Reconversia santierului naval VARD FINCANTIERI

Dezvoltat în anii 1975, şantierul naval Tulcea a fost supus de-a lungul timpului diferitelor perioade de exploatare şi va fi incorporat în cadrul reconversiei structurale. Totodată, în vederea eficientizării procesului de producţie, extinderea cheurilor şi a infrastructurii aferente noilor căi de rulare – filele I şi II – împreună cu infrastructura macaralei Goliath, având o capacitate de 700 TF, reprezintă elemente notabile în cadrul amenajării portuare propuse, date fiind particularităţile proiectului.

1 introducere

Amenajările portuare sunt lucrări civile definite la interfaţa ingineriei geotehnice şi structurale, specificul activităţilor desfăşurate în cadrul şantierului generând încărcări şi solicitări însemnate prin manipularea şi transportul materialelor şi a echipamentelor. O particularitate a acestor proiecte o reprezintă poziţionarea în proximitatea mării sau a apelor, amplasamente de tip luncă, a căror litologie prezintă alternanţe ale straturilor puternic compresibile, aluvionare şi a mâlurilor.

Ţinând seamă de tendinţa mondială a dezvoltării infrastructurilor maritime, structurile adiacente şantierelor navale şi lucrărilor portuare oferă posibilitate de susţinere a tehnologiilor moderne, astfel impuse prin cerinţele comerciale şi economice internaţionale desporire a productivităţii şi adaptarea la standardele actuale ale industriei maritime.

În Romania, cerinţa ascendentă a traficului portuar şi a dezvoltărilor navale a impus extinderea infrastructurilor maritime existente în vederea modernizării amenajărilor portuare din zona Dunării maritime.

Prezentul articol prezintă soluţia de reconversie a şantierului naval Tulcea, inaugurat în anul 1975, ca unitate de reparaţii a navelor maritime româneşti. Pe parcursul celor 40 de ani de utilizare, obiectul de activitate al șantierului a fost dezvoltat, unitatea construind și comercializând nave maritime, fluviale, comerciale, tehnice sau militare, utilaje tehnologice şi piese de schimb.

Fig. 1 – Şantierul naval Tulcea, 1975 – soluţie proiectată IPTANA, arhivă

În prezent, acţionarul operativ al şantierului, grupul VARD Fincantieri, a demarat un program de modernizare a unității în valoare totală de 40 de milioane de euro, în vederea generării unei creșteri a capabilității de lansare a vaselor maritime.

Scopul dezvoltării urmăreşte posibilitatea de producere a navelor de mari dimensiuni, agabaritice, contractate de companie pentru intervalul 2010-2016, transferal prin intermediul barjelor a navelor nou construite cu greutăţi de până la 24000 tone în bazinul intern, precum şi posibilitatea de manipulare a echipamentelor şi a confecţiilor metalice cu greutate de până la 700 tone, prin instalarea macaralei Goliath, permiţând astfel obţinerea unei productivităţi importante din punct de vedere al construcţiilor navale.

Fig. 2 – Plan general – şantierul naval Vard Fincantieri Tulcea

Astfel, din cauza dezvoltărilor infrastructurii navale derulate pe parcursul ultimelor decenii, rezultând în soluţii combinate ale lucrărilor maritime, impactul proiectării optime şi judicioase a infrastructurilor şi construcţiilor civile aferente acestor lucrări speciale sunt traduse în economii financiare însemnate.

2 condiţii geotehnice

Din punct de vedere geologic, judeţul Tulcea deţine în limitele sale cea mai extinsă suprafaţă lacustră (peste 20% din suprafaţă) din România, prezentând o vastă complexitate morfogenetică, alcatuită preponderent din nisipuri şi mâluri.

Investigarea geotehnică desfăşurată în amplasamentul studiat indică o litologie formată predominant din pachete de pământuri necoezive, aluvionare, cu caracter puternic compresibil.

În vederea realizării lucrărilor de reconversie, conform normativului NP 074-2014, au fost realizate investigaţii geotehnice pe baza a două foraje cu adâncimea de 40.0m lungime, în anul 2014.

Astfel, pe baza investigaţiilor realizate, din punct de vedere al riscului geotehnic, proiectul de reconversie se încadrează în categoria de risc major, cu 18 puncte, generate preponderent de tipul lucrărilor propuse spre execuţie, a terenurilor dificile, precum şi din cauza vecinătăţilor, fiind necesară funcţionarea şantierului naval pe durata execuţiei lucrărilor nou proiectate.

