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2012/13
David Alcaraz García
Javier Martínez Sánchez
Universidad Politécnica de Cartagena
2012/13
Ingeniería Marítima y Costera
Ingeniería Marítima y Costera Índice
I
Tema 1. Teoría de Ondas. El oleaje 1
1. Clasificación del oleaje 1 1.1. En función de su tipo 1 1.2. En función de su periodo 1.3. En función de la fuerza generadora y de la fuerza restauradora 2
2. Teoría de ondas regulares 2 2.1. Introducción y parámetros 2 2.2. Planteamiento teórico 3 2.3. Teoría de ondas lineal 5 2.4. Teoría de ondas no lineal (Stokes) 12 2.5. Otras teorías de ondas no lineales 13
3. Teoría de ondas irregulares 14 3.1. Introducción 14 3.2. Análisis de trenes de ondas 15 3.3. Régimen medio y extremal 18 3.4. Análisis espectral 24
Tema 2. Equipos y Registro de Oleaje 27
1. Equipos y Registros de Oleaje 27 2. Registros instrumentales 27 3. Registros visuales 29 4. Registros a partir de modelados numéricos 30 5. Resumen 30
Tema 3. Métodos simplificados de generación de oleaje 31
1. Generación de oleaje 31 2. Modelo de generación SPM 32
Tema 4. Terminología 35
1. Terminología general 35 1.1. Zonificación de la playa 35 1.2. Tipos de obras marítimas exteriores 36 1.3. Tipos de obras portuarias de exteriores 37 1.4. Tipos de obras portuarias de interiores 38 1.5. Tipos de obras de defensa 40
2. Terminología de buque 42 2.1. Sección 42 2.2. Calados 42 2.3. Tipos 43 2.4. Atraques 45
Ingeniería Marítima y Costera Índice
II
Tema 5. Diques en talud: definiciones y proceso constructivo 47
1. Definiciones 47 2. Elementos 48 3. Proceso constructivo 49
3.1. Fases 49 3.2. Equipos 51 3.3. Materiales 52 3.4. Instrumentos auxiliares 54 3.5. Instrumentación 54 3.6. Estabilidad 54
Tema 6. Diques verticales: definiciones y proceso constructivo 57
1. Definiciones 57 2. Elementos 58 3. Proceso constructivo 60
3.1. Diseño del proceso constructivo 60 3.2. Fases del proceso constructivo 60
3.2.1. Dragado 61 3.2.2. Banqueta de cimentación 61 3.2.3. Enrase de la banqueta 61 3.2.4. Fabricación de cajones de hormigón armado 63 3.2.5. Diques flotantes 64 3.2.6. Transporte de cajones 67 3.2.7. Fondeo de cajones 68 3.2.8. Relleno de los cajones 69 3.2.9. Últimas ejecuciones 69 3.2.10. Resumen 70
Tema 7. Diques: bases de proyecto 71
1. Definiciones 71 2. Condicionantes generales 73
2.1. Espacio y tiempo 73 2.2. Temporalidad y vida 74 2.3. Carácter general y carácter operativo 74
2.3.1. Introducción 74 2.3.2. Definición carácter general 74 2.3.3. Definición carácter operativo 77 2.3.4. Utilidad 77
2.4. Procedimiento de cálculo 78 2.5. Fiabilidad, funcionalidad y operatividad 81
3. Valores recomendados 82
Tema 8. Diques: Modos de fallo 83
1. Dique vertical 83 2. Dique en talud 86
Ingeniería Marítima y Costera Índice
III
Tema 9. Diques
Cálculo: Definiciones. Acciones. Combinaciones 89
1. Definiciones 89 2. Geometría diques 92 3. Criterios para selección de tipología 92 4. Bases de proyecto 94 5. Acciones 95
5.1. Clasificación de las acciones 95 5.2. Criterios para valorar las acciones 95 5.3. Cargas permanentes 96 5.4. Cargas variables 96
5.4.1. Cargas hidráulicas 96 5.4.2. Cargas del terreno 97 5.4.3. Cargas variables del terreno 97 5.4.4. Cargas medioambientales 103 5.4.5. Cargas debidas a la deformación 103 5.4.6. Cargas de construcción 103
5.5. Cargas accidentales 103 6. Condiciones de trabajo y Estados Límite 104
Tema 10. Diques en Talud: cálculo 105
