plataformas marinas - carga y transporte
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CAPÍTULO III
Arrastre y transporte de plataformas
Capítulo elaborado por el
Ing. Alejandro Martín Audelo Aun.
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Construcción de Plataformas
La construcción de plataformas marinas es el conjunto de actividades que tiene por objetivo erigir
una plataforma en el mar. Los factores que definen el proceso de construcción de plataformas
marinas son:
Tipo; convencional, base de gravedad, torre flexible, TLP, SPAR, FPSO, Semi-sumergible.
Configuración; dimensiones, puntos de apoyo, cantidad de niveles.
Peso y centro de gravedad.
Equipo de instalación; barco grúa.
Medio de transporte; chalanes, buques de carga pesada.
Instalaciones para fabricación; patio de fabricación, método de carga.
Plazo de Ejecución.
Estrategia de Instalación
La construcción de una plataforma marina es un proceso que se inicia en tierra y se concluye en el
mar. Construir una plataforma marina desde cero en alta mar, aunque es posible, implicaría un
proceso prolongado, deficiente y complejo. Pero llevar una plataforma completa desde tierra hasta
su sitio final de instalación también requiere de una infraestructura, equipos y metodología que no
siempre es la más práctica y factible para las compañías petroleras.
Para lograr el objetivo de tener una plataforma marina instalada mar adentro, partiendo de su
construcción en tierra, es necesario definir la estrategia de instalación que se seguirá. La estrategia
de instalación abarca la cadena de actividades que se realizarán para llevar los componentes de
una plataforma desde el patio de fabricación hasta el sitio final de instalación.
La tendencia en la construcción de plataformas marinas ha sido realizar la mayor cantidad posible
del trabajo en tierra y hacer el mínimo de actividades en alta mar. El compromiso es definir los
componentes en que se dividirá una plataforma para que el proceso de instalación sea eficiente y
seguro. Por ejemplo, la integración de un componente está limitada en peso por la capacidad del
barco grúa a emplear, pero en cuestión de programa, está limitada por la fecha crítica establecida
para la entrega de la plataforma.
El proceso de instalación de plataformas marinas inicia en los patios de fabricación con la
operación de carga, continua con la operación de transporte y culmina con las operaciones de
instalación. A estas actividades que se realizarán sobre el mar o en la interfase tierra-mar se le
conocen como operaciones marinas. A continuación se detallan estas operaciones.
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Si se graficara el porcentaje de integración con el que las plataformas marinas salen de los patios
de fabricación, la curva tendría el comportamiento de la Figura 1. Con el tiempo, el porcentaje de
integración se ha aproximado al 100%. Como consecuencia el peso de los componentes se ha
incrementado. Al incrementar el porcentaje de integración se reduce el tiempo de interconexión y
puesta en marcha costa fuera, disminuyendo así el costo del proyecto. En contraparte, la
instalación y por ende, la carga y el transporte se vuelven más complicados al manipular pesos
mayores.
La estrategia de instalación también toma en cuenta la composición de la plataforma. En el caso de
una plataforma fija (ver Figura 2) sus
componentes principales en función a la
instalación son:
Superestructura: plataforma artificial en
donde se llevan a cabo las actividades
de explotación petrolífera.
Pilotes: cimientos de la superestructura
que se prolongan a una profundidad
determinada por debajo del lecho
marino.
Subestructura: armadura que refuerza
los pilotes y sirve de guía durante la
instalación.
Tiempo
100%
%
Peso
Superestructura
Pilotes
Subestructura
Fig. 1 Gráfica conceptual de cómo ha incrementado en el tiempo el porcentaje de integración de plataformas y el peso al momento de instalación.
Fig. 2 Componentes de una plataforma fija.
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La estrategia de instalación tendría una cadena de razonamiento, en este caso, sencillo y directo como el de la siguiente figura:
Con base en esta cadena de razonamiento, se define la secuencia de instalación:
Paso 1: instalar la subestructura.
Paso 2: hincar pilotes.
Paso 3: instalar la superestructura.
Dentro de estos pasos simples, se podría presentar la necesidad de definir otros aspectos básicos
de la instalación que repercuten en el transporte y, finalmente, en la forma que será construido y
cargado. A continuación señalamos dos ejemplos:
Debido a la altura de la subestructura resulta impráctico e inseguro transportarla de pié. Sólo se
ha hecho en plataformas de tirante y con dimensiones relativamente pequeñas. Pero para
estructuras más grandes, lo más práctico y seguro para su transportación y su fabricación es
disponerla acostada. Con esta condición en mente, debe diseñarse la plataforma que será
construida, cargada, transportada y puesta en el mar en posición horizontal y después con una
operación complementaria se pondrá en pie para su posición final en el sitio de instalación.
La longitud de pilotes previene que se transporten y se instalen completos. Para soportar el
izaje tendrían que ser de una dimensión y espesor bastante significativo. Al seccionar los
pilotes se facilita su carga, transporte e instalación, sin necesidad de sobre-dimensionarlos. Las
secciones en las que se dividen los pilotes dependen de varios factores como la composición
geotécnica del subsuelo y la capacidad de manipulación del contratista de la instalación.
La superestructura necesita su cimentación para instalarse, por lo tanto...
Tengo que instalar antes la cimentación, es decir, tengo que hincar los pilotes. Para instalar los pilotes requiero la guía...
Tengo que instalar antes la subestructura.
Fig. 3 Cadena de razonamiento para definir la estrategia de instalación.
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Operaciones Marinas
Dentro del ámbito de la construcción de plataformas marinas, las Operaciones Marinas son las
actividades que se realizan en el mar o en la interfase mar-tierra. Un aspecto importante de las
operaciones marinas es que, en la mayoría de los casos, son sometidas a un proceso de
certificación impuesto por las empresas de seguros que cubren los riesgos de construcción.
Las empresas de seguros incluyen una “Cláusula de Garantía” donde se indican las operaciones
marinas que deberán ser certificadas por un Inspector de Garantía Marina. Las razones por las que
esta cláusula se impone para las operaciones marinas son las siguientes:
En muchos casos se manipulan objetos masivos y de gran costo.
El proceso de transporte e instalación impone condiciones extraordinarias a las condiciones de
diseño.
Incertidumbres meteorológicas.
Alta sensibilidad a las condiciones ambientales.
Gran dependencia de la tecnología empleada.
Gran dependencia de la capacidad del personal.
El objetivo de los inspectores de garantía marina es verificar que los riesgos en una operación
marina específica han sido minimizados. Para lograr este objetivo, el inspector de garantía marino
realiza una revisión de los distintos documentos de ingeniería desarrollados en la planeación de la
operación; también realiza inspecciones a los equipos que se pretenden involucrar y por último,
asiste a las operaciones para certificar y atestiguar la ejecución.
La Figura 4 explica la operación marina como el proceso de tomar un componente, desde una
OPERACIÓN MARINA
Posición Segura A
Posición Segura B
Posición Segura B’
Planeación > Duración de la operación Ventana meteorológica
Contingencia
CdA
Fig. 4 Esquema conceptual de una operación marina.
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posición segura A hasta una posición segura B. La duración de la operación se usa como base
para determinar un margen de contingencia que permita establecer la ventana meteorológica
mínima. El inspector de garantía marino, cuando ha constatado que los preparativos han sido
realizados conforme a lo planeado, emite un certificado de aprobación (CdA) al inicio de la
operación.
Planeación de Operaciones Marinas
La duración de una operación marina siempre está comprometida por la incertidumbre inherente de
las condiciones meteorológicas. Una operación es más sensible a las condiciones meteorológicas
en la medida que su duración se extiende; a mayor duración, la incertidumbre y las probabilidades
de que el estado del tiempo se deteriore y afecte a la operación crecen también.
Con la planeación se garantiza tener una estimada duración de la operación marina. Dentro de la
planeación hay que identificar los recursos necesarios para la ejecución segura y eficiente de cada
operación en particular. En la planeación hay que tomar en cuenta las siguientes implicaciones:
Medio Marino que obliga a definir condiciones ambientales para el diseño y la operación.
Se deben contar con pronósticos meteorológicos emitidos por agencias reconocidas. La validez
de estos pronósticos se establece en 12 h, 24 h, 48 h, 72 h, 120 h, y esto permite identificar la
ventana durante la cual se realizará una operación, sin exceder las condiciones ambientales
aplicables.
Trabajos continuos (24/7/365). La incertidumbre de los pronósticos junto con los costos de las
embarcaciones de construcción trae por consecuencia que una operación marina no se realice
en forma continua.
Evitar trabajar bajo condiciones que excedan los parámetros ambientales permitidos.
Evitar suspender operaciones cuando se han rebasado el punto de “no-retorno”. Un punto de
“no-retorno” es el momento durante la operación marina en la que ya no hay forma de revertir
una ejecución.
Ventana meteorológica
La ventana meteorológica es el periodo durante el cual se debe llevar a cabo una operación, como
es el caso de la carga y el transporte. La ventana meteorológica es un periodo de tiempo bajo el
cual se espera que ciertas condiciones meteorológicas específicas no sean rebasadas.
La duración de una ventana meteorológica para el caso de la carga tiene que cumplir la siguiente
expresión:
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En donde:
tVM = Duración de la ventana meteorológica.
tPos = Tiempo necesario para el posicionamiento y amarre perpendicular de la
embarcación.
tConexión = Tiempo necesario para la conexión final del equipo de jalón (en caso de cargas
deslizadas).
tttrans = Tiempo para transferir la estructura del muelle al buque, y el cual depende de
la eficiencia de los equipos de transferencia y lastrado. En muchos casos, el
proceso de lastrado es el que determina la duración de esta etapa.
tAseg = Tiempo para asegurar la estructura en su posición final.
tTransf = Tiempo para transferir la embarcación con el componente al muelle destinado
para realizar los preparativos de salida a navegación. Incluye la remoción
gradual y coordinada del sistema de amarre.
tAmarre = Tiempo para el amarre en el muelle después de la carga.
C = Factor de contingencia, el cual puede estar entre 1.5 y 2.0.
Los tiempos se manejan en horas. El margen de contingencia se debe considerar para compensar
cualquier subestimación de tiempos o retrasos en las operaciones, y además para compensar la
incertidumbre implícita en los pronósticos meteorológicos.
En el caso del transporte, la ventana meteorológica se define no sólo por la duración de la
navegación sino también por estar sucedida por la operación de instalación. En principio, lo que se
espera es que al concluir el transporte se realice la instalación, pero esto puede no ser posible en
muchos casos, y entonces se considera una ventana meteorológica que garantice el arribo a un
puerto intermedio o de refugio. Para la inspección de garantía es necesario que, al momento de la
salida a navegación, se cuente con una ventana meteorológica de por lo menos 48 horas o el
periodo de tiempo que garantice el regreso a puerto o la entrada a un puerto de refugio declarado
para la ruta.
Carga
Se dice que se está realizando una carga, cuando se transfiere un componente a una
embarcación. La operación inversa es la descarga. El componente puede ser transferido desde un
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muelle, desde otra embarcación o inclusive desde el mismo mar como ocurre cuando se carga una
plataforma autoelevable en un buque de transporte pesado. A continuación se detallan los métodos
más frecuentes de carga desde un muelle.
Cargas deslizadas (Arrastre)
En este tipo de carga, el componente se desliza para transferir su peso desde el muelle hacia la
embarcación. Para que el arrastre se pueda realizar es necesario que las superficies de contacto
del muelle, de la embarcación y del componente sean lo más compatibles posible y ofrecer así la
menor fricción posible. Para lograr esta compatibilidad, en el muelle se disponen vías reforzadas
conocidas como trabes, que aparte de ofrecer una superficie homogénea y nivelada, cuentan con
una cimentación que les permite soportar cargas concentradas mayores a las del terreno natural.
