proceso de diseño de puertos de contenedores

Contenedor en el puerto de barcazas

terminal intermodal

Diseños conceptuales en 3D realizados con SketchUp y renderizados con V-Ray.

El proceso de diseño de un puerto de contenedores es un conjunto de prácticas correlacionadas que se consideran durante el diseño del puerto , con el objetivo de transferir la misión comercial general a documentos de diseño detallados para la construcción y operación futuras. ^{[ 1 ]}

El proceso de diseño comprende tanto el diseño conceptual como el diseño detallado.

La fuente de financiación determina la misión y el alcance del proyecto. Las opciones incluyen financiación federal (subsidios), ^{[ 2 ]} financiación estatal o local y financiación privada.

Los puertos estadounidenses necesitan subsidios del gobierno federal para mantenerse al día con los avances en el transporte marítimo y la capacidad del transporte terrestre de mercancías. A menudo, aproximadamente el 50% de los costos anuales provienen de fondos federales. La Asociación Estadounidense de Autoridades Portuarias (AAPA) es una organización que busca garantizar e incrementar los fondos federales para los puertos estadounidenses.

Algunos proyectos de ley federales que proporcionan financiación para los puertos son:

• Ley para la Mejora del Transporte Terrestre en Estados Unidos (FAST Act): 11 mil millones de dólares en fondos para ayudar a mejorar el transporte terrestre.
• Programa Nacional de Transporte de Carga por Carretera (NHFP): al menos 10 mil millones de dólares en fondos reorganizados para un uso más eficiente en mejoras del transporte ^{[ 3 ].}

Por lo general, el Departamento de Transporte (DOT) del estado es el principal financiador estatal/local de inversiones con fondos públicos. Los DOT consideran que los puertos son elementos clave en los sistemas de transporte de los que son responsables, como los ferrocarriles y las carreteras.

La inversión de entidades privadas es fundamental para la creación y ejecución de las actividades portuarias. Los puertos estadounidenses suelen estar gestionados por entidades privadas, en el sentido de que las operaciones diarias se financian y administran con el objetivo principal de generar ingresos. Si bien la Autoridad Portuaria se encarga de la administración de los municipios donde se ubican las terminales, el equipo y la infraestructura necesarios para las operaciones están bajo el control de las entidades privadas.

Con la creación de nuevos puertos, a menudo se forman asociaciones público-privadas (también conocidas como 3P) para obtener el capital inicial necesario para que alguien asuma el riesgo financiero de operar una terminal. En este sentido, las terminales de contenedores no son diferentes de otros tipos de terminales.

La carga determina la función principal, el modo de transporte y las características relacionadas que requiere el puerto de contenedores. En el diseño de un puerto de contenedores, la carga objeto es un contenedor intermodal . Los contenedores se clasifican generalmente en contenedores de 20 y 40 pies. Los contenedores de 53 pies se introdujeron y se utilizan tanto en EE. UU. como en Canadá, principalmente para el transporte terrestre y ferroviario nacional. ^{[ 4 ]}

El tipo de embarcación, sus dimensiones y su capacidad determinan la capacidad requerida para la entrada de mercancías en un puerto, lo que implica el diseño del muelle, la selección del equipo de manipulación marítima y los requisitos de capacidad tanto de almacenamiento como de operación en tierra.

Las características de los buques y las características del puerto:

• Dimensiones principales:
  • longitud, que determina los anchos y las curvas del canal, el tamaño requerido para la terminal y el número máximo de atracaderos;
  • la anchura y el calado aéreo , que influyen en la selección del equipo de manipulación de carga, y la anchura de los canales;
  • calado , que determina la profundidad a lo largo de los muelles.
• La capacidad de carga, que controla los requisitos mínimos de almacenamiento del buque de carga, puede afectar el proceso de carga y descarga, generalmente mediante grúas/buque.
• Función del buque diseñado. Si el buque dispone de equipo para la manipulación de carga/cómo carga la carga. Por lo general, los buques portacontenedores requieren equipo de manipulación externo.
• También se deberá tener en cuenta la rutina de los buques, ya que los requisitos de capacidad intermodal para los servicios de importación, exportación y transbordo serán diferentes.

La selección del buque diseñado también debe tener en cuenta la evolución de los buques portacontenedores. Subestimar la tendencia de crecimiento del tamaño de estos buques conllevará incapacidad y baja sostenibilidad.

