acceso, solo tomando en cuenta una maniobrabilidad mala de las embarcaciones, sin considerar ninguna condición de corriente, sin embargo, al conocer que en el tramo analizado se presentan invariablemente corrientes producidas por condiciones oceanográficas, el cálculo del ancho de canal tomando en cuenta la máxima velocidad de corrientes de acuerdo a las mediciones puntuales realizadas en la zona en el año 2007 por el Instituto Oceanográfico de la Armada, se obtiene un ancho mínimo de 149,8 m. Con esta revisión de dimensionamiento y los resultados obtenidos en 2012 por la Asociación Geoestudios - Consulsua se puede observar que no existen diferencias considerables, concluyéndose que el ancho propuesto del canal se conservará en 160m para los tramos rectos y 170 m para los tramos curvos.

Entonces, con la finalidad de corroborar que estas dimensiones propuestas son las adecuadas para que los buques puedan maniobrar, se realizó además una simulación de maniobrabilidad en tiempo acelerado mediante la utilización del programa SHIPMA7, desarrollado por el Maritime Research Institute Netherlads (MSCN) y WL/DELFT Hydraulics. La simulación se realizó con condiciones empíricas expresadas en consultas efectuadas prácticos calificados que dan sus servicios en el Canal de Acceso al Puerto de Guayaquil, liderados por el especialista en navegabilidad de la Asociación del Puerto Libertador Simón Bolívar de Guayaquil, la información se presentan en el Anexo A del presente documento.

Para realizar las corridas en el modelo se eligió un buque portacontenedores POSTPANAMAX de 330 m de eslora, 42,8 m de manga y 11,6 m de calado y un buque portacontenedores PANAMAX de 273 m de eslora, 32,2 m de manga y 11,6 m de calado, ambos barcos modelados matemáticamente dentro del programa SHIPMA7. Los resultados de la simulación se presentan en el Anexo B. Los principales resultados de la simulación nos indican que el ancho propuesto de canal es adecuado para los 2 buques analizados cuando se presentan condiciones en calma como cuando se someten a las condiciones extremas expresadas por los prácticos.

Como un estudio comprobatorio más detallado se sugiere incorporar patrones de corrientes y oleajes ya sea medidos en campo en períodos con valor estadístico o bien derivados de un modelo de simulación hidrodinámica avanzado que permita incorporar

1Coastal Engineering Manual. U.S. Army Corps of Engineers

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campos de corrientes generados por la acción simultánea de vientos, mareas y oleajes. Con estos datos se estaría en posibilidades de calibrar el modelo de simulación de una manera más precisa.

Es importante mencionar que con el dragado del canal de navegación a 11 m referidos al MWLS un buque POST PANAMAX (calado de 11,6 m) podrá utilizar el canal en condiciones navegables durante el 41% del tiempo anual, es decir, durante 3.592 horas anuales, mientras que un buque con un calado de 10 m puede operar el 98% del tiempo anual.

7.2 Área de Estudio

El presente capítulo contiene la Configuración Náutica, en el canal de acceso externo entre la Boya de Mar y la Boya 13 con una longitud de 19,125 km, en el Golfo de Guayaquil, provincia de Guayas.

Figura 1. Imagen de satélite mostrando la ubicación del área de estudio

Fuente: Google Earth

Elaborado por: Grupo Consultor, 2014

7.3 Condiciones Náuticas del Canal de Acceso

El acceso al Puerto de Guayaquil se realiza a través de un brazo natural conocido como Canal del Morro y luego se denomina Estero Salado.

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− Canal Exterior (10.8 millas náuticas).

− Canal Interior (40.2 millas náuticas).

El ancho del canal es de 122 m y de acuerdo con la Autoridad Portuaria de Guayaquil, y se cuenta con una profundidad de 10,5 m.

El canal se encuentra sujeto a la acción de las mareas, dos pleamares y dos bajamares diarias, que varían a lo largo del mismo y también de acuerdo con la época.

La amplitud promedio de la marea a la entrada es de 1.8 m y al pie del muelle es de 3,8 m.

En el canal de acceso existe un sistema de ayuda a la navegación, que está compuesto por balizas, boyas, enfiladas y faros que se ubican a lo largo del canal, así como en las riberas adyacentes al mismo.

Fotografía 1. Boya de Mar Fotografía 2. Boya 13

Actualmente el puerto de Guayaquil se enfrenta a una problemática sobre la profundidad del canal de acceso, al respecto el presidente de la Asociación de Prácticos, en agosto de 2013 mencionó que “los barcos de hasta 8,2 m de calado pueden ingresar a toda hora por el canal, y los que llegan hasta 9,75 m (máximo permitido), deben esperar la marea alta”, por otra parte los prácticos sugieren que se realice un dragado de apertura en roca a la altura de Los Goles, que abarca el trayecto entre la Boya 8 y la Boya 12.