Succesiunea litologică identificată de investigaţiile geotehnice predomină prin straturi de prafuri argiloase şi nisipoase şi nisipuri fine, până la o adâncime de 35.0m raportat la cota terenului natural, confirmând investigaţiile anterior realizate pe amplasament, precum şi litologia locală, precum şi caracteristicile fizico-mecanice reduse ale stratificaţiei.

3 Istoricul dezvoltărilor. Syncrolift-ul

În cadrul şantierului naval au fost implementate diferite etape de investiţii şi de extindere. Prima fază de extindere a şantierului naval constă în dezvoltarea Syncrolift-ului şi dezvoltarea a 20 de şine de rulare, deservind echipamentele de manipulare şi lansare către platformă.

Syncrolift-ul reprezintă ansamblul de lansare a navelor nou construite în bazinul şantierului naval,format din două estacade de susţinere a vinciurilor de lansare a platformei, cu o capacitate de 75000 kN. Navele sunt deplasate prin intermediul căilor de rulare pe platorma Syncrolift, ulterior coborâtă prin intermediul vinciurilor, permiţând astfel lansarea.

Infrastructura estacadei dinspre uscat a Syncrolift-ului este alcatuită din trei tronsoane fundate pe trei (3) şiruri de piloţi, astfel:

Primul şir de piloţi, către uscat, piloţi Benoto cu diametrul de 1180mm, cu o lungime de 30.0m,
Şirul intermediar de piloţi, piloţi Benoto cu diametrul de 1180m, cu o lungime de 38.0m,
Şirul de piloţi ce conectează vinciurile, piloţi de diametru 1400mm realizaţi prin vibrare, cu o lungime de 42.0m, poziţionaţi la o distanţă interax de 6.00m, paralel cu platforma Syncrolift.

Fig. 3 – Secţiune transversală Syncrolift

În ceea ce priveşte estacada mol cu cheu de acostare, infrastructura este similară cu infrastructura estacadei dinspre uscat, şirul de piloţi de diametru 1400mm paralel cu platforma fiind simetric cu cei ai estacadei spre uscat, dispuşi la o distanţă interax de 6.00m, iar cel de-al doilea şir de piloţi cu diametru 1400m este dispus la o distanţă interax de 12.00m.

Suprastructura este constituită din grinzi transversale prefabricate şi fâşii cugoluri şi placa de monolitizare din beton armat.

Spre bazin sunt prevăzuti bolarzi de legare a navelor, iar spre platforma Syncrolift-ului, vinciurile de translaţie pe verticală a navelor sunt conectate prin intermediul capitelurilor de piloţii de diametru 1400mm. Spre uscat este amenajat podul de legătură cu cala de transfer nave şi respectiv cala de reparaţii nave. Pe coronamentul estacadei dinspre uscat este montată o macara turn MTA 125 tfm.

Adâncimea in dreptul platformei Syncrolift-ului este de -11.86 m , raportata la etiajul local Tulcea, iar cota coronamentului estacadelor este +6.46 m faţă de acelasi etiaj.

În decembrie 2012, coloanele Syncrolift-ului au fost consolidate prin intermediul proiectului IPTANA, constând în cămăşuirea acestora prin prevederea unui strat de beton armat cu fibre metalice.

4 soluţia de reconversie

Din cauza complexităţii condiţiilor structurale şi geotehnice , precum şi ale încărcărilor generate de echipamente, diferite tipuri de soluţii pot fi adaptate pe baza cerinţelor structurale şi funcţionale ale amenajării.Factorii ce contribuie la alegerea ansambluriconstruite depind de aplicabilitatea tehnică, costuri, exploatare şi facilitatea execuţiei, permiţând astfel implementareaunor variante mixte de două sau mai multe soluţii structurale.