En las embarcaciones, aunque las cubiertas puedan ofrecer una superficie plana, puede ser
necesaria la disposición de correderas (vigas reforzadas) para distribuir las cargas en la estructura
del casco. Por otro lado, en el componente se requiere que el componente tenga respectivamente
una estructura de apoyo (cuna de deslizamiento, zapatos o marco de arrastre). Entre estas dos
superficies se dispone grasa para reducir la fricción, aunque en algunos patios de fabricación se
emplean rodillos de acero.
En este método es imperativo mantener alineadas y niveladas las trabes con las correderas:
Fig. 5 Carga deslizada de una superestructura en el patio de J. Ray McDermott, Aransas Pass.
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La nivelación de las correderas con las trabes se altera como consecuencia de la transferencia
de peso y de los cambios de marea. Lastrando o deslastrando la embarcación es como la
nivelación se controla. El objetivo del lastrado es evitar que se presenten desniveles que
resulten en una falta de apoyo al componente tal que al redistribuirse las reacciones, el
componente, el patio o la embarcación sufran daños.
La alineación por su parte se altera debido al efecto del viento y las corrientes en el sitio. Para
contener este efecto y mantener la alineación de las trabes con las correderas se dispone un
sistema de amarras. En el caso de las cargas deslizadas es común posicionar la embarcación
con la popa en contacto con el muelle. Esta disposición no es convencional, por lo que se debe
diseñar a detalle el sistema de amarras respectivo.
Cargas con transportadores
Los transportadores son vehículos multi-ejes, que ofrecen una plataforma de gran maniobrabilidad
y capacidad de carga. Sus características operacionales más sobresalientes son:
Carga por eje estándar que permite la modularización.
Desplazamiento horizontal omni-direccional y omni-rotacional.
Compensación automática de los desniveles en el suelo manteniendo la carga en los ejes.
Fig. 6 Carga con transportadores de una subestructura en el patio de Gulf Island, Houma, Lousianna.
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Los módulos pueden ser autopropulsados.
Ofrecen reversibilidad durante la carga.
Dependiendo el peso y la configuración geométrica del componente se determina la cantidad,
capacidad y disposición de transportadores. El proceso considera que el grupo de transportadores
se posicione por debajo del componente y tomen su peso elevando la plataforma uniformemente;
con el componente apoyado en su plataforma, los transportadores se desplazan hacia el chalán,
hasta que se disponen en el sitio donde depositarán el componente sobre los soportes marinos.
En este método se requiere mantener la alineación y nivelación del chalán con el muelle, aunque
los transportadores, con sus sistemas hidráulicos automáticos, compensan en gran parte los
desniveles y, por otro lado, distribuyen homogéneamente la presión sobre los ejes permitiendo
desplazarse libremente sobre la cubierta del chalán, resultando así operaciones más eficientes.
Para proporcionar una transición suave entre el chalán y el muelle se disponen rampas resistentes;
de esta forma las ruedas de los transportadores no quedan en volado debido a los desniveles o a
la separación entre el espejo del chalán y el muro del muelle. En la Figura 7 se puede observar
como las ruedas de los transportadores se ajustan para compensar los desniveles. Así mismo, se
puede observar la rampa dispuesta entre el muelle y el chalán.
Fig. 7 Detalle del proceso de carga con transportadores de una subestructura.
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A pesar de la flexibilidad de los transportadores y debido a que también es común que la
embarcación se posicione por popa, se debe disponer un sistema de amarras eficiente para
soportar los efectos del viento y corrientes.
Cargas Izadas
El izaje es un método tradicional del
ambiente marino, sin embargo, el
embarque de componentes de
plataformas por medio del izaje no es
nada convencional.
Para poder realizar una carga izada se
deben considerar dos aspectos que
limitan el peso y dimensiones del objeto
a izar:
La capacidad de izaje y radio de alcance de las grúas disponibles en el muelle de carga.
La resistencia del muelle de carga el cual debe soportar el peso combinado de los
componentes y el equipo de izaje.
Las cargas izadas se realizan teniendo al chalán amarrado en forma convencional, es decir, por
alguno de sus costados. En este caso, el sistema de amarras del chalán puede ser suficiente,
aunque de todas formas, el sistema debe ser revisado para preveer cualquier necesidad adicional
de amarras. Por otro lado, el sistema de lastrado es requerido para controlar la escora de la
embarcación, como sucede cuando se realiza la carga de pilotes, en la que gradualmente se van
estibando estas piezas y pueden darse momentos en que la asimetría es suficiente para producir
una escora que complique la operación.
Hay ocasiones en que la embarcación de transporte cuenta con grúas para izar el objeto a
transportar desde el muelle, y disponerlo en su cubierta. En estos casos, aparte de considerar los
puntos anteriores, el sistema de lastrado de la embarcación es de suma importancia para
garantizar la estabilidad y el adrizamiento durante la operación.
También se emplean grúas flotantes, ya que éstas pueden tener mayor capacidad de carga que las
grúas terrestres y además, porque el muelle donde se realiza el izaje no podría soportar el peso del
conjunto objeto-grúa(s). El objeto a izar se aproxima al borde del muelle, en donde es izado por la
Fig. 8 Carga izada de pilotes en el patio de Swecomex, Pueblo Viejo, Ver.
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grúa flotante. Posteriormente, la grúa flotante dispone el objeto izado sobre la zona de estiba en el
chalán; esto se logra comúnmente alejando la grúa del muelle para ubicar al chalán entre estos, y
finalmente, descender al objeto en la posición respectiva para transporte.
Transporte
El proceso de instalación de plataformas marinas implica que los componentes sean transportados
desde el sitio de fabricación hacia el sitio de instalación final. Es una circunstancia relevante que el
sitio de fabricación se puede ubicar a una distancia considerable o incluso en un continente distinto
al del sitio de instalación.
La planeación de esta operación implica la definición de las condiciones ambientales extremas a
las que estará expuesto el componente. El binomio componente – embarcación es analizado para
determinar sus movimientos y aceleraciones cuando se someta a estas condiciones ambientales.
Por un lado, el componente debe soportar los movimientos que estas condiciones le impongan. Por
otro, se deberán diseñar elementos (seguros marinos) que sujeten el componente a la
embarcación durante el transporte y bajo estas condiciones extremas. Así mismo, la embarcación
deberá tener la resistencia suficiente para soportar estas condiciones y las fuerzas que le imponga
el componente que transporta.
Fig. 9 Carga izada con grúa flotante de un módulo de turbo-compresión en el patio TurboFab, Houston, Texas. Con el apoyo de los remolcadores, la grúa flotante dispuso el módulo sobre un chalán amarrado en un muelle cercano.
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Remolque en Seco con Chalán – Remolcador
Para el transporte de componentes se usan comúnmente chalanes jalados por uno o varios
remolcadores. La denominación del chalán que será empleado es crucial, ya que a partir del
chalán se definen muchos de los aspectos involucrados en el proceso, como el uso o no de
correderas, el equipo de lastrado, los dispositivos de amarras, los seguros marinos, etc.
Por otro lado, el remolcador debe ser capaz de desarrollar un tirón suficiente para lograr una
velocidad mínima de transporte. Así mismo, es necesario que haya compatibilidad entre el
remolcador (o remolcadores) que jalará al chalán y los puntos para remolque del chalán. Se debe
disponer un arreglo del remolque consistente con la potencia del remolcador.
Tal vez este método es el más común en el transporte de estructuras costa fuera. Debido a su
costo, es la solución más barata, aunque tiene las siguientes inconveniencias:
En ocasiones, el remolcador y el chalán no pertenecen al mismo dueño, por lo que hay que
asegurar la compatibilidad de los elementos del remolque en ambas embarcaciones.
Durante el remolque, la única conexión entre el chalán y el remolcador es el cable de remolque,
por lo que se debe tener un control apropiado de la tensión para evitar perderlo. El uso de
malacates con doble cable de remolque (el segundo como emergencia) es un requerimiento
muy común.
La velocidad es muy baja; la velocidad estándar es de 5 nudos, pero en condiciones de
ambiente severo, ésta puede ser inclusive nula o inversa.
La sensibilidad del chalán a los malos tiempos es muy grande. Ante un mal tiempo se requiere
entrar a un puerto de refugio.
Fig. 11 Remolque en seco de la subestructura de MALOOB-A.
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Remolque en Seco con Embarcación
En este tipo de transporte, la estructura se transporta sobre una embarcación con propulsión
propia. Estas embarcaciones son muy especializadas, cuentan con cubiertas de gran capacidad de
carga, sistemas de lastrado de gran volumen y comportamiento marinero mejorado. Este método
es muy utilizado en los casos de transportes trans-oceánicos, ya que estas embarcaciones pueden
desarrollar una velocidad entre 12 y 14 nudos, lo cual es más del doble de lo que desarrolla una
pareja chalán – remolcador. Una velocidad mayor significa un tiempo de travesía menor, lo cual
resulta en requerimientos de oleaje y viento menores que los que se tendrían con un chalán
remolcado, y por lo tanto, los requerimientos de resistencia y seguros marinos son menores
también.
Otras ventajas en este tipo de transporte son:
Las embarcaciones tienen mejores formas marineras, por lo que tienen mayor maniobrabilidad
y comportamiento marítimo, esto mejora las aceleraciones y los movimientos menores en la
estructura que transportan.
La tripulación de la embarcación puede monitorear la condición de la estructura durante la
travesía.
La tripulación de la embarcación tiene el control de la ruta en todo momento y puede tomar las
precauciones para evitar malos tiempos.
Fig. 12 Remolque en seco del spar Mad-Dog, a bordo del HCV MIGHTY SERVANT I.
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Remolque Húmedo
Algunas estructuras son puestas a flote para ser llevadas a su sitio de instalación, esto sucede en
la mayoría de las plataformas flotantes o las plataformas de base de gravedad.
En el escenario mexicano la mayoría de las subestructuras, debido a su peso y geometría, han
sido puestas a flote cerca del sitio de instalación para después ser remolcadas al sitio de
instalación final.
Cuando el peso y la configuración de una estructura impiden su transporte en chalanes o en seco,
se les hace flotar para que sean remolcadas a su sitio de instalación. Esto obviamente participa de
las mismas inconveniencias de la opción chalán – remolcador. Por la forma y el peso de la
estructura, el remolque se realiza generalmente con más de un remolcador, esto agrega una mayor
complejidad a la operación porque requiere la correcta coordinación de los remolcadores durante el
remolque.
Aspectos importantes de la transportación
Definición del criterio ambiental. Un punto crucial para la transportación es definir la altura de la
ola y su periodo, ya que de esto dependerá el diseño de todos los elementos para el transporte
y el control del avance en la ruta preestablecida.
Soportes y seguros marinos. La carga debe ser debidamente soportada por la embarcación y
sujetada adecuadamente para evitar que caiga al mar debido a los movimientos de la
Fig. 13 Remolque húmedo de la isla de perforación ORLAN, desde el Oceáno Ártico hasta la Vladivostok a través del estrecho de Bering.
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embarcación. Todas las cargas impuestas por los soportes y seguros deben ser verificadas
para evitar que sobrepasen el peso máximo permisible de la estructura de la embarcación.
Embarcaciones
En las operaciones marinas se involucran diversos tipos de embarcaciones. Para las operaciones
de carga y transporte lo más común en el ámbito nacional es emplear los chalanes y los
remolcadores para el remolque. A continuación se resaltan las características más relevantes de
cada una, pero en general los siguientes requerimientos son aplicables en ambos casos:
Deben cumplir con los requerimientos estatutarios de la bandera que enarbolan.