El presidente de la República, Rafael Correa, indica que en estos momentos para ingresar y salir del Golfo los barcos se demoran ocho horas, y además hay que esperar que suba y baje la marea.²

2 Noticia del 7 de agosto de 2013

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Figura 2 Zona de los Goles

Fuente: Google Earth 2013 Elaborado por: Grupo Consultor, 2014

El estudio de actualización solicitado por el Municipio de Guayaquil se enfoca principalmente al denominado “canal externo” que abarca la zona desde la boya de mar hasta la Boya 13. Las coordenadas de las boyas se presentan en la siguiente tabla.

Tabla 1. Coordenadas de la Boya Mar hasta la Boya 13

Boya Latitud Longitud

Boya de mar 02°44.56’ S 080°24.88’ W Boya 1 02°44.28’ S 080°23.78’ W Boya 2 02°44.52’ S 080°23.79’ W Boya 3 02°43.98’ S 080°22.16’ W Boya 4 02°44.19’ S 080°22.11’ W Boya 5 02°43.70’ S 080°20.72’ W Boya 6 02°43.92’ S 080°20.68’ W Boya 6a 02°43.77’ S 080°19.33’ W Boya 7 02°43.48’ S 080°19.32’ W Boya 8 02°44.22’ S 080°18.46’ W Boya 8a 02°44.78’ S 080°17.76’ W Boya 9 02°44.94’ S 080°17.44’ W Boya 10 02°45.17’ S 080°17.37’ W Boya 11 02°45.73’ S 080°16.52’ W Boya 12 02°45.84’ S 080°16.61’ W Boya 13 02°46.38’ S 080°15.57’ W Enfiladas DATA1 02°43.32’ S 080°18.15’W

Los Goles

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Boya Latitud Longitud Enfilada A1 02°47.56’S 080°14.57’W Enfilada A2 02°48.27’S 080°13.76’W Fuente: Derrotero de las Costas Ecuatoriana 2005 INOCAR

En la siguiente figura se muestra la ubicación de la Boya Mar hasta la Boya 13.

Figura 3. Ubicación de Boyas desde la Boya Mar hasta la boya 13

Fuente: Google Earth Elaborado por: Grupo Consultor, 2014

7.4 Señalización del Canal de Acceso

El canal de acceso cuenta con un sistema de señalización lateral correspondiente a la zona “B” con una extensión de 42 millas, compuesta por 2 faros, 6 enfiladas, 64 boyas laterales (1 Boya de Mar ubicada frente a Data de Posorja, 30 Boyas Verdes ubicadas a la izquierda del canal, 33 boyas Rojas ubicadas a la derecha del canal), 2 boyas cardinales y 7 balizas.

De acuerdo con un reporte de prácticos el canal se encuentra debidamente balizado.

Es importante mencionar que el tramo ubicado entre la Boya 8 hasta la Boya 13 se trata de un sector en el que no se pueden realizar maniobras de cruce (tráfico de un corredor).

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Figura 4. Zona con tráfico de un corredor

Fuente: Google Earth 2013 Elaborado por: Grupo Consultor, 2014

7.5 Configuración del Canal de Acceso

La configuración del canal de acceso al Puerto Marítimo de Guayaquil, propuesta en este trabajo, está en función de las dimensiones del barco de diseño POSTPANAMAX utilizado en la simulación.

Debido a que los estudios de actualización señalan que el dragado será a una profundidad de 11 m respecto al Nivel de Medio de Bajamar de Sicigia (MLWS), el barco que se utilizará para dimensionar el ancho del canal tiene las siguientes características:

− Eslora: 330 m.

− Manga: 42,8 m.

− Calado: 11,6m.

Este barco se encuentra previamente modelado dentro del programa SHIPMA7, y será utilizado para realizar simulaciones en tiempo acelerado.

Para las dimensiones en planta del canal de acceso se considerarán los siguientes factores:

− Tamaño, dimensiones y características de maniobrabilidad de los buques y los factores relacionados con los barcos, disponibilidad de remolcadores.

− Ayudas a la navegación disponible.

− Márgenes de seguridad que se establezcan para prevenir un contacto del buque con los contornos del canal, o con otras embarcaciones u objetos fijos o flotantes que puedan existir en el entorno.

La consideración de estos factores cuantificará la superficie y dimensiones mínimas

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7.6 Predimensionamiento en planta del canal de acceso

7.6.1 Estudios previos

De acuerdo con el Capítulo 21 Ajuste del Escenario Recomendado de los “Estudios de Prefactibilidad, Factibilidad y de Diseño para Determinar el Dragado a la Profundidad de 11m respecto al MLWS” elaborado en 2012 por la Asociación Geoestudios - Consulsua, se determinó un ancho del canal de 162,64 m en tramos rectos y un sobre ancho de 7,96 m para tramos curvos. Por cuestiones prácticas las recomendaciones fueron 160 m en tramos rectos y 170 en tramos curvos; estos resultados se obtuvieron a partir de las sugerencias dadas por International Association of Navigational Congresses (PIANC).

Para el alineamiento en planta en el estudio “Ajuste Escenario Recomendado” se ajustaron los radios de curvatura, con lo cual el eje del canal de proyecto no coincidía con el eje del canal actual.

El ancho del canal se calculó utilizando la siguiente fórmula:

𝐵 = 𝑇𝑟 + 𝑁 + � 𝑛𝑖

𝑛 𝑖=1

+ 𝑇𝑟

Dónde:

N = controlabilidad del barco.

ni = sobre ancho.