Un criteriu tehnic suplimentar este reprezentat de funcţionarea şantierului naval pe perioada de desfăşurare a lucrărilor de modernizare. În cadrul procesului de proiectare şi execuţie a reconversiei şantierului naval, soluţiile de satisfacere a noilor cerinţe funcţionale constau în aplicarea metodelor tehnologice ce permit (simultaneitatea functionarii santierului naval , concomitent cu executia noilor lucrari). funcţionarea şantierului naval simultan execuţiei noilor lucrări. Se disting astfel următoarele elemente notabile din cadrul reconversiei:

Extinderea filelorI şi II de la 6 şine de transfer de lungime 155 ml la 16 şine de transfer cu o lungime de 194 ml şi menţinerea funcţionalităţii şinei de macara existente , deservind o capacitate de 50 tf;
realizarea infrastructurii necesare pentru montarea a 2 şine de rulare ale noii macarale Goliath de capacitate 700 TF. Ecartamentul şinelor de 98 m este reprezentat între cele două braţe ale macaralei, ce descarcă prin intermediul a două (2) căi de rulare, una dintre şine fiind incoporată în sistemul de piloţi ai Syncrolift-ului existent, iar cealaltă între filele căilor de rulare II şi III;
construcţia unui cheu de lansare pe aliniamentul Syncrolift-ului, către cheul bazin în dreptul obiectivelor fila I şi fila II. Lungimea cheului de 116 ml, având o lăţime de 4.2m va permite acostarea barjei la cheu, implicând astfel operaţiunile de mooring şi lansare ale navelor

Soluţia de reconversie a fost studiată prin intermediul calcului numeric utilizând metoda elementului finit , atât prin aplicaţii de calcul dedicate proiectării structurale cât şi prin studiu utilizând modele de calcul geotehnic.

Fig. 4 – Analiză structurală utilizând metoda elementului finit

În continuare vor fi prezentate obiectivele principale ale procesului de reconversie , precum şi caracteristicile de calcul şi de execuţie ale fiecărui obiectiv.

4.1 Extinderea filelor I şi II

În cadrul etapei de dezvoltare desfăşurate începând cu anul 2014, în vederea deservirii construcţiilor maritime cu o greutate de până la 24000 tone, este prevăzută extinderea capacităţii filelor de la 6 şine la 14 şine aferente fiecărei file.

Ulterior primei etape de dezvoltare, în cadrul reconversiei şantierului din 2016, filele au fost extinse de la 14 la 16 şine, deservind astfel noile cerinţe funcţionale ale şantierului, pe baza cerinţelor şi comenzilor în desfăşurare ale şantierului naval, permiţând construirea simultană a navelor de dimensiuni 43m x 185m.

Fig. 5 – Schemă construire şi lansare nave

În vederea adaptării capacităţii filelor de preluare a greutăţilor construcţiilor navelor nou construite, infrastructurilefilelor I şi II au fost reconstruite prin lucrări ce constau în demolarea radierului existent de 75cm grosime, fundat indirect prin intermediul piloţilor foraţi prefabricaţi, conform Fig. 1 – soluţia iniţială a şantierului naval şi refacerea infrastructurii căilor de rulare.

Infrastructura constă în radierul nou construit, fundat indirect prin piloţii existenţi şi prin suplimentarea acestora cu piloţi de îndesare, cu diametre de 440mm, respectiv 620mm, de lungime 20.0m, pe întreaga suprafaţă a filelor.

Ansamblul de lucrari este completat de execuţia unei perne din piatră spartă, şi a unui radier cu grosimea de 1.00m, conectat de radierul existent prin intermediul ancorelor chimice.

Fig. 6 – Execuţie file căi de rulare

Încărcările de calcul puse la dispoziţie prin tema de proiectare sunt definite ca încărcări rezultate din transferul navelor pe căile de rulare, prin intermediul cărucioarelor metalice.

Fig. 7 – Schemă încărcări generate de nave – secţiune longitudinală şi transversală

Valorile solicitărilor considerate în calcul sunt rezultate din încărcarea cărucioarelor în ipostaze defavorabile, rezultând încărcări de 20.65 t/ml ale căii de rulare.

4.2 Cheul de lansare

Amenajarea cheului în bazinul de lansare cuprinde un complex de lucrări geotehnice şi civile speciale de incorporare a lucrărilor executate şi de studiu asupra soluţiilor adoptate. Scopul amenajării este realizarea cheului drept şi a permite cuplarea barjei pentru transferul navelor de pe fila I si II, cat si acostarea unor nave de transport materiale si echipamente

Piloţi foraţi de diametru 1200mm, cu tubaj nerecuperabil şi lungime 40.0m vor fi realizaţi în interiorul bazinului de lansare, permitând astfel transferul navelor pe barja. Conexiunea piloţilor cu filele I, respectiv II, ale căilor de rulare va fi obţinută prin execuţia capitelurilor din beton armat pe capătul superior al piloţilor, ulterior capitelurile fiind conectate de radierele de 1.0m grosime ale filelor prin monolitizare.