Las embarcaciones deben estar clasificadas y contar con sus certificados respectivos en regla.
Deben ser adecuadas para el servicio anticipado. La adecuación es determinada por la
inspección de garantía marina. Una embarcación puede cumplir con los dos requerimientos
anteriores y aún no ser adecuada debido a que sus características no se ajustan a los
requerimientos de la operación en la que será empleada.
Chalanes
Los chalanes de carga en cubierta son empleados frecuentemente para el transporte de
estructuras. En la mayoría de los casos no cuentan con medios de lastre propios, por lo que se
debe considerar el empleo de bombas externas para el lastrado. La cubierta se diseña para una
carga distribuida de 15 a 30 t/m2, y también para soportar cargas concentradas en ciertos puntos
de la cubierta, ésta varía dependiendo de su estructuración interna. En resumen, los aspectos más
relevantes de los chalanes son los siguientes:
Los chalanes son embarcaciones no tripuladas y, como se indicó, muchas veces no cuentan
con sistemas de lastrado propios. Para controlar una vía de agua o una comunicación entre
tanques se tendría que embarcar personal y equipos, lo cual puede llevarse tiempo y por lo
tanto, se tendría el riesgo de perder la embarcación y su carga. Por este motivo es importante
asegurar la estanquidad externa e interna de los chalanes. Las aberturas en cubierta, como los
registros y escotillas, son verificadas a detalle en cada operación para evitar cualquier
posibilidad de entrada de agua a través de ellas.
Los chalanes no tienen propulsión propia y más grave aún, no tienen gobierno propio, por lo
que son objeto de frecuentes colisiones con muelles y otras embarcaciones. Además, la
cubierta recibe cargas de impacto extraordinarias que suceden implícitamente en el servicio
que desempeñan. Así mismo, los chalanes no son sometidos a mantenimiento frecuente y
sufren mucho deterioro debido a la corrosión. Debido a este servicio tan severo, es muy normal
observar chalanes con deformaciones y abolladuras en el casco, en cubiertas o elementos
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interiores. Sin embargo, hay que cuidar que las deformaciones no sean excesivas en
elementos que trabajen a compresión, como los mamparos o los puntales internos. También la
estructura del chalán no debe presentar fracturas o desprendimiento de refuerzos internos.
Espaciamiento entre cuadernas. Se conocen como cuadernas las estaciones en que
longitudinalmente se divide el casco de una embarcación. Esta separación puede ser de 8 a 12
pies (2.4 a 3.6 m). La importancia de esta separación radica en que los elementos
transversales de primer orden se ubican en estas estaciones. De este modo, conociendo el
espaciamiento de cuadernas, se disponen los soportes y seguros marinos de modo que
coincidan en esos puntos.
La capacidad de carga distribuida y concentrada de la cubierta de los chalanes es limitada.
Esta capacidad debe ser declarada por el dueño del chalán para que los ingenieros de
soportes y seguros marinos la tomen en cuenta en el diseño de estos elementos. Esta carga es
normalmente referida a zonas o puntos específicos en la cubierta del chalán, por ejemplo:
carga permisible en la intersección de una cuaderna con el costado, carga distribuida a lo largo
de una cuaderna, carga puntal en la intersección de un mamparo longitudinal con uno
transversal.
Elementos para remolque. Los elementos de remolque deben ser compatibles con el tirón del
remolcador (o remolcadores) que jalará al chalán durante el transporte. Una regla simple es
que estos puntos de remolque deben tener una capacidad tres veces mayor que el tirón a
punto fijo del remolcador que se conectará ahí. En los casos donde debido a las dimensiones
del remolque se requiera un remolcador con un tirón a punto fijo, relativamente grande para un
chalán en específico, puede ser imposible cumplir con el requerimiento a menos de que se
realice un reforzamiento adicional.
Un tipo de chalán más sofisticado es el empleado para los lanzamientos. Sus características son:
Cuentan forzosamente con sistema de lastrado propio, ya que durante el lanzamiento se debe
alterar el asiento (inclinación longitudinal) para propiciar el deslizamiento.
La cubierta en la popa tiene una pendiente que permite la instalación de las correderas rotantes
o balancín. El balancín garantiza un área de soporte mínima a la subestructura cuando ésta
gira sobre la popa del chalán durante el lanzamiento.
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Remolcadores
Los remolcadores son embarcaciones de apoyo empleadas en casi todas las operaciones marinas.
Están diseñados para desarrollar una fuerza de tiro o jalón, la cual puede ser empleada en el
remolque y el control de objetos flotantes en general. El uso más frecuente de los remolcadores
consiste en jalar los chalanes que transportan estructuras. También se usan para asistir durante
las maniobras de carga en el posicionamiento del chalán.
Para el remolque en alta mar, los requerimientos esenciales de un remolcador son:
Desarrollar un tirón a punto fijo que permita cumplir con los requerimientos de velocidad
aplicables.
Tener un malacate de remolque con doble tambor y con dos cables de remolque.
Fig. 16 Chalán de Lanzamiento I-600. Obsérvese los balancines en la popa.
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Ingeniería para Carga y Transporte
A la ingeniería para Carga y Transporte, junto con la de Instalación, se le conoce como Ingeniería
Transitoria, ya que estudia casos que ocurren una sola vez en la vida de la plataforma. Esta
ingeniería es necesaria porque las condiciones “transitorias” pueden imponer esfuerzos
extraordinarios, que incluso bajo las condiciones del sitio nunca se presentarían. Por ejemplo:
La subestructura trabaja en el sitio estando de pie, es una estructura muy rígida y resistente
debido a los pilotes que la atraviesan. En cambio, durante la carga y el transporte se apoya en
dos de sus marcos, a lo largo de una de sus caras y sin los pilotes.
Una superestructura al ser transportada sufrirá inclinaciones continuas de 1 a 5 grados durante
la travesía o inclinaciones hasta de 15 grados, en caso de navegar bajo condiciones
meteorológicas adversas; situación que no ocurre en ningún caso de análisis en el sitio de una
plataforma fija.
En resumen, la ingeniería transitoria para la carga y transporte de plataformas marinas debe tomar
en cuenta las siguientes circunstancias:
Fig. 17 Remolcador MR CHARLIE. Obsérvese el malacate con doble tambor.
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Se manipulan estructuras parciales porque se trata de una fabricación por módulos o
componentes.
La disposición de la estructura es diferente a la disposición en el sitio final de la instalación.
Los efectos dinámicos del transporte marítimo son distintos a los efectos dinámicos de la
condición del sitio.
La condición de apoyos puede ser distinta.
En el caso de que los esfuerzos determinados en la ingeniería transitoria sobrepasen la capacidad
de los elementos estructurales, se toman las siguientes opciones:
Justificar los sobreesfuerzos con los certificados de colada del material o dimensiones reales,
especialmente en los casos donde la estructura ya fue fabricada.
Reforzar los elementos sobre esforzados.
En una etapa temprana del diseño se puede optar por redimensionar el elemento,
especialmente si el impacto en peso y costo es marginal.
Carga
Análisis de Arrastre
El análisis de arrastre tiene como objetivo corroborar la resistencia de la estructura durante el
proceso de arrastre. Durante el arrastre se pueden presentar las siguientes circunstancias:
Desnivelación entre las correderas del chalán y las trabes del patio, las cuales pueden
ocasionar pérdidas de apoyo y/o incrementos de reacciones. Esta desnivelación puede suceder
por la falta de coordinación del lastrado con el arrastre de la estructura y los cambios de marea.
Escora del chalán (inclinación transversal), lo cual provoca también un tipo de desnivelación y
además una torsión a la estructura.
La dirección de arrastre de la estructura es afectada por la ubicación transversal del centro de
gravedad y la falta de homogeneidad de las superficies de arrastre, esto causa que la fricción
en una corredera sea diferente a la otra. Para compensar cualquier desviación de la dirección,
se coordinan los equipos de arrastre, lo cual implica que en algunos momentos del arrastre, el
jalón sea asimétrico.
El análisis contempla una corrida inicial, considerando que todos los puntos de apoyo tienen
contacto con la superficie de deslizamiento, como se puede observar en la Figura 16. Esta corrida
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arroja los valores de la reacción en cada apoyo (representadas en la figura con las flechas). Estos
valores son utilizados para definir el plan de lastre que se explicará más adelante.
Posteriormente se realizan las corridas para los distintos escenarios comentados anteriormente. En
la Figura 17 se visualiza el caso donde el chalán opera longitudinalmente distancias excesivas,
resultando en que unos soportes pierden su apoyo (soportes resaltados) y las reacciones en los
apoyos restantes se incrementan significativamente (ilustrado con flechas de mayor longitud a las
empleadas en la Figura 16).
Con el análisis de arrastre se define la envolvente de carga, la cual se define como la máxima
excursión que se puede permitir al chalán para que no se produzcan sobreesfuerzos en la
estructura o reacciones excesivas sobre el muelle o sobre el chalán. La envolvente de carga es
una herramienta de control durante la operación, y además es un criterio de diseño, por lo
siguiente:
Una envolvente reducida implica esfuerzos menores en la estructura y reacciones similares a la
condición normal. Sin embargo, puede requerir un monitoreo de la nivelación más riguroso, un
sistema de lastrado altamente confiable y un proceso de arrastre muy controlado puesto que la
estructura no soportaría excursiones largas. En pocas palabras, sería una operación muy
restringida.
Una envolvente amplia permitirá tener una operación de carga más flexible y, por lo tanto, más
rápida. El inconveniente es que se tendría que reforzar significativamente la estructura para
tolerar las excursiones de la envolvente amplia.
El valor de excursión mínimo, que debería ser considerado para una envolvente, es de una
pulgada (2.5 cm), aunque operativamente se opte por la mitad, es decir, media pulgada. Esta
filosofía permite llevar un control moderado durante la operación para que en caso de una
contingencia (por ejemplo una falla de bombas) se tenga una reserva de resistencia mientras que
se toman las acciones correctivas.
Trabes
Muro del Muelle Cabecera
Chalán y correderas alineadas, condición de apoyos normal
Fig. 18 Condición normal durante un arrastre.
337
Infraestructura
En la Figura 16 se indican los elementos del muelle en donde se realiza la carga. En la Figura 18
se resaltan las trabes, las cabeceras de muelle y los distintos muelles existentes en un patio de
fabricación.
Las trabes son diseñadas para
soportar las cargas impuestas por
las estructuras durante la
construcción y el arrastre. Durante
la construcción se debe mantener
un monitoreo de su nivelación para
evitar complicaciones durante el
arrastre. En el caso de observar
asentamientos significativos, el
patio de fabricación debe plantear
las acciones correctivas antes de la
operación de arrastre.
La cabecera del muelle se debe
reforzar significativamente por la
tendencia de pivotar la estructura
Fig. 19 Escenarios de excursión longitudinal excesiva durante el arrastre.
Fig. 20 Vista aérea del patio de Bosnor, Matarredonda, Veracruz.
338
Fig. 19 Cabecera del muelle en el patio de Bosnor.
sobre ella, como consecuencia de una desnivelación entre el chalán y el muelle. Así mismo, la
cabecera tiene que soportar el empuje resultante del chalán al estar posicionado durante la
operación de carga. El tema sobre las defensas del muelle se detallará más adelante.
El muro del muelle, aparte de considerar
las fuerzas desarrolladas durante una
operación de carga, debe considerar
también la profundidad máxima de
dragado que podría requerirse. El margen
de embarcaciones que pueden
posicionarse en un muelle puede verse
limitada por la profundidad del muro. En la
sección de dragado se detallará más al
respecto.