El proceso debe comenzar con la recopilación de datos y finalizar con la obtención de los permisos gubernamentales. La elección de la ubicación se basa en la filosofía del triple resultado (económico, social y ambiental) y considera el acceso a la costa, las condiciones naturales, las conexiones intermodales y las partes interesadas.

Para puertos ^{[ 5 ]}

• Fomentar el desarrollo avanzado de la economía urbana y regional;
• Los requisitos de maniobra, frenado , navegación portuaria y operaciones de atraque del buque;
• Terreno virgen destinado al desarrollo general del puerto, como la construcción de nuevos muelles, la recuperación de terrenos o la construcción de rompeolas .

Para terminales de contenedores ^{[ 5 ]}

• La disponibilidad de aguas profundas ;
• Las condiciones ambientales del sitio, incluidas las condiciones oceanográficas y meteorológicas ;
• La disponibilidad de terrenos;
• Buenas conexiones de transporte terrestre o intermodales;
• Las condiciones del suelo

Los grupos de interés son cualquier grupo o individuo que puede afectar o verse afectado por el logro de los objetivos de la organización. (R. Edward Freeman 1984.) ^{[ 7 ]} El análisis de los grupos de interés es un proceso de recopilación y análisis sistemático de información cualitativa para determinar qué intereses deben tenerse en cuenta al desarrollar o implementar una política o programa. El propósito de un análisis de los grupos de interés es evaluar las actitudes de estos con respecto a la realización de una nueva terminal de contenedores.

Los actores clave en la selección de la ubicación son principalmente organizaciones comerciales, grupos marítimos, gobiernos regionales, asociaciones vecinales, grupos ecologistas y otras personas con interés directo o indirecto en la terminal. La selección deberá contar con su participación para evitar conflictos importantes en el desarrollo futuro y garantizar que el desarrollo de la terminal se adapte a la demanda cambiante de estos actores.

Las agencias y sociedades involucradas en este proceso son:

1. Autoridad portuaria
2. Municipio
3. Provincia
4. Gobierno Nacional
5. residentes
6. Operadores potenciales
7. Ambientalista

Los permisos son cruciales en el proceso de diseño. Los proyectos de desarrollo a gran escala que tienen el potencial de causar impactos ambientales adversos significativos necesitan permisos para comenzar a operar. ^{[ 8 ]} Los proyectos sin permisos serán identificados como una infracción. Un puerto necesita permisos portuarios para abrir. Los permisos ambientales serán emitidos por las Agencias Locales de Protección Ambiental. Generalmente incluyen tres partes: lado del agua, lado terrestre y emisiones atmosféricas. Los permisos para puertos deben incluir un permiso de aire limpio, un permiso de construcción, un permiso de descarga, permisos de dragado y un permiso de descarga de agua. ^{[ 9 ]}

La consideración de la infraestructura incluye planes para el despliegue y la construcción de infraestructuras para implementar las funciones de la terminal. El muelle de una terminal es la estructura que forma el borde de la instalación terrestre. Está compuesto por la superestructura y la fachada. En la fachada del muelle se monta el equipo que permite el atraque de los buques. También está diseñado para estar dentro de los niveles altos de agua, lo que hace que sus estructuras sean susceptibles a la corrosión. La estanqueidad y la protección contra la corrosión son imprescindibles para cualquier elemento estructural que conforme la fachada. La superestructura del muelle es la que se divide en atracaderos. Longitudes predefinidas del muelle se dividen en atracaderos identificados según las características de diseño de los buques. Las grúas portacontenedores operan a lo largo del muelle una vez que los buques han atracado.

En las terminales de contenedores se crean almacenes para guardar mercancías específicas que se transportan al puerto pero que no se envían en el mismo contenedor. Este tipo de transporte no es común. Sin embargo, los propietarios de las terminales pueden ofrecer este servicio para aumentar las importaciones. El almacenamiento de estas mercancías genera costos adicionales de manipulación y almacenamiento, lo que también incrementa los ingresos.

