estudio del comportamiento estructural de las …
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ESTUDIO DEL COMPORTAMIENTO ESTRUCTURAL DE LAS COMPUERTAS DE LA ESCLUSA EN OCASIÓN DE SER
COLISIONADAS POR EMBARCACIONES
Autores: Ing. Velez, Eduardo Carlos (Estudios y Proyectos e Ingeniería S.R.L.) -
[email protected] Ing. Solar, Rodrigo (Estudios y Proyectos e Ingeniería S.R.L.) –
[email protected] RESUMEN Las compuertas del cuenco de la esclusa presentan diferentes condiciones de resistencia y vulnerabilidad según sean los niveles de agua y la dirección de la aproximación de las embarcaciones a las mismas. Las condiciones de carga consideradas en su diseño no incluyeron hipótesis de colisión de los diferentes tipos de embarcaciones, previendo que la incorporación de las barreras de seguridad evita tales escenarios. Sin embargo en la visión actual, se ha considerado analizar la posible no operatividad de dichas barreras (reparación o eventual falla). Como objetivo se ha considerado determinar las consecuencias últimas sobre las compuertas de un eventual choque de diferentes trenes de diseño. Se analizó el mecanismo progresivo de deformación y falla durante el intervalo de contacto entre embarcación y compuerta provocado por la colisión hasta producirse la detención del cuerpo flotante. Los impactos fueron considerados para diferentes posiciones de las embarcaciones, así como diferentes niveles de operación de la esclusa. Las modelaciones procesadas contemplaron la triple no proporcionalidad inherente al fenómeno analizado, a saber: a) Evolución el área de contacto es función de la deformación que experimenta la compuerta / b) Variación de la matriz de rigidez de la compuerta / c) Comportamiento elastoplástico de los materiales
ABSTRACT The sluice basin gates present different resistance and vulnerability conditions
depending on the water levels and the direction of the approach of the vessels to them. The loading conditions considered in their design did not include collision hypotheses for the different types of vessels, foreseeing that the incorporation of safety barriers avoids such scenarios. However, in the current view, it has been considered to analyze the possible non-operability of these barriers (repair or eventual failure).
As an objective, it has been considered to determine the ultimate consequences on the gates of an eventual collision of different design trains.
The progressive deformation and failure mechanism was analyzed during the contact interval between the vessel and the gate caused by the collision until the floating body stopped. The impacts were considered for different positions of the vessels, as well as different levels of operation of the lock.
The models processed contemplated the triple non-proportionality inherent in the phenomenon analyzed, namely: a) Evolution of the contact area is a function of the deformation experienced by the gate / b) Variation of the stiffness matrix of the gate / c) Elastoplastic behavior of materials
GENERALIDADES
Como objetivo del estudio se ha considerado determinar las consecuencias últimas sobre las compuertas de un eventual choque de diferentes trenes de diseño según se analicen colisiones aproximadamente centradas o francamente excéntricas respecto
del eje de simetría de la esclusa.
Estos trenes se consideran los de máximas dimensiones y masa desplazada, a la luz del análisis estadístico que transiten la esclusa, de modo de configurar los escenarios
reales más desfavorables.
Se analizan un total de dos compuertas, las cuales se diferencian con compuerta aguas arriba y aguas abajo respectivamente. Ambas compuertas fueron analizadas para los escenarios determinantes mediante modelación por elementos finitos de tipos unidireccionales (beams) y de tipo bidireccionales (plates).
Se analizó en cada caso el mecanismo progresivo de deformación y falla durante el intervalo de contacto entre embarcación y compuerta provocado por la colisión hasta producirse la detención del cuerpo flotante. Los impactos fueron considerados para diferentes posiciones de las embarcaciones, así como diferentes niveles de operación
de la esclusa.
Las modelaciones procesadas contemplaron la triple no proporcionalidad inherente al
fenómeno analizado, a saber:
a) Variación del área de aplicación de la presión sobre la compuerta y consecuente variación en su módulo unitario
En efecto el área de contacto es función de la deformación que experimenta la
compuerta durante el avance de la embarcación hasta su detención.
b) Variación de la matriz de rigidez representativa de la compuerta.