Dragado
Los muelles que se destinen para las operaciones de carga y para el atraque de chalanes deben
tener suficiente calado. Para determinar la profundidad de dragado, es necesario considerar un
claro bajo quilla mínimo de 0.5 m. Así mismo, el francobordo del chalán no debe ser menor de 0.5
m. El claro bajo quilla se define como la distancia vertical entre el fondo del casco de la
embarcación y el lecho marino; el francobordo es la distancia vertical entre la cubierta de la
embarcación y la superficie del mar.
El francobordo es necesario para proporcionar una plataforma de trabajo segura para el personal y
equipos dispuestos en la cubierta, y también, para ofrecer una superficie en el costado para que
los remolcadores usados en la operación puedan hacer contacto efectivo.
Los requerimientos de dragado en la dársena de maniobras del patio pueden ser variables. A lo
largo de los muelles de atraque, la profundidad debe ser compatible con el calado para transporte;
mientras que en las cabeceras del muelle, la profundidad debe ser compatible con el calado
durante la carga. En este último caso, un factor muy importante es la altura de la cabecera con
respecto al nivel de marea.
Es aconsejable que el dragado se realice con dragas de succión, y no con almejas, ya que las
primeras garantizan un perfil del fondo más uniforme y reducen las incertidumbres que se tengan
sobre la batimetría.
339
Como se puede observar en la Figura 20, por un lado se determina la dimensión A, que es la suma
de la altura de la cabecera sobre el nivel de marea y la profundidad en el sitio de carga. La
dimensión B es la suma de la altura de las correderas sobre la cubierta del chalán y el puntal del
mismo. La diferencia A-B debe ser mayor que medio metro. Este esquema debe repetirse variando
la profundidad hasta la máxima altura de marea para verificar que el francobordo no sea menor al
medio metro.
Defensas
La acción del jalón para arrastre, de las amarras y eventualmente de los remolcadores, resulta en
una fuerza horizontal del chalán sobre la cabecera, también produce una fuerza de fricción que
afecta la respuesta de la embarcación al lastrado, dificultando la nivelación de la embarcación con
el muelle.
Fig. 21 Esquema para la determinación de requerimientos de dragado.
Carga horizontal
Jalón
Amarras Remolcador
Fig. 22 Fuerzas actuantes en la cabecera del muelle.
340
Fig. 23 Contacto entre verduguillo y cabecera de muelle y disposición de defensa.
Aunado a esta fuerza, la configuración del muelle y del espejo (parte de la popa del chalán) y las
imperfecciones existentes pueden provocar que la embarcación quede incrustada, impidiendo
completamente cualquier movimiento vertical. Por tal motivo, el sistema de defensas deberá
disponerse para otorgar una interfase de contacto adecuada entre el chalán y la cabecera del
muelle, esto permitirá al chalán responder más adecuadamente a los movimientos de lastre que se
efectúen durante la operación de carga.
Equipo motriz para arrastre
Para transferir la estructura desde el muelle a la embarcación se requiere un equipo motriz con
suficiente capacidad para realizar la operación dentro de la ventana meteorológica anticipada. La
necesidad de jalón se determina con base al peso de la estructura por arrastrar y de la fricción
prevista en el deslizamiento. Los siguientes equipos son empleados normalmente.
Tractores
En algunos casos se han empleado tractores en tierra, los cuales jalan los cables de arrastre a
través de un conjunto de poleas y polipastos y deslizan la estructura sobre el chalán. El empleo de
tractores está limitado por la longitud de la ruta que puedan seguir. En el caso de estructuras de
bajo peso, la fuerza de arrastre pudiera ser desarrollada por la acción directa de los tractores, sin el
empleo de polipastos, y por lo tanto, el recorrido del tractor es igual al recorrido de la estructura. En
los casos donde se requiere multiplicar la fuerza de arrastre con polipastos, la distancia que recorra
el tractor deberá ser igual a la distancia que se tenga que arrastrar la superestructura multiplicada
por la cantidad de poleas en el polipasto. Es por eso que a medida que el peso de las estructuras
aumente, el empleo de tractores se volverá impráctico y poco recurrido.
Contacto entre verduguillo y cabecera
Defensa (separador)
entre verdugillo y cabecera
341
Grúas
Una forma de evitar las limitaciones impuestas por la ruta de los tractores es el empleo de grúas. El
cable de arriado del gancho de grúa, que puede no ser requerido durante la operación de carga, se
desconecta para ser adujado al arreglo de arrastre. Sin embargo, el método tiene una limitante, ya
que la capacidad de los tambores para adujar cable es limitada.
Una forma de tener una capacidad alta de adujamiento en los tambores sería empleando grúas de
gran capacidad. Si esto no es posible, la alternativa escondiste en disponer elementos intermedios
entre el polipasto y la estructura a arrastrar. Durante el arrastre los bloques de los polipastos se
van cerrando paulatinamente; cuando ya no es posible seguir jalando, se detiene el arrastre para
retirar todos o al menos una parte, de los elementos intermedios, para abrir de nuevo el polipasto.
Para definir que tantos elementos intermedios se requieren, se debe verificar la capacidad de tiro
del tambor para definir la cantidad de vueltas que debe tener el arreglo de jalón para producir la
fuerza de arrastre. La cantidad de cable que soporta ese tirón, y la cantidad de vueltas definen que
tanto se pueden abrir los bloques. La distancia faltante es cubierta por los elementos intermedios.
El hecho de realizar el jalón con un equipo montado en tierra, retrasa la conexión hasta que el
chalán esté posicionado para la carga, empleando tiempo dentro de la ventana meteorológica. Ya
que el chalán no puede ser retirado de la posición de carga hasta que el componente esté
asegurado, la recuperación de los cables de jalón debería realizarse dentro de este lapso; este
aspecto debe ser confirmado durante la planeación de la operación.
Malacates
Los malacates de arrastre se disponen sobre la cubierta de la embarcación, en combinación con
polipastos. Esta disposición permite que estos se instalen, como parte de los preparativos para la
carga fuera de la ventana meteorológica.
El jalón se realiza con uno o dos malacates; emplear más malacates podría resultar complicado
para disponer en la cubierta, y sobre todo, para coordinar su acción. Como en el caso de las grúas,
el jalón se multiplica con polipastos teniendo la consecuente limitante impuesta por la capacidad de
cable que se puede adujar en los tambores de los malacates.
342
En las Figuras 23 y 24 se puede ver el arreglo de arrastre para una superestructura donde se
emplea un malacate. En la Figura 24 se muestra el bloque viajero conectado a la superestructura
con un estrobo complementario.
Los malacates se pueden
seleccionar tomando en
consideración:
El jalón estático que puede
desarrollar en las distintas
capas del tambor. El jalón es
mayor en las capas más
cercanas al eje del tambor.
Las dimensiones del tambor
para poder adujar la mayor
cantidad posible.
Las dimensiones generales de los malacates, estos tendrán un espacio en cubierta que pudiera
ser restringido.
Las reacciones impuestas por el malacate sobre la cubierta del chalán, éstas no deben exceder
la capacidad de carga en cubierta.
Fig. 24 Arreglo de malacate, muerto de arrastre y bloque fijo empleado para la carga de una superestructura.
Fig. 25 Estrobo complementario empleado en la carga de una superestructura.
343
Gatos Hidráulicos
Con gatos hidráulicos se empujan las estructuras para deslizarlas sobre la embarcación. El
desplazamiento en este caso es escalonado, ya que los cilindros sólo se expanden una distancia
relativamente corta. Existen varios métodos para que el proceso de expansión / contracción no
requiera la intervención de personas. Estos equipos no son usados ampliamente puesto que
requieren una inversión significativa, pero son una buena alternativa para el empleo de malacates,
especialmente porque los equipos hidráulicos son muy compactos y versátiles.
Strand Jacks – Gatos de Cables
Los gatos de cables jalan una madeja de cables que resisten una fuerza específica. Los cables
pasan por un par de platos agujerados en cada extremo del gato y que contienen cuñas
expandibles antagónicas. Cuando el gato se expande, el conjunto de cuñas en el plato del émbolo
aprietan los cables y las cuñas del plato en el cilindro liberan al cable, moviendo así la estructura;
al realizar la contracción del cilindro, las cuñas del émbolo sueltan el cable permitiendo que éste se
retraiga mientras que las cuñas del cilindro aprietan el cable para mantener fija la posición de la
estructura durante esta etapa.
Los gatos de cables pueden ser empleados en todo tipo de cargas; son más compactos y pueden
producir jalones en una gama muy amplia de fuerzas. La cantidad de cables por cilindro se define
con base en el jalón requerido y la resistencia específica de los cables. La gran ventaja consiste en
que a pesar del escalonamiento en el movimiento que resulta de la expansión y contracción de los
gatos, el movimiento sólo es
interrumpido por el lastrado
de la embarcación y no para
hacer enmiendas al arreglo
de arrastre. Dependiendo
del arreglo empleado, los
cables y gatos se pueden
disponer durante los
preparativos para la carga, y
así evitar usar tiempo de la
ventana meteorológica.
Fig. 26 Strand jacks empleados para la carga de una subestructura.
344
Lastrado
Como se mostró anteriormente cuando se habló del análisis de arrastre y las correderas, el
lastrado es el medio para controlar la nivelación entre el chalán y el muelle. Conforme la estructura
se desliza sobre el chalán, el adrizamiento y el asiento de la embarcación se afectan alterando la
nivelación con el muelle. Así mismo, debido a la duración de la operación, los efectos de la marea
pueden influir en esta nivelación. Con un plan de lastrado adecuado se pueden compensar estos
efectos.
El plan de lastrado es la estrategia que se sigue para compensar, con el llenado y achique de
tanques, la transferencia de peso y las variaciones de marea. La duración de una operación de
carga está determinada por la eficiencia del equipo motriz, en conjunto con el desempeño del
equipo de lastrado. El lastrado normalmente domina la duración de la operación porque es común
que el proceso de deslizamiento espere el proceso de lastrado.
Requerimientos de Lastrado
A continuación se indican los lineamientos de un inspector de garantía marina con relación al
Sistema de Lastrado:
Se deberá preparar un plan de lastrado, para mostrar que la embarcación puede ser lastrada o
deslastrada en forma segura para recibir la carga, sin sobreesforzar la carga o la embarcación.
El sistema de lastre debe tener la capacidad de compensar la peor combinación de cambio de
carga y de marea durante la operación.
Para asegurar una adecuada contingencia en el caso de que la carga sea detenida, el sistema
deberá tener una capacidad suficiente para compensar un ciclo de marea completo.
Se dispondrá de bombas de respeto suficientes para los casos de fallas en las bombas, y
cualquier acción que se tome deberá ser documentada. El sistema de lastre debe tener una
reserva de capacidad mínima del 50%.
Se recomienda que se use, para la carga en chalanes, un sistema de lastrado independiente
con su propia fuente de energía. El sistema de lastrado propio no deberá ser usado durante la
carga, excepto como contingencia, ni deberá ser incluido en el cómputo de la reserva de
capacidad.
Todos los equipos deberán ser probados antes de la carga y así mostrarán que son
completamente operativos.
345
Reacciones variables de la estructura
Distribución de lastre variable
Fig. 28 Distribución de reacciones y lastre durante un proceso de arrastre.
Resistencia global del chalán
Durante el lastrado, las distintas fuerzas que actúan sobre el casco tales como el peso del chalán,
el empuje que recibe, el lastre en los tanques y las reacciones de la estructura producen una carga
que genera esfuerzos cortantes y momentos flectores en la estructura de la embarcación.