El mantenimiento es el concepto que utiliza teorías y prácticas de ingeniería, gestión de riesgos y estrategia de mantenimiento para planificar e implementar el mantenimiento rutinario de las instalaciones y los sistemas operativos. La política general de mantenimiento para el puerto o terminal debe ser mantener todos los activos de la instalación en la medida en que el nivel de gasto esté justificado para que los activos permanezcan operativos durante su vida útil de diseño o más, y por razones de seguridad. ^{[ 1 ]} Un equipo de mantenimiento típico incluye personal experimentado bajo el control de un gerente de mantenimiento de ingeniería calificado y personal de supervisión, y personal de inspección de ingeniería. Debe cumplir con los requisitos enumerados en el ISM ( Código Internacional de Gestión de la Seguridad ). Las instalaciones de mantenimiento requeridas incluirán un taller con espacio suficiente para trabajar en aproximadamente el 10 % de los equipos móviles y esparcidores en cualquier momento. Las instalaciones de mantenimiento deben estar ubicadas fuera, pero cerca del patio de contenedores. Es necesario proporcionar una sección de almacén dentro de la instalación de mantenimiento que contenga los componentes y materiales de repuesto necesarios. A continuación se presentan los requisitos específicos para el mantenimiento. ^{[ 5 ]}

El mantenimiento preventivo planificado y las inspecciones reglamentarias de los equipos se realizan normalmente durante el turno de día, cuando todo el personal especializado está disponible. Fuera de este horario, se mantiene un mínimo de personal para atender averías y reparaciones de emergencia. En otras áreas especializadas, como informática y electrónica, se suele contar con personal especializado debido a las necesidades específicas de dichos sistemas y equipos. El personal de ingeniería mecánica y eléctrica, así como el de informática, se encargarán del mantenimiento diario de los equipos de manipulación de carga y otros aspectos de las instalaciones que requieran estas habilidades, así como de sistemas operativos informáticos específicos, como el TOS. El mantenimiento de los cables y aparamenta eléctrica de alta tensión debe ser realizado por contratistas especializados, mientras que el mantenimiento de los cables de baja y media tensión y las instalaciones eléctricas domésticas puede ser llevado a cabo por electricistas.

El área de almacenamiento es el espacio donde el equipo de manipulación de contenedores coloca los contenedores, tanto llenos como vacíos, antes de cargarlos en la siguiente etapa de su viaje hacia su destino. Esta área se compone de varias capas estructurales para soportar las cargas del equipo y la mercancía. La primera capa, la cimentación, consiste en el subsuelo existente o mejorado del lugar. Para reforzar la cimentación, se compactan los suelos existentes; además, se instalan mejoras del suelo, como columnas de piedra, o bien se retiran los suelos inadecuados y se trae tierra de relleno nueva, que se nivela y compacta para cumplir con los requisitos.

La segunda capa es el pavimento asfáltico. Este pavimento difiere del pavimento típico de carreteras y autopistas, ya que las cargas suelen ser más estáticas y de menor magnitud. Este tipo de pavimento contiene materiales ligados hidráulicamente (HBM), un ingrediente que proporciona mayor resistencia a la compresión al asfalto. La mezcla es la primera parte del diseño del asfalto, siendo el espesor la segunda. Tanto los materiales como el espesor pueden calcularse siguiendo las guías de diseño existentes publicadas por sociedades de ingeniería. El Informe 165-2015 de la Asociación Mundial para la Infraestructura del Transporte Marítimo (PIANC) puede proporcionar más información sobre pavimentos de terminales de contenedores. ^{[ 10 ]}

La superficie del área de almacenamiento también está diseñada para múltiples funciones. El pavimento debe drenar hacia un sistema de drenaje y tener suficiente agarre para evitar resbalones. Finalmente, el pavimento está pintado para indicar los carriles de circulación y las filas para colocar los contenedores intermodales cuando no estén en tránsito.

Las terminales intermodales constan principalmente de dos partes: patios ferroviarios y patios de almacenamiento de contenedores. Los patios ferroviarios deben tener acceso a las vías férreas, y los patios de almacenamiento de contenedores, acceso a los camiones. Los patios de almacenamiento de contenedores incluyen áreas para contenedores de entrada con carga y movimientos internos, patios para contenedores de salida con carga, patios para contenedores de transbordo y patios para contenedores vacíos. Los requisitos de superficie se miden en espacios de almacenamiento en tierra para TEU (el área requerida para un contenedor de 20 pies), más el espacio operativo para los equipos que transfieren los contenedores hacia y desde las terminales, así como para el apilamiento y la entrega de los mismos.

La seguridad portuaria comprende la seguridad de la carga, la seguridad de las instalaciones portuarias, la seguridad del personal y la seguridad del dominio marítimo. La seguridad portuaria debe ser una labor conjunta de la guardia costera y la aduana y la protección fronteriza. A nivel internacional, la seguridad portuaria se rige por las normas emitidas por la Organización Marítima Internacional y su Código Internacional para la Protección de Buques e Instalaciones Portuarias de 2002 .