1. Altura de Ola de Diseño 105 2. Parámetros Estructurales de un Dique en Talud 108 3. Diseño del Manto Principal 109 4. Diseño de las Capas de Filtro 113 5. Diseño del Núcleo 115 6. Recomendaciones para el dimensionamiento de la sección 116
Exámenes y Ejercicios 121 Ejercicio. Diques en talud 121
1. Parámetros de diseño 121 2. Definición del carácter general 121 3. Cálculos de parámetros de oleaje 122
Preguntas Obras Marítimas 127
Exámenes 143
Ingeniería Marítima y Costera Índice
IV
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
Página 1
Tema 1. Teoría de Ondas. El oleaje 1. Clasificación del oleaje
1.1. En función de su tipo
1.2. En función de su periodo
1.3. En función de la fuerza generadora y de la fuerza restauradora
2. Teoría de ondas regulares
2.1. Introducción y parámetros
2.2. Planteamiento teórico
2.3. Teoría de ondas lineal
2.4. Teoría de ondas no lineal
2.5. Otras teorías de ondas
3. Teoría de ondas irregulares
3.1. Introducción
3.2. Análisis de trenes de ondas
3.3. Régimen medio y extremal
3.4. Análisis espectral
1. Clasificación del oleaje
1.1. En función de su tipo (sea-swell)
Oleaje Sea (Mar de Viento) Es un oleaje irregular que se produce en la
zona de generación (viento) y causa peraltes
altos.
Oleaje Swell (Mar de fondo) Es un oleaje regular alejado de la zona de
generación, causa peraltes bajos.
1.2. En función de su periodo
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Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
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1.3. En función de la fuerza generadora y de la fuerza restauradora.
2. Teoría de ondas regulares
2.1. Introducción y parámetros
Para describir la realidad utilizamos diferentes modelos, que implican
simplificaciones de la realidad. Hay que verificar en cada caso si las
simplificaciones que realizamos son asumibles, no en todos los casos
podremos aplicar a misma teoría, y en función de lo que se aproximen nuestras
simplificaciones a la realidad el resultado será más o menos acertado.
Ninguno de los modelos de oleaje regular resolverá el problema real de manera
completa y exacta.
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Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
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Parámetros del oleaje regular
Periodo de la onda T (s)
Altura de ola H (m)
Amplitud de ola a (m)
Nivel medio del mar NMM (m)
Distancia al fondo D (m)
Pulsación. 2𝜋𝑇 (Frecuencia angular) ω (1/s)
Número de onda. 2𝜋𝐿 K (1/m)
Celeridad de la onda. 𝐿 𝑇 C (m/s)
Desplazamiento de la superficie η (m)
Peralte de la onda. 𝐻 𝑇 ε (adimensional)
Profunidad relativa. 𝑑 𝐿 (adimensional)
Altura de ola relativa. 𝐻 𝑑 (adimensional)
η (kx+ ωt): Es la función de la forma de la superficie libre
2.2. Planteamiento Teórico
Simplificaciones (Válidas para toda la teoría de ondas)
o Fluido incompresible.
o Fluido irrotacional.
o Fuerza de Coriolis despreciable.
Ecuaciones generales del movimiento
o Conservación de la masa. Ecuación de Laplace
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o Conservación de la cantidad de movimiento. Ec. de Bernoulli
o Conservación de la energía
o
o
o Función potencial de velocidades (f)
𝜕ϕ
𝜕(𝑥, 𝑧, 𝑡)= 𝑈(𝑥, 𝑧, 𝑡)
Condiciones de contorno
o Los movimientos de la superficie libre son tangentes a ella, es
decir, el agua ni entra ni sale del mar.
o En el fondo las velocidades son tangentes a él, lo que implica que
suponemos un fondo impermeable, sin arrastre de sedimentos.
o En la superficie libre la presión es igual a la atmosférica, es decir,
no consideramos oleajes causados por variaciones en la presión
atmosférica.