Tr = ancho respecto a las orillas del talud.

Los parámetros utilizados en el cálculo de sobreanchos de maniobra en canales de acceso fueron:

Tabla 2 Sobreanchos de maniobra en canales de acceso

Ancho ni Roca Material

suave Velocidad del barco "Vb" (nudos) 33-48 0,1 0,1

Viento dominante ≤ 15 nudos 0,0 0,0

Corriente transversal dominante (nudos)

media >0.5 - 1.5 0,0 0,0

Corriente longitudinal dominante (nudos)

fuerte > 3 0,2 0,2

Altura de la cresta del oleaje significante Hs

y su longitud λ (m) 0,0 0,0

Ayudas a la navegación,media 0,2 0,2

Superficie de fondo, rugosa y dura 0,1 0,1

Profundidad del canal 0,4 0,4

Nivel de riesgo de la carga 0,0 0,0

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El ancho de las orillas del talud se considera calculó con la siguiente expresión:

𝑇𝑟 = 0.5𝑀 = 21,4 𝑚

Lo que dio como resultado un ancho de canal de 162,64 m en tramos rectos. Para tramos curvos el sobreancho se calculó con la siguiente expresión:

∆𝐵 = 2𝑟 − �4𝑟²− 𝐸²= 7,96 𝑚

Finalmente el ancho en tramos curvos es de 170 m y 160 m en tramos rectos por cuestiones prácticas.

En cuanto a la profundidad del canal se consideraron los siguientes factores:

− Calado del buque a plena carga.

− El oleaje de operación considerando la marea a lo largo del canal.

− La relación tirante de agua/calado del buque.

− El Trim o diferencia de calados entre la proa y a popa del barco, por efecto de la carga.

− El resguardo bajo la quilla del barco para permitir su gobernabilidad.

Figura 5. Factores para la determinación de la profundidad del canal

Calado nominal del buque (Capítulo 4.2)

Movimientos verticales del barco debido al oleaje (+ 1 m)

Sobrehundimiento del buque "Squat"

(insiso 5.2.2.1) Trim (30 a 60 cm)

Resguardo bajo quilla (0.5 m en fondo arenoso y 1.0 m en fondo rocoso) Nivel nominal del

fondo del canal NMB o NBMI

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Fuente: PIANC, 2010

La profundidad determinada en el estudio fue de -11 m referido al MLWS.

El resumen de las dimensiones del canal elaborado por Geoestudios - Consulsua es el siguiente:

Tabla 3. Resumen de las dimensiones del canal de acceso

Tramos Cadenamiento

(km)

Profundidad Proyecto (m)

Ancho (m) Tramo 1

Boya de mar - Boya 7

0+000 – 10+900 -11 160

Tramo 2

Boya 7 – Boya 13 10+900 – 19+150 -11 160

7.6.2 Estudios previos

Como parte del predimensionamiento del canal de acceso al Puerto de Guayaquil, se utilizaron algunos criterios incluidos en The Coastal Engineering Manual³ y que se describen a continuación:

El ancho del canal se determina a partir de los siguientes factores:

− Tráfico (una o dos vías).

− Manga y Eslora del barco de diseño.

− Sección transversal del canal.

− Dirección y velocidad de corrientes.

− Calidad y precisión de ayudas a la navegación.

− Variabilidad del canal y de las corrientes.

Para un canal con una sola vía de circulación, el ancho del canal se calcula como la suma del ancho de la vía de maniobra y una holgura a la orilla en ambos lados.

3 Coastal Engineering Manual. U.S. Army Corps of Engineers

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Figura 6. Ancho del canal de navegación

Tabla 4. Criterios para el diseño del ancho de canal

Concepto Controlabilidad del barco (Mangas) Muy Buena Buena Mala Carril de Maniobra, canal recto 1,60 1,80 2,00 Espacio entre barcos (SC) 0,80 0,80 0,80 Ancho de la orilla (BC) 0,60 0,60 0,60

Por lo tanto el ancho del canal de acceso de acuerdo con los criterios anteriores y considerando, por cuestiones de seguridad, que la controlabilidad del barco es mala es de 136,96 m. En The Coastal Engineering Manual existen otros criterios para determinar el ancho del canal, mismos que se presentan a continuación.

Tabla 5. Criterios de diseño para el ancho de canal de una vía

Sección Corriente Máxima

0 a 0,3 m/s 0,3 a 0,8 m/s 0,8 a 1,5 m/s Constante con buenas ayudas a la

navegación. 2,5 3,0 3,5

Variable con ayudas a la navegación

regulares 3,0 3,5 4,0

De acuerdo con las mediciones puntuales de corrientes que se realizaron en 2001 se obtuvieron los siguientes resultados:

− Velocidad máxima en flujo: 1,22 m/s con 120°.

− Velocidad máxima en reflujo 0,86 m/s con 314°.

Bank Clearance

Bank Clearance Maneuvering

Lane

Channel width One-Way traffic

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Considerando una sección variable, ayudas a la navegación y la velocidad máxima en flujo el ancho del canal es de 149,8 m.