En la Figura 26 se puede observar como la distribución de reacciones y de lastrado no es
homogénea. En la Figura 27 se ilustra como las distintas secciones del casco flotarían con distintos
calados si se separan. Las fuerzas que mantienen esas secciones alineadas dentro de la
estructura del casco son las que generan esfuerzos internos longitudinales. Del plan de lastrado se
debe obtener el esfuerzo cortante y el momento flector al que se somete el casco en cada etapa de
carga para corroborar que no excedan los valores máximos permisibles establecidos para la
embarcación.
Para la elaboración de un plan de lastrado se deben tomar en cuenta los siguientes parámetros:
Fuerzas resultantes en el casco
Esfuerzos cortantes y flexores en el casco
Fig. 29 Origen de los esfuerzos cortantes y momentos flectores debido a la distribución de pesos y lastrado.
346
Transferencia de carga sobre el chalán Retiro de lastre del
chalán
Pleamar Lastrar chalán
t
h
Bajamar Deslastrar chalán
Lastrado / deslastrado para compensar marea
Si se parte del principio de que el proceso de lastrado tiene como uno de sus objetivos
compensar la transferencia del peso de la estructura al chalán, entonces la capacidad del
sistema de lastrado tendrá que tomar en cuenta el peso del objeto a cargar. El peso del lastre a
disponer en la embarcación debe ser mucho mayor que el peso del objeto a transferir.
La fuerza de apoyo en cada uno de los soportes del componente se toma en cuenta para
determinar la estrategia de llenado durante el proceso de arrastre. En la Figura 28 se observa
como se debe retirar lastre de la embarcación para compensar el ingreso de una porción de la
estructura que se esté cargando.
El cambio de marea debe ser compensado con el sistema de lastrado, por lo que también se
toma en cuenta para determinar su capacidad. La marea ascendente favorece el proceso de
carga, al incrementar virtualmente la capacidad de carga de la embarcación. Por tal motivo, se
busca siempre realizar la operación de carga durante esta fase de la marea. En la Figura 29 se
puede ver como durante la marea ascendente se tiene que lastrar el chalán para conservar la
nivelación con las correderas; al descender la marea entonces hay que botar lastre. La
amplitud de la marea debe verificarse en el sitio de carga para disponer un sistema de lastrado
que permita compensar un ciclo de marea que mantenga la nivelación del chalán dentro de las
tolerancias permitidas por la envolvente.
Fig. 28 Retiro de lastrado para compensar transferencia de carga.
Fig. 29 Manejo de lastre para la compensación de la marea.
347
La duración de la ventana meteorológica se define a partir del tiempo de lastrado, sin embargo,
debido a la incertidumbre de los pronósticos meteorológicos de largo plazo, no puede
extenderse libremente. En otras palabras, si el sistema de lastrado no es de gran capacidad, el
tiempo de lastrado podría implicar una ventana meteorológica donde los pronósticos tendrían
un alto grado de incertidumbre. Por tal motivo, el sistema de lastrado también debe tener una
capacidad de tiempo de lastrado que implique una ventana meteorológica con un plazo de 24 a
48 horas como máximo.
En conexión con la compensación de la marea, la eslora y la manga del chalán (largo y ancho)
se introducen en la determinación de la capacidad del sistema de lastrado. Estas dimensiones,
junto con la altura que desciende la marea, definen un volumen de agua que el sistema tiene
que transferir en el tiempo que dura el cambio de marea.
Si no se conocen las reacciones en los apoyos y no se tiene una previsión de los pasos del
proceso de arrastre, la capacidad del sistema de lastrado se puede evaluar empleando la siguiente
fórmula simplificada:
En donde:
Q = Capacidad de bombeo en t/hr.
L = Eslora del Chalán en metros.
B = Manga del Chalán en metros.
H = Amplitud predicha de la marea en metros.
W = Peso de la estructura en toneladas métricas.
δ = Densidad del agua en t/m3.
k = Coeficiente de corrección por apéndices (1.03 a 1.05).
c = Incremento por movimientos de lastre intermedios (1.3 a 1.5).
t = Tiempo para un cambio de marea en horas.
tb = Tiempo en que se desea realizar la operación.
348
Si se cuenta con una secuencia de lastre derivada de las fuerzas de apoyo en cada uno de los
soportes de la estructura, entonces la capacidad se puede evaluar con las siguientes fórmulas:
En donde todos los términos son los descritos para la fórmula simplificada excepto por:
W’ = El peso del lastre manipulado en cada etapa del proceso de lastrado.
Para diseñar el sistema de lastrado y el plan respectivo se recomiendan los siguientes aspectos
prácticos:
Fig. 30 Asignación de tanques de lastre para el proceso de carga.
Emplear los tanques de la embarcación en la siguiente forma: centrales al medio para pre-
lastrado, laterales al medio para compensación de marea y laterales en los extremos para
controlar el asiento durante la transferencia de carga. En la Figura 30 se muestra este
planteamiento.
Cuando se emplean bombas externas (portátiles) se requerirán al menos seis bombas, una por
cada cuarto de la embarcación, y otra de respaldo por cada banda, como se muestra en la
Figura 31.
Control del asiento
Prelastrado Control de marea
349
El uso de bombas portátiles implica invertir tiempo en el movimiento de mangueras e incluso de las bombas; para reducir este impacto se pueden implementar cabezales que evitarán la manipulación de mangueras, en especial la de succión que es la de mayor complicación para el manejo (ver Figura 32).
Si se emplean bombas sumergibles (ver Figura 33) hay que tomar en cuenta que estas no
agotan los tanques, es decir, siempre habrá un remanente que no podrán reducir. Otro punto a
considerar es que estas quepan a través de los registros (ver Figura 34) y que no sea requerido
Fig. 32 Disposición de equipo de bombeo.
Fig. 33 Concepto de un sistema de lastrado externo.
Respaldo
Respaldo
Babor popa Babor proa
Estribor proa Estribor popa
Cabezal de succión
Válvulas de accionamiento
rápido
Válvulas de retención
(pichanchas)
Bomba
Manguera de descarga
Longitud suficiente para alcanzar los tanques asignados a la bomba y poder así lastrarlos
350
Fig. 36 Bombas semisumergibles.
su traslado a otro tanque durante la carga puesto que la extracción podría estar obstruida por la
estructura (ver Figura 35).
Posicionamiento
Las cargas deslizadas o con transportadores es común llevarlas a cabo posicionando la
embarcación en forma perpendicular al muelle. Esto se debe a que una embarcación tiene mayor
estabilidad en el sentido longitudinal que en el sentido transversal y por lo tanto los requerimientos
de lastrado resultan menores.
Sin embargo, el posicionamiento perpendicular de una embarcación no se considera convencional,
o en otras palabras, es un posicionamiento extraordinario. Esto implica que los elementos de
Extracción de bomba obstruida por la estructura
Agua remanente que no puede ser reducida
Fig. 38 Problemas vinculados al empleo de bombas semisumergibles.
Fig. 35 Registro provisional en la cubierta de un chalán.
351
Fig. 36 Esquema conceptual de un sistema de posicionamiento con amarras.
amarre de una embarcación pueden ser insuficientes o no resistentes a este tipo de
posicionamiento. Por tal motivo se requiere el diseño de un sistema de amarre adecuado a las
circunstancias geométricas y ambientales de la embarcación y el sitio de la operación.
El posicionamiento de la embarcación es una maniobra que requiere ser planeada, tomando en
cuenta el tiempo limitado impuesto por la ventana meteorológica, las restricciones de espacio y el
calado que impuso el sitio y las condiciones ambientales prevalecientes.
El sistema de amarre se determina considerando el componente en la posición final; ya que en
esta situación la fuerzas ambientales son máximas y corresponde al momento del proceso de
carga donde se instalan los seguros post-carga antes de mover la embarcación al muelle donde se
concluirán los preparativos para la navegación.
El viento y las corrientes son los factores principales que influyen en diseño del sistema de amarre.
Como elementos primarios de amarre se consideran cables de acero, a los cuales se les pueda
controlar su tensión. Los cabos de material sintético no son permitidos como elementos primarios,
sólo se aceptan como contingencia. El empleo de remolcadores no se considera como elemento
primario de amarre, ya que, como embarcación que es, también está sujeta a fallas y al efecto del
ambiente.
Así mismo, el diseño debe
contemplar la rotura de una línea
como situación de contingencia. Es
decir, si se disponen tres líneas de
amarras por banda se debe verificar
que con cualquier combinación de
falla, de una de esas líneas, el
sistema trabaje y sea estable. El
factor de seguridad para el caso
intacto (tres amarras) se recomienda
que sea 2.0, y en el caso de daño
(dos amarras) se permiten
reducciones a un valor de 1.43.
Estos factores están basados en la
tabla de la sección 6.3.2 del API-RP-2SK (Recommended Practice for Design and Analysis of
Stationkeeping Systems for Flotaing Structures – Práctica recomendada para el diseño y análisis
de sistemas de posicionamiento para estructuras flotantes).
Como se muestra en la Figura 36, un sistema de amarras típico está compuesto de tres amarras
en cada banda. Debido a las fluctuaciones potenciales del sentido de la corriente se debe disponer
un juego de amarras en cada banda, especialmente si en la zona se presentan cambios de marea
352
o de viento. El sistema de posicionamiento evitará que el chalán se desplace de su alineación
(deriva) o gire sobre la popa (guiñada).
La razón para emplear tres
amarras por banda radica en lograr
una redundancia en el sistema.
Con una amarra sola no se logra
una restricción absoluta de la
deriva o de la guiñada. Con dos
amarras se logra la restricción,
pero en caso de que falle una
amarra, se perdería. Con tres
amarras, si una falla, todavía se
tendría dos amarras para restringir
el movimiento.
Una amarra se compone de cables, bitas en muelle y en chalán,
equipos de tracción (pueden ser malacates o incluso tractores o
grúas), y elementos de sujeción y conexión. Es importante tener
control sobre la tensión de la amarra. Como se ve en la Figura
37, un extremo del cable se hace firme en la bita del muelle, se
envía a la bita del chalán y regresa al malacate o equipo de
tracción que se tenga. Para evitar el uso de cables muy gruesos
se pueden emplear polipastos, y así se prevee que los equipos
motrices puedan manejar la cantidad de cable resultante en sus
tambores.
Los remolcadores se emplean principalmente para asistir en las
maniobras de posicionamiento antes de la carga y para el
atraque posterior. Durante la carga, son una medida de
contingencia para reforzar al sistema de amarras en caso de un
deterioro imprevisto de las condiciones meteorológicas. Hay que
tener en mente que en el caso de falla del sistema de amarras, el
espacio y el calado haría muy difícil que un
remolcador (o un grupo de ellos) pudiera
contener la deriva o el guiño de una embarcación.
Monitoreo de la nivelación
Fig. 37 Composición genérica de una amarra.
Fig. 39 Ejemplo de un sistema de amarras.
353
El proceso de carga se debe realizar considerando la resistencia de los movimientos de la
embarcación con respecto al muelle, tanto en el sentido vertical como en el plano horizontal. Para
verificar que la embarcación se mueva dentro de estos márgenes es necesario disponer un
sistema de monitoreo, el cual se implementa con equipo topográfico y marcas de nivelación en la
estructura.
Gatos de Inercia / Contingencia
Para romper la inercia al inicio del arrastre o en caso de haber incurrido en un paro durante el
arrastre se emplean gatos hidráulicos para apoyar al sistema de tracción a vencer la fricción
estática.