Las zonas de chapa componentes de las compuertas experimentan pandeos locales
(abolladuras) por la que pierden su función estructural a partir del instante de su falla.
c) Superación del rango elástico del comportamiento de los materiales
Algunos elementos superan el rango elástico de su resistencia antes de que el proceso de deformación concluya con la detención de la embarcación.
La deformación correspondiente a la detención de la embarcación es determinada por la equiparación la energía cinética que poseía la misma antes del impacto y el trabajo
de deformación sobre la compuerta.
Para la determinación de dicha energía cinética se consideró la masade agua adicionada a la masa propia de las embarcaciones, debida al efecto hidrodinámico
producido por el agua asociada a las embarcaciones.
En el caso de la verificación de las acciones de las hélices del remolcador sobre la compuerta también fue considerada la masa de agua asociada por efecto hidrodinámico, cuando inicia su marcha en las vecindades de las compuertas que
tenga a su popa.
En todos los casos, este estudio tuvo como corolario, la determinación de las condiciones de estanqueidad de la compuerta luego del evento, la evaluación de los eventuales caudales erogados y las comprobaciones emergentes e la operatividad de
la compuerta no afectada por la colisión para interrumpir dicha erogación.
HIPÓTESIS BÁSICAS
La hipótesis básica asumida como conservadora fue que para cada configuración de trenes de barcazas considerado, su embestida a una compuerta se produce con velocidad previa al impacto de DOS (2) nudos náuticos (1m/s), si colisión previa con
la barrera de seguridad.
Se ha partido del supuesto de una falla en la operación de las máquinas del remolcador que impide frenarlo, quedando sin propulsión en el momento del impacto. El hecho está fuera de control del patrón y la velocidad asumida corresponde a la máxima aceptable para ingresar a la esclusa. No se consideran velocidades superiores en la premisa de que la falla es única, se genera descontrol en el frenado
y no hay voluntad humana de producir el impacto.
Velocidades superiores deben considerarse una falla grave a categorizar de otra forma y que excede el alcance y sentido del estudio. Pese a esto se ha considerado la capacidad estructural remanente de las compuertas para una velocidad que
superara la de "diseño" en un 50% (3 nudos equivalente a 1.5m/s)
COMPUERTA AGUAS ARRIBA
Colisión Cuasisimétrica – Escenario 2
El escenario para el cual se desarrolló el análisis del proceso de la colisión fue en el cual la colisión de un tren de barcazas proveniente del embalse encuentra el recinto
aún con los niveles de restitución, previo al proceso de llenado.
Despreciando la energía de deformación absorbida por las barcazas, se asumió que la deformación de la propia estructura de la compuerta bastara para acumular el trabajo mecánico suficiente para equilibrar la energía cinética del tren de barcazas
previa a la colisión hasta alcanzar la detención de este convoy flotante.
Modelación
Estructuralmente está concebida como una “grilla” de SEIS (6) vigas principales horizontales (traversas) y DIEZ (10) costillas verticales principales (mamparos), siendo los extremos los que materializan el apoyo continuo de la misma sobre la pista constituida por las piezas fijas a la estructura de Ho.Ao.
La estructura fue modelada en elementos tipo “plates” de dimensiones del orden de los 1000 cm2, caracterizados por su espesor.
Figura 1 - Geometría modelo comp.aguas arriba - Vista axonometrica (punto 2.1 del anexo)
Los únicos vínculos de esta compuerta son laterales, continuos y en alineamiento vertical, por contacto directo unidireccional entre el los mamparos extremos de la compuerta y las bandas de acero que forman parte de las piezas fijas insertas en la
estructura de Ho.Ao.
El impacto de la barcaza que encabeza el convoy contra la compuerta configura un proceso de respuesta con triple no linealidad en función del desplazamiento desarrollado entre el instante del primer contacto y la detención de su movimiento, a
saber:
a) Variación del área de contacto.
b) Modificación de la Matriz de Rigidez por pandeo localizado.
c) Plastificación del Material
Los procesos realizados permitieron comprobar que, para el rango máximo de energías monitoreadas:
- Todas los fenómenos de pandeo local (abollamiento) se han producido dentro del campo elástico
- Ningún elemento alcanza el límite de deformación que ocasionaría la rotura neta del material.