Debido a que se cuenta con un eje establecido y el cambiarlo implicaría modificar la ubicación del señalamiento existente, el eje del canal de proyecto será el mismo que el eje del canal actual.

Figura 7. Eje del canal de proyecto

Dado que los resultados obtenidos con The Coastal Engineering Manual y PIANC no difieren de manera significativa, entonces el ancho del canal utilizado para la modelación con el SHIPMA7 es de 160 m en tramos rectos y 170 m tramos curvos, con una profundidad de 11 m referidos al MLWS. En la figura siguiente se muestran el ancho para tramos rectos y el tramo curvo.

Figura 8 Cambio de ancho del canal

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7.7 Maniobrabilidad

La maniobrabilidad de un buque es de suma importancia, pues permite conocer si el canal diseñado es el adecuado para las embarcaciones que arriban en el puerto, es decir, que las embarcaciones pueden seguir la trayectoria, ya sea recta o curva, evadir obstáculos y conocer la capacidad que tiene de navegar bajo diferentes condiciones de oleaje, vientos y mareas.

En caso de que buque no siga su trayectoria dentro del canal se tendrá que modificar el dimensionamiento en planta, es por ello que en el presente estudio se realizó primero un predimensionamiento, mismo que se comprobará mediante un modelo de maniobrabilidad.

Los modelos de maniobrabilidad de embarcaciones en tiempo acelerado se utilizan para revisar el diseño de canales de navegación, canales de acceso y geometría de puertos y dársenas. Para dichos modelos es necesario contar con una geometría de partida, la ruta que seguirán los buques, el uso o no de remolcadores, configuración de fondo, así como las características y dimensiones del barco. Estas simulaciones permiten considerar condiciones hidráulicas, meteorológicas y características de diferentes embarcaciones que no se toman en cuenta en el dimensionamiento preliminar, como es el patrón de corrientes, vientos y oleajes, además se pueden incluir los resultados hidrodinámicos de la aplicación de otros modelos.

Los resultados de los modelos de maniobrabilidad son la trayectoria, posición, curso y orientación de la embarcación respecto al tiempo. El programa utilizado para la maniobrabilidad es el SHIPMA7 y a continuación se hace una breve descripción.

7.8 Programa SHIPMA 7

SHIPMA7 es un programa de simulación del comportamiento de maniobrabilidad de embarcaciones y fue desarrollado por Maritime Research Institute Netherlads (MSCN) y WL/DELFT Hydraulics. SHIPMA7 permite simular matemáticamente el comportamiento en maniobras de barcos en canales de navegación y puertos, tomando en consideración los siguientes aspectos:

− Características de maniobrabilidad de buques.

− Tipo de maniobra deseada.

− Apego a una ruta trazada.

− Asistencia de remolcadores.

− Vientos.

− Oleajes.

− Corrientes.

− Presencia del fondo en aguas someras.

− Succión del barco.

El proceso de cálculo del SHIPMA7 se muestra en el siguiente diagrama de flujo.

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Figura 9. Diagrama de flujo del modelo SHIPMA7

SHIPMA7 proporciona un panorama de las posibilidades y restricciones de los barcos con relación en las condiciones naturales y la infraestructura existente en un caso específico.

Es importante mencionar que el programa NO puede ser utilizado para los siguientes propósitos:

− Diseño detallado de vías de navegación.

− Maniobras de atraque complicadas.

− Entrenamiento de pilotos.

− Interacciones entre barcos.

− Interferencia humana compleja.

Para los propósitos anteriormente mencionados se requiere de la utilización de simuladores de tiempo real.

7.8.1 Descripción Matemática del Modelo

El modelo matemático de maniobrabilidad de embarcaciones consiste en un grupo de ecuaciones que representan la relación entre la posición de un buque y sus velocidades, en dos diferentes momentos subsecuentes para las tres direcciones horizontales de su movimiento. Las ecuaciones generales de los movimientos del buque en el plano horizontal son:

X=m {u – rv- x_ɡr²}

Y= m {v + ru + x^gr}

N= Izz r + mxg {v + ru}

Seleccione las opciones de

dibujo Tipo de barco

Definición del sitio

Condiciones ambientales

Maniobrar

Calcular el curso Revisar los

resultados

Ver archivo de registros

Descripción general de

entrada

Lista de casos

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Dónde:

X= Total de las fuerzas longitudinales actuantes sobre el buque [N].

Y= Total de las fuerzas transversales actuantes sobre el buque [N].

N= Total de los momentos de giro actuantes sobre el buque [Nm].

m= Masa del buque [kg].

Izz= Momento de inercia del buque respecto al eje vertical [Kgm²].

u= Velocidad de avance del buque [m/s].

v= Velocidad de oscilación del buque [m/s].

r= Tasa de cabeceo del buque [deg/s].

xg= Posición en x del centro de gravedad del buque [m].

En esta ecuación general se incorporan tanto las fuerzas de control propias del barco como son las producidas por el ángulo del timón, velocidad del barco y velocidad de giro de la propela; así como fuerzas externas que son las producidas por la corriente, viento, oleaje, succión por presencia del fondo y uso de remolcadores.