Seguros Provisionales
Para el movimiento post-carga, es decir, el retorno del chalán al muelle en donde se concluirán los
preparativos para la navegación, se disponen seguros provisionales para que la carga quede
asegurada sobre el chalán durante el atraque del chalán. En caso de perder el control del chalán,
los seguros provisionales evitan que la carga se desplace o incluso caiga por la borda.
Transportación
Análisis de Transporte
Tiene como objetivo corroborar la resistencia de la estructura durante el proceso de transporte. Así
mismo, sirve para determinar los amarres y soportes que permiten el comportamiento solidario de
la estructura con el chalán.
El análisis de transporte considera las siguientes etapas:
Definición de parámetros ambientales para la ruta a seguir. Esta etapa considera las
condiciones ambientales de las distintas zonas geográficas que se cruzan en la ruta, aunque
en el caso del transporte de plataformas desde patios nacionales hacia la Sonda de
Campeche, la única zona a considerar es el Golfo de México. Los parámetros ambientales a
definir son:
Altura de ola significativa, la cual se define como “la altura media del tercio mayor de todas las
olas observadas”.
Periodo.
Velocidad del viento.
Corriente.
354
Un parámetro relevante para la definición de la altura de la ola significativa es la velocidad de
transporte, porque ésta determina el tiempo de tránsito, y por lo tanto, el tiempo en que se
estaría expuesto a las condiciones ambientales. La posibilidad de encontrar una ola que
exceda una altura específica aumentará si el tiempo de navegación se extiende. Es por eso
que a mayor tiempo de navegación resultan olas significativas de mayor altura.
Revisión de la estabilidad intacta y en avería. Esta etapa define el calado de transporte; se
recomienda que éste sea a la mitad del puntal y junto con el peso, el centro de gravedad y la
posición de estiba se determinará el plan de lastrado que garantice la estabilidad de la
embarcación durante el transporte. La estabilidad en avería requiere considerar el peor
escenario de inundación en el casco, por ejemplo una escena donde se afecte el asiento, la
escora y la altura del centro de gravedad por incremento en las superficies libres.
Los esfuerzos a los que estará sometida la estructura durante el transporte y las fuerzas
necesarias para asegurarla sobre la embarcación se determinan a partir del análisis de
movimientos del binomio chalán-remolcador. Este análisis se realiza con programas de
cómputo que simulan las respuestas del binomio bajo las condiciones meteorológicas
determinadas para la ruta. En ocasiones, se pueden emplear modelos en tanques de prueba
para predecir con mayor exactitud estas respuestas.
En sustitución del análisis de movimientos existen criterios de movimientos planteados por los
inspectores de garantía marina. El criterio consiste en definir las oscilaciones con respecto a
los ejes transversal (cabeceo) y longitudinal (balance), complementado con el periodo y la
arfada (aceleración vertical).
Amplitud simple en T = 10s
Chalán Temporada Balance (φ) Cabeceo (γ)
Arfada
(az)
Verano 20° 12.5° 0.25 g Grande
Invierno 25° 15° 0.30 g
Pequeño Todo el año 25° 15° 0.30 g
Fig. 41 Criterio estándar de movimientos.
En las circunstancias críticas del transporte se deben contemplar casos de sensibilidad como
cambios en el peso y centro de gravedad. En especial, es importante contemplar la sensibilidad
del proceso de transporte a la altura del centro de gravedad. No es posible determinar este
parámetro con los pesajes electrónicos normales, porque su valor depende del proceso de
control de peso. Más adelante se hablará detalladamente de este proceso.
355
Trincas
Seguros
Soportes
Fig. 41 Elementos para el aseguramiento de estructuras.
Soportes y Seguros Marinos
Una estructura dispuesta sobre la cubierta de un chalán requiere ser asegurada para evitar que
con los movimientos inducidos por el oleaje ésta se deslice o incluso caiga por la borda al mar. O
por otro lado, dañe la estructura de la embarcación que la transporta. En la Figura 41 se pueden
observar los elementos estructurales que se disponen para asegurar un componente sobre la
cubierta del chalán:
Soporte marino. Dispuestos para recibir las cargas que le imponga por el componente, se
colocarán perpendicularmente hacia la cubierta de la embarcación. Los soportes marinos
deben ser diseñados de manera que distribuyan estas cargas hacia los puntos resistentes de la
cubierta del chalán.
Seguros Marinos. Aseguran al componente para evitar su movimiento horizontal sobre la
embarcación. Las cargas que absorben estos elementos pueden ser longitudinales o
transversales al eje de la embarcación.
Trincas. Son elementos estructurales que evitan el alzamiento o el despegue del componente
(lift-off). Estos elementos pueden ser cinchos de soleras de acero o en caso de componentes
ligeros, cables de acero con tensores.
Cargas en las Cubiertas del Chalán
El diseño de los soportes y
seguros marinos se debe hacer considerando la capacidad permisible de la cubierta del chalán. En
la Figura 42 se indican los puntos resistentes de las cubiertas de los chalanes. La estructura
356
Puntos de apoyo para cargas distribuidas
Puntos de apoyo para cargas puntuales
Sección Transversal (Cuaderna o Mamparo)
Cuaderna
Mamparo Long / Transv
Fig. 41 Zonas resistentes de la cubierta de un chalán para transporte.
interna de un chalán se compone de cuadernas (marcos transversales) y mamparos longitudinales
y transversales. Estos elementos estructurales y sus puntos de intersección se consideran puntos
resistentes para la disposición de soportes y la conexión de seguros marinos. La capacidad de
carga puntual y carga distribuida debe ser declarada por el armador de la embarcación, para que
los diseñadores puedan usar los valores en el diseño de los soportes y seguros marinos.
Para el diseño de los soportes marinos se toma en cuenta la altura del apoyo en el componente
sobre la cubierta del chalán. La altura combinada de zapatos y correderas, como se muestra en la
Figura 43, permite distribuir la carga producida por el apoyo en una cantidad determinada de
cuadernas.
Si los seguros marinos imponen cargas excesivas a la cubierta del chalán, entonces se puede
optar por:
Disponer más seguros marinos, en los puntos donde hay exceso, para reducir las descargas
sobre la cubierta.
Localizar la base del seguro en un punto con mayor capacidad de carga.
Modificar la conexión para distribuir la carga a lo largo de la cuaderna.
Conexión de Seguros Marinos
Una práctica común para conectar los seguros marinos a la estructura y a la cubierta del chalán es
por medio de juntas de penetración completa. Sin embargo, esta práctica no es muy adecuada,
puesto que estas juntas transmiten momentos y, por otro lado, requieren más tiempo y control para
357
realizarse. Al disponer conexiones con placas soldadas con filetes, la instalación se lleva a cabo
más rápidamente, la inspección es más simple y sobre todo, no se transmiten momentos.
Seguros Internos
Los seguros marinos aseguran la estructura sobre la cubierta del chalán, pero para asegurar los
elementos internos de una estructura (como son los equipos en una superestructura) se necesitan
los seguros internos. El diseño de los seguros internos toma en cuenta lo siguiente:
En el caso de equipos y maquinaria, las bancadas proporcionan el anclaje y el soporte durante
el transporte, por lo que el diseño de éstas debe usar las aceleraciones impuestas por los
movimientos durante la navegación.
Las instalaciones de proceso están diseñadas para permitir cierta flexibilidad en las
condiciones de operación. Sin embargo, esta flexibilidad debe ser restringida durante el
transporte. Los seguros internos que se disponen se identifican apropiadamente para que se
retiren antes del comisionamiento en el sitio del sistema.
Algunos componentes no pueden ser asegurados con elementos estructurales, como los
tableros eléctricos y el mobiliario. En estos casos se disponen polines, tablones de madera y
cabos.
Hay componentes que no sólo se deben asegurar, sino también se deben proteger contra
golpes de mar o la brisa del mar.
Altura combinada Zapato + Corredera
Longitud de distribución de carga
Fig. 42 Distribución de la carga en los apoyos de un componente.
358
x (+ Pr)
z x y
z
z (+ Encima de la flotación)
y (+ Er)
γ φ
aZ
Los seguros internos de equipos o componentes de gran peso deben ser diseñados formalmente.
Para componentes menores los seguros internos pueden ser definidos con base en prácticas
empíricas.
Cálculo de fuerzas en los elementos internos
En la Figura 44 se muestra la formulación que puede ser empleada para calcular las fuerzas
horizontales y verticales que actúan sobre un componente. Como se puede apreciar en las
fórmulas, las fuerzas dependen directamente de la posición del componente con respecto al centro
de rotación de la embarcación. Para efectos prácticos se asume que el centro de rotación es el
punto definido por la flotación y un eje vertical a la mitad de la eslora y al centro de la manga. Por
lo tanto, los objetos más alejados del centro de rotación estarán sometidos a mayores fuerzas y,
por lo tanto, el requerimiento de seguros internos será mayor.
Las fuerzas horizontales y verticales se consideran aplicadas en el centro de gravedad del
componente. Posteriormente, de estas fuerzas se pueden definir las reacciones en los apoyos del
componente considerando su efecto combinado. Este análisis se realiza tanto para las fuerzas
producidas por balance, como para las producidas por cabeceo.
Fuerzas debido al balance (Φ): Fuerzas debido al cabeceo (γ):
Fig. 43 Formulación empleada para el diseño de seguros internos.
359
FHOR
z’
b
FVER
1 2
y’ Fig. 43 Fórmulas para el cálculo
de fuerzas en los apoyos.
Fig. 44 Ramal de descarga de gas en un separador, ubicado en el 2do. nivel de la superestructura. La válvula no cuenta con ningún soporte o restricción en el sentido horizontal.
En la siguiente fotografía se muestra el caso de una tubería de proceso dispuesta a la salida de un
separador de segunda etapa. Este separador está montado en la 2da. cubierta de la
superestructura (elevado) por lo que, las fuerzas horizontales se previeron bastante considerables.
Los soportes de esta tubería están diseñados para la condición del sitio, en donde no son
aplicables las restricciones en el sentido longitudinal y transversal, pero que si se requieren en la
condición de transporte.
Requerimientos de Remolque
Como se indicó anteriormente, la velocidad de transporte tiene su influencia en la definición de las
condiciones meteorológicas, ya que determina el tiempo de tránsito. Por este motivo, hay que
determinar los requerimientos de remolque que garanticen la velocidad de transporte.
360
Pennant
Placa Triangular Cabria de
recuperación de la galga
Galga de remolque
Gatera
Arraigado de remolque
Cable de remolque de emergencia
Cabo flotante
Mensajero
Flotador
Conforme la norma nacional, la velocidad de remolque típica es de 5 nudos (9.3 km/h),
considerando una velocidad de viento por proa de 20 nudos y olas de 2.00 m. En condiciones de
tormenta se acepta que la velocidad sea nula o incluso que el chalán derive por la acción del
viento.
Los remolcadores son especificados por la potencia de su maquinaria. Pero la característica más
relevante de los remolcadores es el Tirón a Punto Fijo (TPF), es decir, la fuerza con la que el
remolcador puede tirar de un punto fijo. La razón entre el TPF y la potencia del remolcador es un
número entre 22 o 34 lb/hp, aunque para efectos prácticos, es necesario tener el certificado de
prueba en donde se especifica el TPF que puede desarrollar la embarcación.
Para determinar el TPF que debe desarrollar un remolcador, hay que calcular la fuerza total de
arrastre la cual depende de:
Condiciones ambientales: oleaje, viento y corriente.
Dimensiones del chalán: eslora, manga, puntal y calado.
Forma del chalán (prismático o curveado).