Fig. 8 – Execuţia cheului de lansare – piloţi şi capiteluri

În cazul filei 1, radierul, precum şi capitelurile, vor fi realizate în cursul unei faze de execuţie unitare. Pentru conectarea cheului de lansare cu fila 2, este necesară spargerea filei în zona capitelurilor prin jet de apă sub presiune, şi sudarea armăturilor existente de armăturile nou propuse, implicit monolitizarea ulterioară a ansamblului.

Studiul impactului transferului convoiului de forţe aferente manipulării construcţiilor navale asupra filelor şi asupra cheului au fost studiate prin simularea încărcărilor în poziţii diverse raportate la cheu, simulând totodată şi elementele de tip radier – grinzi coronament şi piloţi de fundare.

Fig. 9 – Modele teoretic de calcul cheu – model numeric calcul cheu lansare

Lucrările de execuţie a capitelurilor necesită esafodaje speciale pentru turnarea acestora şi sustinerea platformelor de lucru. Cheul va incorpora structurile metalice, proiectate pentru acostarea barjelor (mooring), prin lucrările realizate ale cheului de lansare, urmărindu-se alinierea filelor cu platforma de lansare a Syncrolift-ului.

Fig. 10 – Concept cheu de ancorare – cheu executat

4.3 Montare macara Goliath capacitate 700 TF

Macaraua Goliath, cu o capacitate de 700 TF, va deservi căile de rulare ale filelor I şi II ale şantierului naval, generând posibilitatea de manevrare a blocurilor de tonaj de pana la 700 tf şi îmbunătăţirea condiţiilor de centraj şi sporirea productivităţii. Cu un ecartament de 98.0m, manipularea macaralei se va realiza utilizand 2 căi de rulare. Infrastructura căilor de rulare este constituită din grinzi de rulare, fundate indirect, prin intermediul piloţilor foraţi de diametru 1200mm, până la adâncimea de 40.0m.

Fig. 11 – Secţiune transversală macara Goliath 700 TF

Calea de rulare a macaralei poziţionate pe uscat este formată din piloţi de diametru 1200mm, poziţionaţi la o distanţă interax de aproximativ 3.00m.

Cea de-a doua cale de rulare incorporează şirul intermediar al piloţilor existenţi în zona cheu platformă a Syncrolift-ului, cu diametrul de 1180mm, şi adâncimea de 38.0m, descrişi anterior. Piloţii existenţi vor fi suplimentaţi prin realizarea piloţilor de 1200mm, executaţi cu tubaj nerecuperabil, până la adâncimea de 40.0m. Noii piloţi vor fi executaţi între piloţii existenţi menţionaţi, la o distantă interax de 6.00m.

Suprasarcinile generate de manipularea macaralei de 700 TF precum şi din greutatea proprie a ansamblului ating valori aproximative de 20000 kN, fiind puse la dispoziţie de producătorul macaralei, rezultând astfel eforturi de dimensionare a piloţilor de aproximativ 5000 kN. Transmiterea eforturilor către sistemul de fundare se realizează prin intermediul roţilor metalice ale macaralei şi grinzile corespunzătoare căii de rulare aferente.

Fig. 12 – Schemă încărcări macara Goliath 700 TF

Lucrările pentru acestă cale de rulare sunt asemănătoare cheului, fiind desfăşurate în bazinul de lansare, între elemente din beton existente. Etapizarea lucrărilor implică desfacerea locală a platformei existente, formată din placa din beton şi din fâşii cu goluri, execuţia pilotilor foraţi, execuţia unor capiteluri pe capătul acestor piloţi foraţi şi a grinzii căii de rulare. Calea de rulare sprijină pe pilotii forati şi integrează pe toată lungimea noile capiteluri, grinzile transversale tirant şi monolitizările anterioare, capitelurile şi grinzile existente.

Fig. 13 – Execuţia piloţilor cu tubaj nerecuperabil între coloanele existente

Din cauza eforturilor rezultate din noua cale de rulare a macaralei, sunt necesare măsuri de punere în siguranţă a Syncrolift-ului, dispunându-se prin proiect execuţia unor grinzi de rigidizare cu rol de tirant, transversale pe direcţia filei 1, ce sprijină pe noii piloti foraţi ai căii de rulare, fiind conectate direct cu radieul filei 1.