SHIPMA7 utiliza dos sistemas de coordenada, un sistema propio del programa (x0, O0, y₀) y el otro es el sistema cartesiano.

Figura 10. Sistemas de referencia utilizados por SHIPMA7

La maniobrabilidad del programa se calcula por medio de un autopiloto de acuerdo con el eje del canal. Después de proporcionar al modelo los parámetros para el cálculo de la maniobrabilidad, éste muestra el eje que deberá de seguir la embarcación para que navegue por el canal sin problemas.

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Figura 11. Descripción del autopiloto a partir de un eje deseado

7.9 Condiciones Oceanográficas

A partir de estudios anteriores se obtuvo la siguiente información:

− La marea en el Puerto de Guayaquil es semidiurna, es decir, tiene dos pleamares y dos bajamares cada 24 horas. Las mareas más pronunciadas se registran entre los meses de diciembre a abril, manteniendo una amplitud promedio de 4,42 m.

− En el área externa del Golfo, los vientos son del S y SW con una velocidad promedio de 7 nudos entre agosto y noviembre, mientras que entre los meses de febrero y mayo el promedio es de 6 nudos, en los meses de agosto a noviembre la velocidad se incrementa manteniendo un promedio de 8 nudos.

En las inmediaciones del mar se han observado corrientes de hasta 6 nudos.

− Los rangos de velocidades de corrientes a lo largo de canal de acceso está ente 0,5 y 2,0 m/s y el promedio entre 1,2 m/s.

En 2007 se realizaron mediciones puntuales de corrientes y los resultados son:

− Velocidad máxima en flujo: 1.22 m/s con 120°.

− Velocidad máxima en reflujo 0.86 m/s con 314°.

Las olas que se reciben entre la Boya de Mar y la Boya 13 son del pacífico y olas de viento generadas en la estación seca. Los rangos de altura de olas medidas en 2007 entre enero y marzo está entre 0,2 y 1,2 m.

Los vientos del golfo en el estuario exterior tienen dirección S, en el estuario interior SW, alcanzando velocidad de hasta 7 nudos. Durante la estación húmeda la dirección

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y velocidad del viento en el estuario exterior los vientos soplan en dirección S, con velocidad de 3 nudos y en el estuario interior en dirección N-S a 2 nudos.

La información batimétrica utilizada para el modelo corresponde a un levantamiento realizado el 26 de diciembre de 2013.

Figura 12Batimetría del canal de acceso desde la Boya de mar hasta la Boya 13

7.10 Navegabilidad

Las características principales⁴ del canal de acceso al Puerto de Guayaquil de la boya de mar a la Boya 13 se muestran en la siguiente figura.

Tabla 6. Características del eje del canal de Navegación

Tramo Profundidad (m) Observaciones

Boya de Mar –Boya 7

(0+000km - 10+900km)

Máx. = 11,80 Med. = 10,54 Mín. = 9,80

En promedio la profundidad del canal en este tramo es de aproximadamente 10.54 m aunque hay que considerar que en la cercanía de la Boya No. 4 existen cotas que van a -9,8 m con referencia al MLWS, que es lo mínimo de profundidad reconocido en este tramo analizado.

Boya 7 – Boya 13 (10+900km -

19+150km)

Máx. = 30,00 Med. = 13,30 Mín. = 9,6

Este tramo presenta profundidades irregulares en que varían entre -13 m a -10 m pero una vez pasada la Boya No.12 se observa que las profundidades aumentan. En este tramo se presenta, en especial, roca a la altura de la Boya 8.

POSORJA

BOYA DE MAR

12 3

4C

56 7

6A

8

8A

9

10

11

12

13

12 56 7

6A

8A

9

10

11

12

13

(22)

En las siguientes figuras se presenta cortes transversales de la Boya de Mar a la Boya 13.

Figura 13. Sección del canal de la Boya de mar a la Boya 7

(23)

Figura 14. Sección del canal de la Boya 7 a la Boya 13

(24)

Para el presente estudio se realizó una consulta a algunos prácticos con el propósito de obtener información relacionada con la navegabilidad en el canal de Guayaquil.

Parte de esta información se utilizó para alimentar al modelo de maniobrabilidad. Los prácticos mencionan que de la Boya 8 hasta la Boya 13 el tráfico es de un corredor y de la Boya de Mar hasta la Boya 8 el tráfico es de dos corredores.

También se menciona que la navegación de los buques a partir de que llegan a la boya de mar implica el riesgo de abordaje o naufragio, la maniobrabilidad queda restringida por factores como la superficie navegable, agua bajo la quilla, vientos, corriente y oleaje. Los buques deben utilizar todas las ayudas a la navegación del propio buque, como son radares, ecosondas, GPS, binoculares, cartas náuticas, etc., así como las de tránsito entre las que se encuentran faros, boyas, balizas, comunicación la estación de prácticos vía VHF, para conocer las maniobras que están ejecutando. El rumbo de entrada aconsejado entre la boya de mar y la boya 6A es 080°-260°. Las enfiladas DATA 1 y DATA 2 permiten navegar por el eje del canal, siempre y cuando las condiciones de visibilidad sean favorables.