Condición de limpieza de la superficie mojada (porción sumergida del casco - I).
Vela del casco y del componente (área transversal expuesta al viento – II y III).
Arreglo de Remolque
A la conexión entre el remolcador y el chalán se le
conoce como arreglo de remolque. El diseño del
I II
III
Fig. 44 Áreas a considerar para el cálculo del TPF.
361
Fig. 45 Componentes principales de un arreglo de remolque.
arreglo debe lograr que haya compatibilidad entre el tirón del remolcador y los puntos de remolque
en el chalán. Por tal motivo, el parámetro de inicio es el tirón a punto fijo que puede desarrollar el
remolcador, no el tirón a punto fijo requerido para desarrollar la velocidad de remolque.
En la Figura 48 se muestran los componentes de un arreglo de remolque típico. La capacidad de
estos componentes se define como sigue:
Cable de remolque (no mostrado); Carga Mínima de Ruptura (CMR) entre 2 a 3 veces el TPF.
Grilletes y Placa Triangular; Carga de Trabajo Segura (CTS) mayor o igual al TPF. Los grilletes
se indican con los puntos en los extremos de la línea.
Pennant y galgas; CMR 1.3 a 1.5 veces el CMR del cable de remolque. El CMR de la galga es
en cada pierna. En este caso la línea punteada se usa para indicar
que estos componentes son hechos con cadena.
Arraigados; CTS entre 2 a 3 veces el TPF. Un tipo de arraigado,
frecuentemente empleado, es el tipo Smith el cual permite una rápida conexión y desconexión.
Arreglo de emergencia con las mismas dimensiones o cargas de ruptura. La línea continua es
para indicar el cable de acero mientras que las líneas discontinuas es para indicar los cabos de
material sintético.
Una vez puesto en navegación, el flotador del arreglo de remolque de emergencia se bota al agua
de manera que esa porción vaya a flote. En caso de una rotura del cable de remolque, el chalán se
rescatará al recuperar el arreglo de emergencia desde el cable mensajero. El cable de emergencia
va asegurado al costado del chalán con broches que permiten la liberación al momento que el
remolcador jale el arreglo durante la recuperación del chalán. A lo largo del cable de remolque no
debe haber elementos que obstaculicen su desprendimiento, para que al final el único punto de
unión sea el arraigado de remolque a proa.
Ruta de Remolque
La ruta de remolque se debe tener prevista como una consideración inicial en la determinación de
las condiciones ambientales. En la navegación dentro del Golfo de México no hay mucha diferencia
en cuanto a la ruta a seguir, puesto que es básicamente una línea recta entre el punto de origen y
el punto de destino. En la navegación interoceánica, la ruta es más relevante puesto que cada
zona geográfica por donde atravesará el remolque estará sujeto a diferentes condiciones
ambientales, esto implica que se determine cual de esas regiones impone las condiciones más
críticas.
Desde el punto de vista operativo, hay que tomar en cuenta que la navegación muy cercana a la
costa representa riesgos para el remolque de chalanes. En caso de una falla del cable de
remolque, debe haber suficiente margen para que el remolcador pueda maniobrar y recuperar el
Fig. 49 Ejemplo de una ruta de remolque con salidas a puertos de refugio.
362
cable de emergencia. Si se navega cerca de la costa el margen se reduce, ya que un chalán sin
control puede ser arrastrado más rápidamente a zonas en donde el remolcador ya no podría
navegar para recuperarlo. Si el fallo es en aguas profundas, el riesgo de que el chalán se vare
antes de que el remolcador pueda rescatarlo se reduce.
Otro aspecto importante es declarar en la planeación cuáles son los puertos o zonas de refugio en
donde el remolque puede aguantar el paso de malos tiempos. Para los remolques hay que evaluar
que puertos son seguros para su entrada. Hay puertos en el país que por sus dimensiones no
permiten la entrada de chalanes cargados con plataformas. En la Figura 49 se ve un ejemplo de
una ruta de navegación con la identificación de puertos de refugio. También puede observarse que
la ruta inicial es una línea recta entre los puntos de origen y destino. La decisión de entrar a un
puerto de refugio debe darse con anticipación para que permita llegar a tiempo al puerto, antes de
que éste se cierre por la contingencia ambiental.
Control de Peso
El peso y el centro de gravedad de los componentes de las plataformas marinas tienen una
influencia muy grande dentro del proceso de planeación de operaciones marinas. Dependiendo de
estas características, se determinan las grúas, equipos de tracción, tamaño de chalanes, entre
otros. Para conocer estos datos se debe establecer un Sistema de Control de Peso. El control de
peso es una disciplina de ingeniería –aunque en muchas partes no es reconocido– cuya función es
363
la de estimar el peso y el centro de gravedad de la plataforma bajo ciertos escenarios ocondiciones
pre-establecidas, como:
- Durante la carga.
- Durante el transporte e instalación.
- Operación en sitio.
El sistema se puede establecer cuando se tenga una concepción integra de toda la plataforma
(estructura y obra electromecánica) y se mantiene a lo largo del proceso de diseño y de
construcción. Los resultados del control de peso se emplean como referencia para validar los datos
de entrada de los análisis y para garantizar que se tomen acciones en caso de que se observen
pesos o centros de gravedad fuera de los rangos permitidos por los análisis. La revisión continua
de los resultados del sistema permite anticiparse a los conflictos que acarrea un incremento del
peso o un corrimiento del centro de gravedad fuera de los rangos establecidos previamente.
Control de peso y CG
Planos estructurales
Planos certificados de proveedores de
equipos
Isométricos y rutas de cableado
Validación de análisis estructurales
¿Excede Predicciones?
Si
No
Continua proceso
Ejecución de análisis
estructurales
Pesaje electrónico
Fig. 46 Proceso conceptual del sistema de control de peso.
364
Este pesaje indica que las contingencias fueron optimistas. Se requieren nuevos análisis y posiblemente se requerirán reforzamientos en la estructura
Este pesaje indica que las contingencias fueron adecuadas. No se requieren nuevos análisis.
Fig. 46 Comportamiento histórico del peso de un componente.
En la Figura 51 se observa una gráfica del comportamiento histórico del peso de un componente,
en el que la parte sólida representa el peso básico y la parte sombreada, la contingencia. Los
diseñadores toman como peso de referencia el total, la suma del básico con la contingencia.
Durante el desarrollo del proyecto el peso puede fluctuar y una característica normal es el
crecimiento gradual del peso básico y la consecuente reducción de la contingencia. En la etapa
final del proyecto, es común realizar un pesaje electrónico para obtener el peso real de los
componentes. Si el peso obtenido de esta manera cae dentro de la barra de contingencia (pesaje
A) significa que el control de peso ha estado siendo pronosticado de forma precisa; por el contrario,
si el peso queda por encima de la porción sombreada (pesaje B) los pronósticos no han sido
correctos y, por lo tanto, se deben ajustar los análisis para compensar las diferencias.
Definiciones
Las siguientes definiciones se refieren a los términos más comunes empleados dentro de los
sistemas de control de peso.
Contingencia: Porcentaje o factor de multiplicación aplicado al peso básico, con el objetivo de
cubrir cualquier incremento en peso.
Peso Básico: Es el peso estimado real de cada componente sin ninguna contingencia. Este dato es
evaluado por cada disciplina de ingeniería.
Peso en Izaje: Es el peso durante el izaje costa fuera. Incluye el peso en seco y elementos
temporales. No incluye arreglos de izaje.
365
Peso en Operación: Es el peso en seco más los contenidos (gas, polvos, líquidos, fluidos de
proceso, condición húmeda de recipientes) y todos los conceptos futuros.
Peso Previsto: Es el peso final estimado que se obtiene al aplicar los factores de contingencia al
peso básico.
Peso Presupuestado: Es el peso máximo predefinido al principio del diseño y que no puede ser
excedido.
Peso en Seco: Peso de los componentes en su condición seca. No se incluye el peso del
contenido o de los fluidos de proceso.
La Figura 52 muestra un esquema que ilustra gráficamente la diferencia entre el peso básico y el
peso previsto. Para el peso en operación se resalta la inclusión de contenidos y fluidos. Se incluye
el caso de un peso en izaje para recalcar como el peso básico, en esta condición, no es igual al
peso básico en seco, ya que algunos componentes podrían no estar montados al momento de la
operación. Así mismo, para esta condición se incluye la capacidad de izaje como un límite que no
debe ser excedido, porque se comprometería la posibilidad de instalar la estructura.
Contingencias
La diferencia entre el peso básico y el peso previsto es el peso de la contingencia estimada. Esta
contingencia es necesaria para considerar la incertidumbre en la definición del peso de cada
Peso Presupuestado
E & I
Contingencia
Capacidad de Izaje
Estructura
Equipos
Tuberia Peso Izaje (o en las distintas operaciones)
Estructura
Equipos
Tuberia
E & I
Peso Seco
Contingencia
Básico
Peso Operación
Contenidos y Fluidos
Contingencia
Peso Elementos
Previsto Básic
o
Previsto
Básico
Previsto
Fig. 47 Representación gráfica de los conceptos relativos al control de peso.
366
componente. La incertidumbre tiene su origen en el tipo de información empleada para estimar el
peso; mientras más preliminar sea la información, la incertidumbre es mayor y viceversa. Ahora
bien, en los casos en que el peso de un componente se obtiene por medio de un pesaje directo,
entonces la incertidumbre es la correspondiente al margen de error que tenga el instrumento de
medición.
En la Figura 53 se muestra una tabla con factores de contingencia sugeridos con base en la fuente
de información:
Fuente de la estimación de peso Código del estado
del peso Factor
Peso obtenido por pesaje después de la fabricación. Pesos
certificados por proveedor. A 3%
Planos aprobados para construcción. Listas de materiales.
Planos de Taller. B 5%
Datos de proveedores preliminares, volumetrías preliminares,
planos para aprobación. C 10%
Equipos principales basados en catálogos o estimaciones de
ingeniería. Ruteo preliminar de Tubería y E&I. Planos
estructurales preliminares.
D 15%
Tubería basada en DTI’s, estimados de E&I preliminares. E 20%
Fig. 48 Factores de contingencia recomendados.
Integración de Datos
A partir de los documentos de referencia, el Área de Control de Peso ingresará al sistema cada
uno de los componentes. Como cada proyecto tiene sus particularidades, la siguiente relación es
una recomendación de los datos que se registran para cada componente:
Ensamble, Área y Sistema a los que pertenece el componente. Se puede emplear otra
nomenclatura para estos campos. El uso de ellos es para estructurar la información, ordenarla
y manipularla de la forma más conveniente para el proyecto.
Disciplina que define el componente (acero, tuberías, mecánico, electricidad, instrumentación,
seguridad, etc.).
367
Identificación del componente (Tag, Marca, etc).
Descripción (descripción corta y suficiente para indicar el componente del que se trata).
Documento fuente (plano, isométrico, manual, certificado de fabricante, reporte de pesaje, etc.).
Código de contingencia (o clave empleada para asignar el factor de contingencia).
Factor de contingencia aplicado.
Peso básico del componente.
Peso del fluido que puede contener el componente.
Coordenadas x, y, z del centro de gravedad del componente.
Condiciones en las que el componente debe ser considerado. Hay componentes que no
pertenecen a la condición en operación, como son los elementos temporales para la
instalación. Por otro lado, hay componentes que se integran después de la instalación, como
pueden ser tramos para interconexión de tuberías, cableado, módulos complementarios, etc.