Progresión de la Deformación
La descripción del proceso de deformación de las compuertas puede sintetizarse en:
Al inicio el contacto entre el pique de proa de las barcazas que encabezan la deformación se produce contra el frente de la Traversa F esfuerzos de flexión y corte en la misma, flexión en los mamparos que la intervinculan con la Traversa inmediata inferior (Traversa E) y tracciones en la chapa de forro.
La excentricidad con que se asume impactará el convoy flotante de 10.66m de ancho provoca que los mayores esfuerzos de corte se produzcan en el primer paño del alma de la Traversa F del extremo correspondiente a la mayor cercanía del convoy al borde del canal.
Este alma sufre abolladura localizada, siendo la primera componente estructural en fallar. Posteriormente se reproduce el fenómeno sobre el sector opuesto, precisamente en el segundo paño del extremo opuesto del alma de la traversa. Ambas inestabilidades se producen para una carga inducida de 1100KN.
La falla de esta viga recarga a los elementos verticales que transfieren los esfuerzos hacia la Traversa E. Estos elementos disponen de una capacidad estructural limitada por lo que pandean en forma secuencial para una carga 3300KN.
Hasta este colapso en cascada de la porción de compuerta por encima de la Traversa E, no se llega a producir la detención, por lo que el convoy continúa su avance hasta impactar con esta segunda traversa.
Este desplazamiento es del orden de los 0.80m por lo que es evidente que los daños de la parte superior son sumamente significativos.
Antes de producirse la inestabilidad sobre los mamparos, existen abolladuras localizadas sobre la zona aguas arriba de la traversa E. Esto es producto de la flexión sobre el plano horizontal que se produce por la transmisión de corte de los mamparos verticales desde el impacto en la traversa F.
Esta flexión indicada concentra compresiones sobre la zona las chapas ubicadas aguas arriba y se producen abolladuras localizadas, que si bien no genera una inestabilidad del mecanismo resistente, si se traduce como una pérdida de rigidez en la respuesta de la compuerta. Este sector se comporta elásticamente, por lo que una vez que se produce el efecto cascada sobre los mamparos, vuelven a su condición original. Esto es importante ya que esta es la zona donde se produce la segunda etapa de impacto.
A partir del segundo contacto, el proceso remanente dispone de características similares al inicial pero donde la capacidad resistente de la nueva traversa es superior a la de la primera traversa.
A diferencia del primer impacto, sobre la traversa Ese genera un flexión predominante frente a los esfuerzos cortantes. Los primeros elementos que alcanzan la inestabilidad son las chapas del sector aguas arriba, causadas por tensiones de compresión por flexión de la traversa sobre el plano horizontal para una carga transferida de 2900KN sobre este segundo contacto.
Esto sucede progresivamente hasta que la barcaza toma contacto con los mamparos verticales, pero esta vez en el nivel de la traversa E. En este momento el elemento resistente está formado por los sectores sin pandear de la traversa (equivalente a
traversa F) y los mamparos en ese mismo nivel (ya que en niveles superiores ya alcanzaron la inestabilidad).
A partir de este momento, el proceso remanente dispone de características similares al inicial pero donde la capacidad resistente de la nueva traversa es superior a la de la primera traversa. La fuerza que máxima que genera inestabilidad de este último sistema es 8500KN.
Al igual que en el primer impacto, antes de que se inicie el efecto cascada sobre los mamparos, y la posterior inestabilidad del paño, se producen abolladuras sobre la
traversa D. Estas abolladuras son productos de la flexión horizontal sobre la traversa en cuestión y que generar compresiones sobre las chapas ubicadas aguas arriba.
Esta segunda falla ha sido el límite del análisis dado que el por la profundidad de la proa no es posible tener contacto con los sectores inferiores de la compuerta (nivel
+80,6 msnm).
Figura 2 – Esquema de deformación progresiva compuerta de una hoja
En resumen, el proceso de deformación durante el impacto será:
- En el caso que la Traversa F no tenga resistencia suficiente para producir la detención del tren de Barcazas en aproximadamente 0,8m, entrara en colisión la Traversa E.
- La energía remanente la aportará la deformación de la Traversa E
- La Traversa D no entraría en colisión nunca por quedar por debajo de la quilla de la barcaza, por la el límite de absorción de energía se alcanza en el momento que los mamparos verticales se vuelven inestables entre las cotas +82,02msnm y 79,92msnm.