Prin soluţia prevăzută s-a urmărit reducerea eforturilor şi a limitării deplasărilor în coloanele Syncrolift-ului, în scenariul eventual al utilizării macaralei Goliath concomitent cu lansarea în apa a navelor prin intermediul Syncrolift-ului, conectarea grinzilor cu radierul existent fiind cel mai eficient şi economic mod de a asigura în totalitate stabilitatea noului ansamblu sub sarcinile dictate prin temă.

Fig. 14 – Grinzi transversale tirant

În urma desfacerii platformei existente se va prevedea o placa nouă cu grosimea de 40 cm ce sprijină pe ansamblul nou creat prin realizarea caii de rulare şi a ancorejelor.

Din cauza nivelului solicitărilor generate de macaraua Goliath şi a specificului lucrărilor desfăşurate, studiul asupra integrării lucrărilor nou construite în ansamblul şantierului naval şi îndeosebi al Syncrolift-ului a fost constituit de ipotezele de calcul considerând transferul macaralei în diferite poziţii sau locaţii, concomitent cu solicitarea vinciurilor de 2500 kN ale Syncrolift-ului. Prin ipotezele studiate, s-a urmărit impactul în termeni de deplasări globale şi eforturi generate de utilizarea ansamblurilor din şantierul naval.

Fig. 15 – Modele de calcul

Suplimentar, prin modelarea numerică iniţială a încercărilor de probă ale piloţilor, s-a realizat dimensionarea judicioasă a elementelor de beton armat, parte a căilor de rulare, prin definirea dependenţei de rigiditate a coeficientului de interactiune teren-structură.

Din punct de vedere al modelării experimentale la scară naturală, conform normativului NP 045-2000, Normativ privind încercarea în teren a piloţilor de probă şi a piloţilor din fundaţii, au fost realizate două (2) poligoane de probă de tip N3, încercări de control pe piloţi din fundaţie, pentru confirmarea capacităţii portante preliminate în proiect.

Fig. 16 – Diagrame de încărcare-tasare piloţi f1200mm

Încercările de compresiune realizate, cu forţe statice echivalente, de tip efort impus – deformaţie măsurată, au fost realizate prin intermediul a patru (4) piloţi de ancoraj adiacenţi piloţilor încercaţi, echipaţi cu sisteme de juguri metalice sudate. Pilotul încercat la compresiune, echipat cu pompă hidraulică, încărcat la 10 trepte de 1000 kN, a înregistrat deplasări maxime stabilizate de 55.93mm, în ultima treaptă de încărcare, aferente valorii de 10000 kN.

Din punct de vedere al montajului, macaraua Goliath, va fi asamblata pe poziţie prin intermediul a două (2) turnuri metalice de manipulare, funcţie de tehnologia de producţie a transportatorului şi funcţie de indicaţiile producătorului macaralei.

Fig. 17 – Ansamblul pieselor anterior montajului – macara Goliath 700 TF

5 Concluzii

Şantierul naval VARD Fincantieri Tulcea reprezintă unul dintre cele mai importante poluri de dezvoltare a industriei maritime din spaţiul dunărean. Creşterea accelerată a producţiei şantierului, precum şi comenzile în curs de desfăşurare au necesitat adoptarea unor soluţii a căror aplicabilitate în implementare să permită desfăşurarea activităţilor specifice, precum şi extinderea capacităţilor şi productivităţii.

Provocările generate de caracterul atipic al lucrărilor desfăşurate în vederea reconversiei, simultan cu desfăşurarea activităţilor specific pe şantier, precum şi particularităţile amplasamentului şi ale lucrărilor existente au impus necesitatea unei proiectări amănunţite la nivelul fenomenelor ce guvernează interacţiunea teren-structură.

Prin soluţiile implementate şi investiţiile derulate, VARD Fincantieri poziţionează şantierul naval Tulcea în topul locaţiilor de producţie a navelor maritime din spaţiul european şi asigură capacitatea unui şantier modern şi performant în contextul international actual.

Fig. 18 – Transportul macaralei Goliath către şantierul naval

Reconversia santierului naval VARD FINCANTIERI