Cada dato de peso y centro de gravedad tiene un documento fuente, por lo que cada vez que dicho
documento sea revisado por la disciplina responsable de su revisión, éste será proporcionado al
Área de Control de Peso para que, en consecuencia, los datos del componente sean actualizados
en el sistema.
Aparte de la actualización del peso y centro de gravedad de un componente, debido a una nueva
revisión del documento fuente, también los datos se actualizarán cuando se emita un documento
fuente que proporcione datos de peso y/o centro de gravedad de mayor certidumbre. Por ejemplo:
La definición de los componentes estructurales se hace primero con planos APC y
posteriormente con planos de taller.
El peso y el centro de gravedad de equipos se hace primero con estimados genéricos,
posteriormente con la hoja de datos del equipo y, finalmente, con los planos certificados de
equipos. Inclusive, en ciertos equipos, se podrían obtener datos a partir de pesajes físicos.
La integración de datos se continúa durante todas las fases del proyecto, hasta que la definición de
cada componente desde el punto de vista de ingeniería y construcción se concluya. Este proceso
incluye la incorporación de modificaciones de campo y de los planos As Built.
Formulación
El cálculo de peso y centro de gravedad se obtiene por medio de la sumatoria de pesos y
momentos. Las fórmulas son:
368
Donde:
W = Peso total de la estructura, t.
wi = Peso previsto del componente, t.
c = Factor de inclusión, 1 cuando el componente está incluido en la condición, 0 cuando no está incluido.
wsi = Peso en seco del componente, t.
FC = Factor de Contingencia asignado.
wci = Peso del contenido en el componente, t.
xi, yi, zi = Coordenadas del centro de gravedad, m.
n = Cantidad de elementos de la estructura considerados para una condición en particular.
Ver el listado final del Apéndice B. La tabla emplea la anterior formulación para la ejecución de los cálculos.
Emisión de Reportes
Para la emisión de reportes se definen las condiciones para las cuales se desea conocer el peso y
centro de gravedad. Como ejemplo se enuncian las siguientes:
Condición en Seco.
Condición en Izaje.
Condición en Operación.
El contenido del reporte formal de control de peso será definido en cada proyecto pero podrá
contener lo siguiente como mínimo:
Introducción que describa ensambles incluidos, fecha de corte, información de peso obtenida
de terceros, lista de las condiciones reportadas, discrepancias detectadas.
369
Cuadro comparativo entre los datos presupuestados y los datos actuales. Se deberá hacer
mención si existieron cambios a los datos presupuestados.
Descripción de variaciones mayores con respecto a los reportes anteriores según se registren.
Pronósticos del peso final, considerando los cambios en proceso de aplicación que tuvieran
impactos en el peso.
Resumen de Peso y Centro de Gravedad de cada Estructura en cada condición, desglosado
por Disciplina. Alternativamente, y para satisfacer ciertos casos de consulta, el desglose se
presentará por Área.
Tabla Histórica del Peso y Centro de Gravedad por cada Estructura en cada condición.
Gráfico histórico de barras mostrando el peso básico y la contingencia de cada estructura en
cada condición.
Gráfico geométrico de la ubicación del centro de gravedad de cada estructura en cada
condición.
Listado general de componentes, ordenado por estructura, área o disciplina.
Pesaje de Estructuras
Con el fin de corroborar las predicciones del Sistema de Control de Peso, se llevará a cabo el
pesaje directo de componentes de plataformas, en especial cuando se tengan las siguientes
circunstancias:
El componente va a ser izado en aire y su peso es mayor a las 1,000 t.
El componente que tiene un peso menor de 1,000 t de peso, al momento del izaje su peso más
los elementos del mismo superan el 75% de la capacidad de izaje de la grúa a emplear.
Para casos especiales como pudieran ser los módulos, paquetes de equipos, etc., la definición o
corroboración de su peso y centro de gravedad se puede realizar por medio de un pesaje directo.
En ningún caso, el pesaje de componentes es considerado como un sustituto del Control de Peso.
Esto se debe a que el pesaje es por esencia, al final de la construcción, y representa mucho riesgo
el saber el peso y centro de gravedad final del componente hasta ese momento, puesto que en el
caso de existir desviaciones significativas, la planeación prevista para las operaciones de carga,
transporte e instalación se puede ver seriamente afectada y retrasada.
Cualquier evento de pesaje deberá considerar las siguientes condiciones ambientales:
Luz de día o iluminación suficiente en las áreas de trabajo e inspección.
370
Vientos no mayores a 14 m/s. Los pesajes realizados con vientos que excedan esta velocidad
podrían ser rechazados.
Temperatura y humedad compatibles con la calibración del equipo de pesaje.
Se deberá proporcionar un procedimiento que incluya:
Entidad responsable que realizó el pesaje.
Descripción del equipo y método para el pesaje.
Documentación de la precisión del equipo de pesaje (Certificados de calibración).
Lista de partes de repuesto que estarán disponibles en el sitio durante el pesaje.
Autoridad calibradora.
Esquemas para la distribución y montaje de los equipos.
Carga esperada en cada punto de pesaje.
Organización del contratista para el pesaje.
Se debe asegurar que los puntos en donde se dispongan las celdas soporten adecuadamente las
cargas que éstas imponen; de ser necesario, estas zonas podrían ser reforzadas.
El contratista deberá preparar un reporte indicador del pesaje y entregarlo 24 horas antes de la
operación de pesaje. Este reporte contendrá:
Peso y Centro de Gravedad teórico del ensamble a pesar.
Listado de todos los componentes con su Peso y Centro de Gravedad incluidos en el pesaje.
Listado de todos los componentes temporales con su peso y CdG incluidos en el pesaje. Esta
lista incluye, sin limitarse, el andamiaje, equipo y materiales de construcción, elementos de
izaje, fluidos presentes en tuberías o equipos.
A
B
C
D
E
z
x xi
zi
371
Fig. 49 Sectorización de una superestructura para levantamiento previo al pesaje.
En la Figura 54 se muestra un esquema de cómo se puede dividir una superestructura para
registrar los objetos que se retirarán después del pesaje. En este caso, la superestructura se divide
en cuadrantes numerados por niveles, de tal manera que al hacer el recorrido se haga una
estimación del peso de los objetos observados y el cuadrante donde se ubican. Para cada
cuadrante, en cada nivel, corresponderán unas coordenadas del Centro de Gravedad tomadas del
Centro Geométrico del Cuadrante. Esta aproximación dará resultados adecuados mientras que los
pesos por retirar se mantengan en un valor bajo. Para objetos de peso significativo, que pudiera
ser el 1%, se deberá emplear el Peso y Centro de Gravedad Detallado.
El peso de todos los componentes temporales no deberá exceder el 1% del valor del peso de los
elementos permanentes al momento del izaje. Se deberá procurar que los siguientes elementos se
retiren del ensamble antes del pesaje:
Contenedores de basura.
Equipo de construcción que no va a ser empleado o que puede ser retirado rápidamente.
Acumulaciones de agua, nieve o hielo.
Elementos que causen cargas desconocidas al componente.
Personal que no esté involucrado en el pesaje.
Andamiaje que no se ocupe en el pesaje.
Fluidos de tuberías y recipientes empleados en pruebas hidrostáticas.
1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 x
y
yi
372
No. Descripción Peso Ubicación
1 Andamios 10.0 A6
2 Soporte temporal 2.0 B7
3
4
n
Fig. 51 Ejemplo de registro de pesos por retirar.
Celdas de Carga
Las celdas de carga a compresión electrónica son las que se emplean con mayor frecuencia. Se
pueden emplear otros tipos de celdas sujetándose a la aprobación del Cliente y sobre todo a las
autoridades certificadoras de la operación de izaje. Las celdas más recomendadas son las que
tienen asiento esférico o dispositivo equivalente para minimizar las fuerzas horizontales y los
momentos flectores.
Para un mejor monitoreo del proceso, la carga en cada celda se despliega digitalmente en una
consola central, empleando una resolución igual a un tercio de la incertidumbre en la medición, o
una mejor. En conjunto, el sistema de pesaje no deberá tener una incertidumbre de medición
mayor al 1% del peso del ensamble.
Las celdas de carga deben estar calibradas y se sugiere que éstas tengan una incertidumbre de
medición individual no mayor del 0.5% de su capacidad nominal. Esta calibración se soporta con
los certificados respectivos de cada celda de carga para corroborar las fechas de calibración y la
exactitud de sus lecturas. Se exige normalmente que la calibración de estas celdas haya ocurrido
por lo menos 6 meses antes de la fecha del pesaje. Se debe considerar la dependencia de la
calibración a la longitud de los cables que conecten las celdas con las unidades de lectura.
Los gatos hidráulicos que se empleen para la operación de pesaje deberán ser capaces de
producir un movimiento uniforme vertical en todos los puntos de carga. La operación de pesaje se
debe planear, de manera que cada celda y gato hidráulico esté operando en un rango del 20% al
80% de la capacidad nominal de la celda.
Para poder reemplazar celdas que arrojen lecturas fuera de rango y, por lo tanto, se sospeche de
su calibración, es conveniente tener celdas adicionales certificadas. Así mismo, es recomendable
contar con los repuestos o refacciones suficientes del sistema de pesaje para prevenir cualquier
daño o descompostura de los mismos y evitar retrasos o suspensiones del evento. Hay que
recalcar que el pesaje exige una interrupción del proceso de construcción en una fase cercana a la
373
entrega, por lo que es beneficioso para el proyecto asegurar que esta operación se lleve a cabo de
forma eficiente.
Protocolo del pesaje
El Peso y Centro de Gravedad que se obtenga, normalmente, es el promedio de cuando menos
tres levantamientos. Antes del pesaje se hace un levantamiento de prueba para verificar que todos
los elementos del sistema de pesaje funcionen correctamente. Se podrán solicitar levantamientos
adicionales para cerciorarse o descartar que:
Se hayan obtenido resultados aberrantes o inconsistentes.
Hayan existido fallas eléctricas o mecánicas.
Se haya sobrecargado el equipo de pesaje.
Se hayan presentado condiciones meteorológicas adversas.
Después de cada levantamiento, y cuando las lecturas ya hayan sido registradas, las celdas se
descargan completamente y los desplegados se reinician. También las celdas de carga se rotan
120° alrededor de su eje vertical, antes del siguiente levantamiento.
El componente se levanta cuando menos 3 mm con respecto a sus soportes. Las lecturas se
toman una vez que éstas se han estabilizado, los niveles han sido verificados y se han tomado
mediciones de la velocidad del viento.
Después de cada lectura y cuando se haya liberado la carga de cada celda, se deberá observar la
carga residual para hacer los ajustes correspondientes a la lectura, o en caso de ser excesivos,
verificar la condición del equipo. El peso del ensamble obtenido en cada levantamiento no deberá
variar más del 0.5% con respecto al promedio del peso total.
Es común presentar el reporte de pesaje dentro de los siguientes 7 días, fecha posterior al pesaje,
el cual incluye:
Certificado de Pesaje, firmado por el contratista de pesaje, el contratista y el representante del
cliente, que contendrá: Identificación del proyecto, fecha, hora y sitio del pesaje; temperatura,
velocidad y dirección del viento; esquema de localización de celdas, Peso y Centro de
Gravedad total del ensamble; referencia al sistema de coordenadas global del ensamble;
identificación del equipo de pesaje y su calibración.
Unidades de medición.
Resultados del pesaje.
Cálculos del Centro de Gravedad.
374
Certificados de calibración del equipo de pesaje.
Lista y resumen de los elementos temporales, con Peso y Centro de Gravedad.
Lista detallada de los elementos instalados.
Reporte de predicción final.
Desviaciones del procedimiento aprobado, en caso de haberse presentado.