Figura 3 - Progresión de pandeo en mamparos entre traversa D y E - Comp.aguas arriba
1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
Curvas Fuerza - Deformación y Energía - Deformación
Los procesos se han extendido hasta que el trabajo interno de los esfuerzos deformantes (o su equivalente trabajo de las fuerzas variables aplicadas en el contacto a lo largo de las trayectorias desarrolladas) superase la energía cinética que disponía
el convoy flotante en el instante previo al impacto.
Esta igualdad se interpreta como la detención de móvil y por tanto el final del proceso.
El estado de referencia para el que se analizó el comportamiento fue el de un Tren de Seis (6) Barcazas Mississippi (formación 2 x 3) + su remolcador de empuje y masa de agua asociada totalizando 12720 t y con velocidad de 2 nudos (1 m/s) n el instante
previo al impacto. Por consiguiente la energía cinética disponible es de 5860kNm.
El proceso se ha sintetizado en Dos (2) diagramas:
Distancia Recorrida Fuerza Aplicada
Distancia Recorrida Energía de Deformación (Trabajo de la Fuerza Aplicada)
En estos gráficos se han indicado los puntos singulares (producción de abolladuras),
y el punto de finalización del proceso (detención del movimiento)
Para la situación a verificar se puede resumir los resultados en que el desplazamiento hasta la detención alcanza los 2450mm y la fuerza máxima aplicada alcanzo los 8500kN para desplazamientos del orden de los 900mm aproximadamente, momento en el cual los mamparos entre las traversas E y D se pandean y la carga remanente osilla alrededor de los 1500KN hasta alcanzar el desplazamiento indicado para la
detención de la barcaza.
Figura 4 - Curvas Fuerza / Desplazamiento y Energía / Desplazamiento
Se espera que dados el importante avance para la absorción de la energía, la barcaza quede anclada a la compuerta y encima de la misma, impidiendo el libre escurrimiento
hacia el cuenco.
Figura 5 - Deformación [mm] - Esquema resultante – Planta
Figura 6 - Deformación [mm] - Esquema resultante - Vista Axonometrica
Conclusiones
Los daños esperables resultan ser elevados y la compuerta muy probablemente quedaría fuera de servicio hasta que se proceda a su reparación.
En lo que hace al flujo que escaparía por la brecha generada, no puede soslayarse que la propia barcaza productora del daño obturará la mayor parte de aquella, por lo que los caudales emergentes no impedirán operar la compuerta aguas abajo para
cerrar la descarga.
Si bien los análisis fueron efectuados para barcazas con pique de proa lanzada donde el impacto se da primeramente sobre la Traversa F y posteriormente sobre la Traversa E, las conclusiones son válidas asimismo para el caso de barcazas, Box en cuyo caso si bien se invierte el orden de los impactos, la energía total de deformación no variará, por lo que la detención siempre se producirá para un deterioro considerable de la
compuerta en la parte superior.
La posibilidad de transitar por un evento de esta naturaleza y perder en consecuencia la navegación del Paraná por un periodo prolongado con el considerable perjuicio económico despierta la inquietud de al menos concebir un refuerzo posible que atenúe
los eventuales daños, y permita mantener la operatividad de este cruce esencial.
En el Anexo B se incluye una propuesta de refuerzo de la Compuerta para atenuar la
magnitud de los daños, tendiendo a que la operatividad no sea anulada
COMPUERTA DE AGUAS ABAJO
También para este caso la modelación de la estructura tomó en consideración la
premisa de indeformabilidad de las embarcaciones colisionantes
Ha sido una hipótesis conservadora por resultar en una mayor deformación de la propia estructura de la compuerta para acumular el trabajo de deformación suficiente para equilibrar la energía cinética del tren de barcazas previa a la colisión hasta
alcanzar la detención de este convoy flotante.
Colisión Cuasisimétrica - Escenario 3
Este principio combinado con la geometría de las proas de las barcazas y la propia disposición de las hojas de la compuerta, las cuales conforman en planta un arco triarticulado con un “vértice” en el contacto entre ambas hojas sobre el cual se iniciará el proceso del impacto, ha permitido en este caso reducir el modelo a una de sus hojas, asumiendo simetría en la respuesta estructural.