La profundidad del canal de acceso entre la Boya Mar a boya 6 es en promedio de 10,8 m y entre las Boyas 3-4 y 5-6 existe un bajo con una profundidad promedio de 9,5 m. Una vez que se pasa la boya 6 la profundidad aumenta a 12 m. A partir de la boya 6A el rumbo es 125°-305°.La profundad de la boya 6A hasta la Boya 8 es de 12 m. Al pasar la Boya 8A hasta la boya 11 la profundidad promedio es de 8,5 m y el fondo es rocoso. Entre la Boya 11 y 12 la profundidad es de 12 m y finalmente la profundidad promedio de la boya 13 es de 15 m. La navegación entre la Boya 7 y Boya 13 es paralela a la corriente.

7.11 Operatividad

Las principales restricciones de profundidad del canal se deben a las condiciones de marea. La cantidad de tiempo en la que barcos con diferentes calados pueden acceder al Puerto de Guayaquil sin problemas se obtuvo a partir de registros de marea, y se muestra a continuación.

(25)

Figura 15. Acceso de buques con diferentes calados para diferentes condiciones de marea

El porcentaje de operatividad de las embarcaciones se obtiene a partir de la sumatoria de los tiempos en que la marea baja se presenta. Por lo que el porcentaje de operatividad para embarcaciones con un calado de 10,1, 11 y 11,6 m se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 7. Porcentaje de Operatividad

Calado Operatividad (%)

Operatividad en hora anuales

-11,6 41,00 3 592

-11 78,00 6 833

-10 98,00 8 585

Elaborado por: Grupo Consultor, 2014 0

0.5 1 1.5 2 2.5 3

03:41 13:17 21:33 05:25 13:29 22:48 08:46 17:38 01:28 10:01 19:19 03:50 11:54 20:26 06:19 16:00 23:53 07:45 16:11 01:44 10:14 18:36 03:28

ALTURA m

HORAS

ALT. MTS.

11.6 m calado 11.0 m calado 10.1 m calado

(26)

Figura 16. Porcentaje de operatividad de las embarcaciones

Lo anterior quiere decir que si el canal se draga a la -11 MLWS un buque Post- Panamax con calado de 11,6 m puede ingresar al puerto de Guayaquil durante 3.592 horas al año, siempre y cuando se presente una altura de marea de 1,5 m o mayor.

7.12 Comprobación de las Dimensiones del Canal de Navegabilidad

Para comprobar las dimensiones establecidas en el predimensionamiento del canal se realizará un modelo de maniobrabilidad. Como se mencionó anteriormente el ancho de canal que se utilizará para el modelo es de 160 m en zonas rectas y 170 m en curvas.

Para el modelo de maniobrabilidad se utilizarán dos buques:

− PANAMAX

Tabla 8. Características de barco Panamax

Eslora 273,00 m

Manga 32,20 m

Calado 11,60 m

Masa 64,400 ton

Momento de Inercia 3,11 E+11 Kg m²

Distancia entre el centro de gravedad y el

centro geométrico 7,00 m

Velocidad de Maniobrabilidad 19,44 kn

Elaborado por: Grupo Consultor, 2014 -12

-11.5 -11 -10.5 -10 -9.5 -9

41.00 78.00 98.00

Calado del barco (m)

Operatividad de tránsito en el canal (%)

(27)

Figura 17. Panamax

− POST-PANAMAX

Tabla 9. Características de barco Post-Panamax

Eslora 330,00 m

Manga 42,80 m

Calado 11,60 m

Masa 94,000 Ton

Momento de Inercia 4,724 E+11 Kg m²

Distancia entre el centro de gravedad y el

centro geométrico 7,00 M

Velocidad de Maniobrabilidad 19,44 Kn

(28)

Figura 18. Post-panamax

Se analizaron los siguientes escenarios:

Figura 19. Escenarios modelados

CONDICIÓN Configuración Dirección Velocidad [m/s] Dirección [°] Altura [m] Dirección [°] Período [seg] Velocidad [m/s] Dirección [°] Nivel de Marea [m] Velocidad de Navegación [kts]

POSTPANAMAX 1 Un Corredor Entrada al canal 0.00 --- 0.00 --- 0.00 0.00 --- 3.00 10 a 15

POSTPANAMAX 2 Un Corredor Entrada al canal 3.60 225.00 2.60 280.00 15.00 1.54 310.00 3.00 10.00

PANAMAX 5 Un Corredor Entrada al canal 0.00 --- 0.00 --- 0.00 0.00 --- 3.00 10 a 15

PANAMAX 6 Un Corredor Entrada al canal 3.60 225.00 2.60 280.00 15.00 1.54 310.00 3.00 10.00

POSTPANAMAX 3 Un Corredor Salida del canal 0.00 --- 0.00 --- 0.00 0.00 --- 3.00 10 a 15

POSTPANAMAX 4 Un Corredor Salida del Canal 3.60 225.00 2.60 280.00 15.00 0.80 140.00 3.00 10 a 15

PANAMAX 7 Un Corredor Salida del canal 0.00 --- 0.00 --- 0.00 0.00 --- 3.00 10 a 15

PANAMAX 8 Un Corredor Salida del Canal 3.60 225.00 2.60 280.00 15.00 0.80 140.00 3.00 10 a 15

Viento Oleaje Corrientes

Viento Oleaje Corrientes

Viento Oleaje Corrientes

(29)

7.13 Criterios Operacionales

Durante la navegación, los prácticos deberán cumplir con las disposiciones indicadas en el Reglamento Internacional para Prevenir los Abordajes. Se tomará en cuenta además los siguientes criterios:

− Por ningún concepto, excepto en casos de emergencia, las naves podrán salir del canal de navegación, cualquiera que fuere su calado. Se prohíbe que una nave alcance a otra en entre la Boya 6 A y la Boya 13.