Durante el proceso de diseño, los puertos deben elaborar e implementar un plan de seguridad portuaria. Este plan debe incluir un estudio de seguridad y evaluación de riesgos, seguridad física y control de acceso, seguridad de la información , seguridad del personal, terrorismo marítimo, contrabando de drogas, polizones y tráfico ilícito de extranjeros, funciones, responsabilidades y autoridades legales de los organismos portuarios, robo en el mar, seguridad de la carga y materiales peligrosos e inteligencia. ^{[ 11 ]}

La aduana debería tener oficinas base tanto en el almacén como en las inmediaciones de las puertas. La oficina en el almacén se encargaría principalmente de detectar actividades agrícolas ilícitas y contrabando (drogas, dinero sucio). La oficina en las puertas se encargaría principalmente de detectar carga mal clasificada o contenedores radiactivos. En las puertas, debería haber equipos de detección de radiación para detectar armas peligrosas y materiales radiactivos que puedan utilizarse para fabricar bombas sucias. Los monitores de portal de radiación (RPM) son dispositivos pasivos de detección de radiación que se utilizan para examinar a personas, vehículos, carga u otros vectores para la detección de fuentes ilícitas, como en fronteras o instalaciones de seguridad. El sistema de imágenes Portal VACIS ayuda a los operadores capacitados a ver el contenido de los contenedores cerrados, lo que les permite interceptar armas, contrabando y otros artículos de interés, así como verificar los manifiestos de envío. La tecnología patentada de paso en vehículo permite que los camiones circulen por el sistema sin detenerse, lo que proporciona una solución eficaz para situaciones de alto tráfico donde los largos procesos de inspección manual son poco prácticos o indeseables. ^{[ 12 ]}

La infraestructura de amarre (para embarcaciones) en un puerto comprende las estructuras a las que se sujetan las amarras de los buques para evitar que se desplacen a lo largo o lejos del muelle. Estas estructuras se denominan cornamusas o bolardos , según su tamaño y forma. Los bolardos están diseñados para soportar cargas mucho mayores y, por consiguiente, buques de mayor tamaño. Los fabricantes suelen diseñar estos elementos y suministrar el diseño final al consultor para que lo incluya en la documentación de la licitación.

Las cornamusas y bolardos se pueden encontrar en todo tipo de estructuras. Un ejemplo común es el frente del muelle de una terminal. Otros lugares donde se pueden encontrar son los delfines, que son estructuras independientes que se encuentran fuera de la infraestructura terrestre. Otra fuente pueden ser otras barcazas o embarcaciones que permiten que los barcos se amarren entre sí.

Los bolardos y cornamusas pueden tener varios tipos de cabos de amarre. Los cabos de proa y popa, ubicados en la parte delantera y trasera del buque, están diseñados para evitar que los buques se desvíen perpendicularmente al lugar de amarre. Los cabos de costado parten de la línea central del buque y se extienden a lo largo del mismo hasta el lugar de amarre para evitar que el buque se desvíe paralelamente al muelle. El informe PIANC _______ puede proporcionar más detalles sobre el diseño de las estructuras de amarre. Los fabricantes de bolardos y cornamusas pueden proporcionar más detalles sobre las dimensiones, pesos y capacidades de las estructuras de amarre ^{[ 13 ].}

El atraque de los buques se analiza considerando las características de peso, calado y otras especificaciones del buque de diseño, además de los requisitos establecidos por la ubicación de la terminal, tales como la velocidad y dirección del viento, las corrientes y las velocidades de atraque seguras del canal de acceso y el muelle. Todos estos factores se combinan para determinar la cantidad máxima de energía que deben resistir los cimientos y el muelle de la terminal. Se han diseñado diversos tipos de equipos de atraque en respuesta a este requisito.

Las terminales de contenedores se ubican, en su mayoría, directamente en tierra, eliminando la necesidad de delfines de atraque similares a los descritos en la sección de Amarre. Los sistemas de defensas instalados en el frente del muelle son fundamentales para reducir la energía que la estructura del muelle debe absorber durante el atraque. Un sistema de defensas consta de la defensa propiamente dicha, el panel y los diversos herrajes necesarios para anclar y estabilizar la unidad.

Las defensas están fabricadas con un tipo de caucho seleccionado por su flexibilidad. Cuanto más compresible sea, mayor será la resistencia que puedan ofrecer. Vienen en diversos tamaños y formas, diseñadas para adaptarse a diferentes situaciones. No es necesario que las defensas se instalen siempre en el mismo lugar. Algunas están diseñadas para subir y bajar con el nivel del agua.