También se efectuaron análisis preliminares simplificados para determinar para el escenario de colisión analizado (Nivel interior del recinto 83.0msnm, Nivel de aguas abajo 63.20msnm) el nivel de la compuerta para el cual los efectos de la colisión
perdían totalmente de significación, lo cual ha permitido también una reducción en la altura de la hoja a modelar, la cual se fijó en El. 70.10 msnm.
Modelación
La estructura fue modelada en elementos tipo “plates” de dimensiones del orden de los 1000 cm2, caracterizados por su espesor. Elementos particulares como las
riostras en cruz fueron modeladas como elementos “frame”
El impacto de la barcaza que encabeza el convoy contra la compuerta configura un proceso de respuesta con triple no linealidad en función del desplazamiento desarrollado entre el instante del primer contacto y la detención de su movimiento, a
sabe:
a) Variación del área de contacto.
b) Modificación de la Matriz de Rigidez por pandeo localizado.
c) Plastificación del Material
Los procesos realizados permitieron comprobar que, para el rango máximo de energías monitoreadas:
- Todas los fenómenos de pandeo local (abollamiento) se han producido dentro del campo elástico
- Ningún elemento alcanza el límite de deformación que ocasionaría la rotura neta del material.
Figura 7 - Vista Axonometrica y vista frontal modelación – Comp.aguas abajo
Progresión de la Deformación
La descripción del proceso de deformación de las compuertas puede sintetizarse en:
Al inicio, el área de contacto barcaza-compuerta es muy reducida. Los extremos de la traversa 16 y el mamparo extremo (de cierre) se deforman, incrementándose la fuerza de interacción entre hojas y por consiguiente la compresión en esta traversa. Como consecuencia de dicha deformación se incrementa el área de contacto barcaza-compuerta.
La siguiente zona que experimenta pandeo local (abollamiento) es la chapa trasera (cierre de aguas arriba), posteriormente el alma de la traversa 16 y más adelante la chapa del forro (cierre de aguas abajo)
Las deformaciones ulteriores se desarrollan con plastificación del material, sin abolladuras adicionales hasta la detención del convoy flotante.
Figura 8 - Progresión pandeo – Compuerta aguas abajo
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Figura 9 - Progresión pandeo – Compuerta aguas abajo
Los procesos se han extendido hasta que el trabajo interno de los esfuerzos deformantes (o su equivalente trabajo de las fuerzas variables aplicadas en el contacto a lo largo de las trayectorias desarrolladas) superase la energía cinética que disponía
el convoy flotante en el instante previo al impacto.
Esta igualdad se interpreta como la detención de móvil y por tanto el final del proceso.
El estado de referencia para el que se analizó el comportamiento fue el de un Tren de Seis (6) Barcazas Mississippi (formación 2 x 3) + su remolcador de empuje y masa de agua asociada totalizando 11720 t y con velocidad de 2 nudos (1 m/s) n el instante
previo al impacto.Por consiguiente la energía cinética disponible es de 5860 kNm.
Curvas Fuerza - Deformación y Energía - Deformación
El proceso se ha sintetizado en Dos (2) diagramas:
Distancia Recorrida Fuerza Aplicada
Distancia Recorrida Energía de Deformación (Trabajo de la Fuerza Aplicada)
En estos gráficos se han indicado los puntos singulares (producción de abolladuras)
y el punto de finalización del proceso (detención del movimiento)
Para la situación a verificar se puede resumir los resultados en que la fuerza máxima
aplicada es de 24500 kN y el desplazamiento hasta la detención alcanza los 320mm.
3 4
Las gráficas se han extendido de modo que puede apreciarse que aún para energías sustancialmente mayores el comportamiento estructural continúa siendo competente.
En particular para la misma masa flotante, el incremento de velocidad a 3 nudos (1.5m/s), que equivale a una energía cinética de 13185 kNm implicaría una Fuerza
Aplicada de 24500kN y un desplazamiento total hasta la detención de 570mm.
Todas las configuraciones de la estructura deformada no implican separaciones entre ambas hojas que generen erogaciones de caudales.