− En las boyas de caída del canal de navegación, tendrá preferencia el buque que navegue con marea a favor. Se prohíbe el cruce de naves entre las boyas No. 6A y No. 13.

7.13.1 Conclusiones Actualización de la Configuración Náutica

Se realizó el diseño geométrico del canal de acceso al Puerto de Guayaquil, de las diferentes revisiones de predimensionamiento basadas en las recomendaciones internacionales (Anexo F).

Tabla 10 diseño geométrico del canal de acceso Externo al Puerto de Guayaquil

Tramo Ancho Canal Exterior

Tramo recto fondo de roca 160 m

Tramo curvo fondo de roca 170 m

Tramo recto fondo de material suave 160 m Tramo curvo fondo de material suave 170 m

Para poder determinar si un canal de navegación más angosto que los valores señalados es técnicamente factible desde los puntos de vista de seguridad y maniobrabilidad, reduciendo con esto los volúmenes de dragado, es necesario realizar simulaciones de maniobrabilidad de embarcaciones en tiempo real que consideren el factor humano.

Al mismo tiempo, la optimización operacional del canal de navegación deberá contemplar ayudas adicionales como la correspondiente señalización y un sistema de monitoreo de tráfico marítimo o VTS por sus siglas en inglés, con personal altamente calificado de acuerdo a la recomendación V-103 de la IALA.

Dado que el costo de los estudios de maniobrabilidad resulta marginal en comparación con los costos de construcción y mantenimiento del canal de navegación, se recomienda ampliamente la realización de simulaciones de maniobrabilidad en tiempo real, lo cual permite, además del entrenamiento de los prácticos, la incorporación de otros factores del medio físico que no pueden ser considerados en simulaciones de tiempo rápido donde no se toma en cuenta el factor humano.

Las simulaciones en tiempo real pueden ser soportadas por un programa intensivo de

(30)

escenarios que se definan entre las diferentes parte involucradas en el uso y operación del canal, como serían las autoridades correspondientes y los diferentes usuarios del canal.

7.13.2 Configuración de un VTS para el Canal de Acceso al Puerto de Guayaquil 7.13.2.1 Alcance

El presente trabajo tiene como objetivo actualizar los valores e insistir en la necesidad de un Sistema VTS para control de tráfico marítimo en el Canal de Acceso al Puerto de Guayaquil y con ello minimizar los riesgos de seguridad a la navegación y de contaminación en el ingreso de buques mercantes con mayor eslora y calado. Este detalle se presentó en el Estudio del Dragado para la APG en 2012 en el Capítulo 21, en este documento, se actualizarán los valores al 2013 de acuerdo a la Inflación determinada por el Fondo Monetario Internacional.

7.13.2.2 Descripción General de un VTS

La Organización Marítima Internacional, OMI, reconoce la importancia del VTS como una herramienta que contribuye a minimizar los potenciales riesgos en la operación de los buques y la protección ambiental.

Los beneficios de la implementación de un VTS son algunos entre ellos la identificación y monitoreo de buques, llevar una planificación del movimiento de buques en áreas de riesgo (canales), y proveer asistencia e información relevante durante la navegación. También es un sistema empleado para brindar seguridad a los buques durante la navegación en la zona sometida al control del sistema ya que esto permite identificar posibles incursiones o robos a los buques durante navegaciones restringidas en las cuales deben reducir su velocidad y/o en áreas de espera (fondeaderos).

El sistema de tráfico de buques (VTS) es una solución de sistemas estándar que integra radares, cámaras de video, AIS (Sistema Automático de Identificación) y demás sensores con un rastreador de sistema de radar o rastreador compuesto avanzado a fin de proporcionar una solución de vigilancia por radar efectiva en costos aplicable tanto a puertos pequeños como grandes. Los barcos se capturan y rastrean automáticamente utilizando toda la información de los sensores disponibles. Se minimiza la carga de trabajo del operador ya que las videocámaras se asocian a rastreadores de radar para colaborar en la identificación y en el monitoreo de buques que ingresan o abandonan el puerto.

El centro del sistema VTS puede configurar y controlar de manera remota los diferentes sensores. Un sistema VTS puede incluir uno o más de los siguientes componentes:

− Radar y sus componentes.

− Consola del operador y/o Estación de Monitoreo.

− Administrador de Cámaras.

− Respondedores AIS o receptor.

− Cámaras diurnas.

− Cámara infrarroja de largo alcance (IR).

− Cámaras ópticas de largo alcance.