Resolución del problema
o Este problema puede resolverse en función del potencial de
velocidades (f) ó del campo de velocidades (u) o El problema planteado es no lineal
o Desconocemos la superficie del mar a priori
o Existen discontinuidades no descritas (rotura, generación…)
Soluciones del problema
o Ondas de pequeña amplitud. (Airy, Stokes…)
o Onda Larga o profundidades reducidas. (Cnoidal, Solitaria…)
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2.3. Teoría de ondas regulares. Solución Airy
Simplificaciones en esta solución
o Oleaje bidimensional.
o Pequeña amplitud de onda.
o Oleaje con forma sinusoidal.
La solución de las ecuaciones puede realizarse mediante un desarrollo de
Fourier; en este caso solamente utilizaremos el primer término del desarrollo al
tratarse de ondas de pequeña amplitud.
Resultados de esta solución:
o Celeridad.
o Longitud de onda.
o Formulación aproximada de la longitud de onda
Simplificaciones en aguas someras, de transición y profundas: Oleaje
bidimensional
La solución que hemos planteado anteriormente se simplifica más en el caso
de encontrarnos en aguas profundas o en aguas someras.
Por otra parte se asume que el fondo es horizontal, en todos los casos, aunque
puede demostrarse que la solución es válida hasta pendientes del 10%
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Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
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Resultados en aguas profundas
o Celeridad en aguas profundas (C0)
o Longitud de onda en aguas profundas (L0)
Podemos ver que la solución no depende de la profundidad.
o Superposición de ondas en aguas profundas:
Al tener cada onda una celeridad diferente, en función de su periodo, la
superficie que resulta de la suma de dos ondas viajando en una
dirección es totalmente irregular y cambiante.
o Celeridad en aguas someras
En este caso la solución depende, evidentemente, de la profundidad y
es independiente del periodo.
o Finalmente la longitud de onda en aguas someras L.
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Otras ecuaciones útiles:
Potencial de velocidades
En las soluciones de los potenciales de velocidad tendremos siempre 3
factores (Dimensión-Profundidad-Fase)
Y la forma de la superficie del agua:
Velocidades
Derivando parcialmente respecto de las variables de posición (x, z) la función
potencial obtenemos las velocidades de las partículas en cada punto:
Trayectorias
Si integramos respecto del tiempo cada una de las componentes de la
velocidad obtendremos la posición de cada una de las partículas:
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Analizando las formas de las trayectorias podemos comprobar que las
trayectorias describen elipses, por lo tanto son órbitas cerradas, sin transporte
de masa
Los semiejes de las elipses son:
Ejemplo 1
Onda con T= 10s. Se propaga por un fondo con pendiente inferior al 10%
Obtener C y L, para profundidades de 200 y 3 metros:
Resolver en primer lugar el problema para aguas profundas y después buscar
la solución para aguas someras.
Aguas profundas (d/L > 1/2):
Aguas transición (d/L < 1/2):
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Ejemplo 2:
a. Obtener el máximo desplazamiento vertical y horizontal para z=0 y z=-d
b. Obtener el máximo desplazamiento vertical para z=-7’5 m en aguas
profundas.
c. Obtener el máximo desplazamiento vertical para z=-Lo/2 en aguas
profundas
Datos: T= 10 s; d=12 m y H = 3m (para el primer supuesto) H0 = 3’13 m
a. Para z=0 los desplazamientos máximos serán los ejes de la elipse:
o Con z = 0
o Con z= -d
b. Obtener el máximo desplazamiento vertical para z=-7’5 m en aguas
profundas.
c. Obtener el máximo desplazamiento vertical para z=-Lo/2 en aguas
profundas
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Presiones:
Campo de presiones, en función del potencial de velocidades:
Derivando el potencial de velocidades obtenemos:
Onda estacionaria:
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2.4. Teoría No lineal. Stokes
Basadas en la resolución de las ecuaciones por el método de las
perturbaciones:
En función de que usemos uno o más términos de la solución tendremos
soluciones de diferente orden Stokes I, II, III…
Características
La solución de primer orden coincide con la solución de Airy.