Figura 10 - Curvas Fuerza / Desplazamiento y Energía / Desplazamiento – Comp.aguas abajo
Colisión Asimétrica – Escenario 4
Modelación
Respecto de la descripción hecha para el Escenario 3 se produjeron las siguientes modificaciones:
- La modelación debió abarcar amabas hojas de la compuerta - Se introdujo una limitación al contacto entre ambas compuertas, de modo de
eliminarlo del análisis toda vez que el desplazamiento tangencial relativo superase
200mm
Figura 11 - Vista Axonometrica - Modelo asimétrico
Los principios generales descriptos para el Escenario 3 mantienen su validez
Progresión de la Deformación
En lo que hace a la progresión del episodio de la colisión en este caso, los efectos de flexión sobre la hoja de impacto son importantes.
El impacto se inicia en una zona próxima al segundo mamparo (respecto del contacto entre hojas) generando abollamientos en la chapa trasera (de aguas arriba) y en el alma de la Traversa 16 en las proximidades del punto de impacto. También en el alma de la Traversa 16 y en una zona próxima al anterior se genera un segundo pandeo
local
Posteriormente el alma del mamparo referido sufre el pandeo localizado entre los niveles de Traversas 16 y 15. Este pandeo genera inestabilidad local por lo que la
fuerza resistida sufre un brusco descenso (casi a la mitad), la cual mantiene valores bajos hasta tanto el avance de la proa no interese un nuevo mamparo (el más próximo
al anterior)
Cuando el avance de la proa alcanza los 600mm se genera el desacople de las hojas a nivel de la Traversa 16, lo que se traduce en un nuevo descenso de la fuerza resistida, aunque de escasa magnitud.
Figura 12 - Progresión pandeo / Desacople
Cuando el avance de la proa llega a 1150mm impacta, como se anticipó) el mamparo subsiguiente, aportando una resistencia que se traduce en un nuevo incremento sostenido de carga, hasta que se produce un pandeo general de la traversa 16 (previo al posible abollamiento del alma del mamparo). Esta falla mayor ha sido el límite del análisis, habiendo en ese estado superado las condiciones de verificación previstas.
Los procesos se han extendido hasta que el trabajo interno de los esfuerzos deformantes (o su equivalente trabajo de las fuerzas variables aplicadas en el contacto a lo largo de las trayectorias desarrolladas) superase la energía cinética que disponía el convoy flotante en el instante previo al impacto.
Esta igualdad se interpreta como la detención de móvil y por tanto el final del proceso.
El estado de referencia para el que se analizó el comportamiento fue el de un Tren de Tres (3) Barcazas Mississippi (formación 1 x 3) + su remolcador de empuje y masa de agua asociada totalizando 6406KN y con velocidad de 2 nudos (1 m/s) n el instante previo al impacto. Por consiguiente la energía cinética disponible es de 3200 kNm.
Curvas Fuerza - Deformación y Energía - Deformación
El proceso se ha sintetizado en Dos (2) diagramas:
Distancia Recorrida Fuerza Aplicada
Distancia Recorrida Energía de Deformación (Trabajo de la Fuerza Aplicada)
En estos gráficos se han indicado los puntos singulares (producción de abolladuras, desacople entre hojas) y el punto de finalización del proceso (detención del
movimiento)
Para la situación a verificar se puede resumir los resultados en que la fuerza máxima
aplicada es de 5400 kN y el desplazamiento hasta la detención alcanza los 580mm.
Las gráficas se han extendido hasta verificar si el comportamiento de la estructura frente al impacto de la misma masa flotante pero para una velocidad de 3 nudos (1.5m/s) se mantenía dentro del rango previo a la falla por pandeo global de la
Traversa 16.
Esta situación que equivale a una energía cinética de 7200 kNm implicaría una Fuerza máxima Aplicada de 8300kN y un desplazamiento total hasta la detención de 1280mm.
En este caso las hojas de las compuertas se separan generando una abertura por la
cual se verterá un caudal no significativo,
Figura 13 - Curvas Fuerza / Desplazamiento y Energía / Desplazamiento – Comp.aguas abajo
Conclusiones
La compuerta aguas abajo para estos escenarios de colisión cuasi-simétricos desde aguas arriba, como producto del esquema de sustentación principal de sus traversas (arco a tres articulaciones) dispone de una considerable reserva de seguridad. Los daños emergentes se reducirán a abolladuras locales en la propia traversa, el mamparo extremo y las chapas de forro y trasera.