Los paneles son grandes superficies que se conectan a la defensa, proporcionando mayor superficie de contacto para la embarcación. Su tamaño también contribuye a reducir la reacción sobre el casco, diseñado para soportar una presión máxima determinada. Suelen estar recubiertos con una superficie antifricción para evitar que las fuerzas laterales intenten separar la defensa. Un último aspecto del diseño del panel no solo se relaciona con sus dimensiones, sino también con su ubicación respecto a otra defensa. La separación entre las defensas, en función del tamaño del panel, debe ajustarse de manera que la embarcación no pueda comprimir la defensa en ángulo y chocar contra el muelle. En ese caso, debe haber contacto con un segundo panel de la defensa o bien la defensa no puede comprimirse excesivamente de forma asimétrica.

Es fundamental analizar los elementos estructurales de un sistema de defensas para garantizar el equilibrio y la estabilidad de cada unidad en todo momento. Se instalan cadenas para evitar esfuerzos cortantes innecesarios en el panel debido a la acción del buque o al peso del panel. Asimismo, se instalan anclas en el muelle para fijar la defensa a la superficie del mismo. En estas zonas, la cimentación de la terminal se refuerza más que en las áreas sin contacto, debido a las mayores fuerzas que actúan sobre la estructura.

Rieles para grúas de muelle de contenedores

patios de almacenamiento de contenedores

Muelles de carga

Pavimentos

La comunicación es fundamental en los puertos, ya que son zonas de alto riesgo; una buena comunicación permite evitar riesgos. Durante el proceso de diseño, se debe considerar la instalación de más estaciones base para garantizar una buena calidad de comunicación por radio y video. Los agentes de aduanas deben mantener contacto por radio y video con los camioneros que pasan por la puerta de acceso para asegurarse de que hayan recogido el contenedor correcto. Los prácticos del puerto deben contar con buenas comunicaciones por radio para guiar sus travesías. Los trabajadores portuarios deben comunicarse eficazmente por radio entre sí para evitar conflictos y riesgos.

La consideración del equipo incluye planes para la adquisición y construcción de instalaciones terminales para implementar la función de la terminal. El equipo involucrado en el diseño detallado incluye grúas para contenedores que pueden identificarse por modo: grúa de muelle montada sobre rieles (RMQC) o grúa de barco a tierra (STS); e instalaciones de transporte intermodal de contenedores utilizadas para áreas de almacenamiento tales como apiladores de alcance , unidades tractor-remolque (TTU) y vehículos. ^{[ 1 ]} Los parámetros para grúas e instalaciones de transporte de carga intermodal considerados en el diseño detallado son cantidades, límite de tamaño, requerimiento de potencia, capacidad de manejo, velocidad de manejo, costo, límite de carga a tierra y otras restricciones del entorno de trabajo.

El despliegue de equipos deberá diseñarse con la misión principal de generar suficiente transporte de carga para equilibrar el flujo de mercancías. Se aplicará la teoría de colas para determinar la cantidad y la calidad del equipo necesario.

Algunos empleados, como los guardacostas o los agentes de aduanas, necesitan autorizaciones de seguridad personal para trabajar en puertos, ya que requieren acceso a información clasificada. Existen tres niveles de autorización de seguridad: confidencial, secreto y ultrasecreto. Una parte fundamental de la investigación consiste en una entrevista personal con los oficiales. En ocasiones, el personal solo necesita una autorización de seguridad provisional. Además, se realiza una investigación periódica cada 5 años para obtener una nueva autorización. Esta investigación abarca aspectos clave de la vida del individuo, pero comienza con la investigación de antecedentes previa. ^{[ 14 ]}

Trabajos

En los puertos, los sistemas operativos y el desarrollo del personal se basan en las habilidades adquiridas a través de la experiencia, algo que se logra fácilmente en entornos industriales avanzados.

Varios acuerdos que debemos tener en cuenta:

• Código de prácticas de la OIT --- Seguridad y salud en los puertos; (2003) ^{[ 15 ]}
• Código de buenas prácticas de la OIT --- Seguridad en los puertos; (2004) ^{[ 16 ]}

Logística

La logística es el conjunto de la cadena de suministro que abarca cómo se adquieren, almacenan y transportan los recursos hasta su destino final. Implica identificar a los posibles distribuidores y proveedores , así como determinar su eficacia y accesibilidad.