(31)

− Estaciones meteorológicas.

− Redes inalámbricas o de microondas.

7.13.2.2.1 Regulaciones para la Configuración de un VTS

Los principales instrumentos internacionales que regulan y recomiendan el uso de un Servicio de Tráfico de Buques (VTS), están orientados a la seguridad de la navegación y a la protección del medioambiente, puesto que este tipo de sistemas contribuye a minimizar los riesgos en áreas de elevado tráfico de buques o de áreas de navegación restringidas y que pueden ocasionar accidentes poniendo en riesgo la vida humana y/o contaminación al medio ambiente.

La siguiente tabla indica los principales instrumentos internacionales a los cuales hace referencia la importancia de contar con un VTS.

Tabla 11 Referencias de la Importancia de Contar con VTS

Instrumento Entrada en Vigor

Convenio Internacional sobre la Seguridad de la Vida Humana en el Mar, 1974 (SOLAS)

• Protocolo 1978

• Protocolo 1988

• Capitulo XI Código ISPS

Mayo 1980 Mayo 1981 Febrero 2000 Junio 2004

Convenio Internacional sobre las Regulaciones de la Prevención de Abordajes en el Mar

Julio 1977

(Enmendado 1981, 1987, 1989, 1993 y la resolución A.910 (22) de noviembre 2001.

Convenio Internacional sobre la Formación, Capacitación, Certificación y Guardia de la Gente de Mar (STCW) 1978, Enmendado 1995

Abril 1984 Febrero 1997

Convención Internacional sobre Búsqueda y Rescate (SAR), 1979. Revisado por el MSC⁵.70(69)

Junio 1985 Enero 200 Convención sobre la Organización Marítima Internacional por

Satélite 1975/76 (IMSO)

Julio 1979

Enmendado en 1985 y 1989) Convenio Internacional sobre la Prevención de la Contaminación

por Buques, 1973 y enmendado en 1978 (MARPOL 73/78) Octubre 1983 Convenio Internacional sobre el Control de la Gestión de Agua de

Lastre y Sedimentos.

Adoptado en el 2004, entrada en vigor 12 meses después de ratificación por 30 países.

Convenio Internacional sobre la Preparación, Respuesta y

Cooperación de la Contaminación por Hidrocarburos. Mayo de 1995 Elaborado por: Grupo Consultor, 2014

Si bien es cierto que los convenios internacionales recomiendan la implementación de sistemas de control de tráfico marítimo, existen varios países que han incorporado

(32)

estas recomendaciones a su normativa nacional, especialmente porque contribuye como se mencionó anteriormente a la seguridad de la navegación y la prevención de la contaminación, esto debido a que el control del tráfico marítimo permite reducir el riesgo en las diferentes áreas de navegación, igualmente uno de los factores importantes que permitió a los países más desarrollados mantener estos sistemas también fue la implementación del Código PBIP ya el VTS se transforma en una herramienta para minimizar las amenazas a los buques y al puerto.

La Asociación Internacional de Autoridades en Ayudas a la Navegación Marítima y Faros (IALA), considera al VTS como una ayuda a la navegación es por ello que dentro de su estructura organizacional mantiene el Comité de VTS 6 , tiene una estrecha relación de cooperación con la OMI en cuanto a la seguridad de la navegación.

El principal documento de políticas y regulación del servicio de tráfico de buques es la Resolución OMI. A. 857(20) “Guidelines for Vessel Traffic Sevice”, adoptada en noviembre de 1997. Esta resolución como su predecesora publicada en 1985, fue extraída de trabajos del Comité VTS de la IALA.

7.13.2.2.2 Configuración General

La estación de monitoreo puede ser de dos tipos según su uso: Estación de Control de Tráfico Marítimo y Estación de Vigilancia Costera.

En el caso de la APG se orienta hacia una Estación de Control de Tráfico Marítimo, puesto que estas son más empleadas en los puertos, canales o áreas costeras que requieren dar asistencia a los buques durante su tránsito o embarque/desembarque en las áreas de interés. Estas estaciones tienen recurso humano especializado en las tareas de tráfico marítimo.

La Estación de Control de Tráfico Marítimo puede estar constituida por el Centro de Monitoreo VTS y Estaciones de Monitoreo. Los componentes principales que conforman una Estación de Monitoreo son sensores:

− Radar.

− Sistema Automático de Identificación de Buques (AIS por sus siglas en inglés).

− Circuito cerrado de televisión o CCTV.

Otros equipos pueden complementar las estaciones de monitoreo como sistemas meteorológicos y sistemas de comunicación según las necesidades particulares de las estaciones.

Las Estaciones de Monitoreo pueden estar ubicadas en sitios remotos donde los servicios públicos como la energía eléctrica y las comunicaciones son limitados.

Cuando la energía eléctrica es limitada se pueden utilizar un sistema de generación eléctrica alternativo como el de energía solar. Cuando no hay disponible un sistema de comunicación fijo (alámbrico) se diseña e instala un sistema inalámbrico para transmitir la data generada en la estación de monitoreo al centro de comando (Centro de Monitoreo VTS).

6 Vessel Traffic Service (Servicio de Tráfico de Buques)