Es de enfatizar que, a diferencia del caso anterior, la revancha remanente de la
compuerta ante este tipo de colisión es mucho más reducida.
Se concluye que la Compuerta como resultante de su geometría, solidez y especialmente por el esquema estructural con que se opone a esfuerzos provenientes de aguas arriba (traversas dispuestas en arcos a 3 articulaciones) dispone de un capacidad suficiente para resistir aceptablemente los escenarios de colisión
planteados.
Impacto Cuasisimétrico desde Aguas Abajo – Escenario 5
Los escenarios de colisión desde aguas abajo sobre la compuerta aguas abajo son infrecuentes y por tal motivo no ha sido previsto incluir barreras de seguridad para
prevenirlos.
De todos modos se ha analizado tal posibilidad desde el punto de vista de la apertura que generaría, en caso de producirse cuando el nivel de agua en el interior el recinto en el del NAMO (83.0msnm) a los efectos de determinar la abertura posible hasta que
se produzca la detención del convoy flotante.
En tal situación, habida cuenta de la debilidad intrínseca de los servomotores de
accionamiento, la fuerza frenante la aportará la presión hidrostática del recinto.
En la hipótesis simplificadora y del lado seguro que tanto las barcazas como las hojas de la compuerta se mantuvieran indeformables, la apertura será la máxima teórica y
generará la máxima descarga instantánea posible.
Es claro que se trata de una descarga temporaria, puesto que la misma presión, luego de producir la detención del convoy, generará el retroceso del mismo y el cierre de la compuerta, cerrando el flujo.
Por lo que esta determinación tiene importancia particular en el efecto sobre la propia
embarcación que recibirá el caudal desde una altura de 20m.
Nuevamente el análisis fue hecho para un tren de Seis (6) Barcazas Mississippi (2 x 3) + Remolcador y Agua asociada, con una masa total desplazada de 11720 t con velocidad previa al impacto de 2 nudo (1m/s). Energía cinética previa a la colisión de
5860 kNm
La apertura determinada resultó de 62mm y el caudal pio erogado es de 13.5m3/s
Impacto Asimétrico desde Aguas Abajo – Escenario 6
En este caso se analizó el impacto de un tren de barcazas Jumbo (1x 3), su remolcador de empuje y agua asociada por un total de masa desplazada de 9061t.
con velocidad previa al impacto de 2 nudos (1 m/s)
En este caso la energía cinética disponible es de 4530 kNm, pero por impactar sobre una de las hojas la capacidad frenante de la presión hidrostática es la mitad que en el caso anterior.
La apertura determinada resultó de 151mm y el caudal erogado es de 30.5m3/s
Como se expresó anteriormente este caudal es transitorio porque la misma diferencia hidrostática motivará el retroceso del tren flotante y el cierre de la compuerta por lo que no corresponde analizar su influencia sobre la posibilidad de maniobrar la compuerta de aguas arriba.
De producirse un acontecimiento infrecuente de impacto desde aguas abajo, el efecto más desfavorable, se daría para la situación de Recinto con Nivel NAMO y se traduce en una descarga instantánea elevada sobre la cubierta de la barcaza colisionante.
Colaboradores:
Ing. Raffa, Osvaldo / Ing.Kina, Gabriel
Referencias y bibliografía:
1- Innovations in Navigation Lock Design - PIANC – Report n°106 (2009)
2- A Rapid Procedure for Estimating the Ability of Lock Gates to Withstand Ship
Collisions - a FRIA PhD Student, University of Liège, Belgium; b Professor, ICAM Nantes,
France; c Professor, University of Liège, Belgium
3- Simplified Analytical Method for Estimating the Resistance of Lock Gates to
Ship Impacts - Lo¨ıc Buldgen,1 Herv´e Le Sourne,2 and Philippe Rigo1 (1 Faculty
of Applied Sciences and ANAST, University of Li`ege, 1 Chemin des
Chevreuils, 4000 Li`ege, Belgium 2 Mechanical Engineering Department
(LE2M), ICAM Nantes Campus, 35 avenue du Champ de Manoeuvres, 44470
Carquefou, France)
4- Ship collision against lock gates- PIANC SHORT COURSE