Las soluciones de mayor orden añaden componentes armónicos
(múltiplos de w y k)
Esto nos lleva a soluciones con las crestas más apuntadas y los valles
más planos.
A partir de las soluciones de quinto orden surge un pico en la parte
central del valle.
Existe transporte neto de masa:
2.5. Otras teorías de ondas no lineales
Onda Cnoidal
o Se comporta mejor que Stokes en profundidades reducidas
o La solución está basada en soluciones de perturbación pero con
funciones elípticas.
o Las características pueden obtenerse mediante gráficos
(Wiegel,1960)
Onda Solitaria
o Es una solución límite de la onda Cnoidal para periodos largos.
o No representa una onda sino una forma armónica de
desplazamiento.
o Representa bien fenómenos ondulatorios de periodo largo,
Tsunamis…
Onda Trocoidal
o Esta solución no ha tenido éxito fuera de España.
o Su aspecto es similar a la solución de Stokes II.
o Existe una rotacionalidad de las partículas.
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Comparación de formas:
Validez de las teorías
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3. Teoría de Ondas irregulares
3.1. Introducción
Oleaje real.
El oleaje real es un fenómeno complejo (las teorías determinísticas no son
válidas), la superficie del mar se compone de una suma de ondas (H,T,θ) por lo
que ahora describiremos la superficie en términos estadísticos (Hs;Tp; θ p)
Mientras que el oleaje SWELL (Fondo) puede acercarse al monocromático el
oleaje SEA (Viento) es básicamente irregular.
El estado del mar es cada situación (t,x,y) en la que puede separarse la
evolución del oleaje, resulta de la combinación de uno o varios oleajes ―swell‖ y
―sea‖.
¿Para qué sirve entonces la solución con ondas regulares?
Para el cálculo de la cinemática (velocidades) y dinámica (fuerzas) asociadas
con una ola definida estadísticamente mediante:
Altura Significante
Periodo de Pico
Dirección.
El estudio de olas individuales de un evento de oleaje, que nos permite conocer
las fuerzas, presiones, aceleraciones…
Hay que tener en cuenta que de la misma manera que los parámetros del
oleaje se representan por valores estadísticos los parámetros cinemáticos y
dinámicos del oleaje también.
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3.2. Análisis de trenes de ondas
Para el análisis necesitamos un registro en un punto (H, T) y, a partir de ahí,
obtenemos una serie histórica de apariencia aleatoria.
Hay varios criterios para independizar olas en el registro:
Paso por cero creciente o decreciente:
Con los parámetros de esas olas individuales podemos calcular las
características estadísticas del registro.
Parámetros del oleaje:
Tratamos de obtener parámetros estadísticos a partir de las series temporales
analizadas, para ello buscamos parámetros consistentes que nos indiquen
cuales serán las acciones máximas sobre nuestras infraestructuras.
Hay una ingente cantidad de datos de campo que han permitido generar una
relación Teórica-Empírica del comportamiento de los parámetros a partir de
registros individuales.
Los dos parámetros principales utilizados para definir estadísticamente el
oleaje son H y T.
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Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
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Los estadísticos principales para la definición de estos parámetros son:
Hs: Altura Significante (H1/3) aprox: Altura observador visual.
Es el parámetro más relevante y es definido desde un punto de vista
empírico. Lo que se trataba de hacer era acomodar un parámetro que se
relacionase con la altura de ola que era registrado por marinos expertos a
bordo de los buques.
No nos dice nada sobre dirección o período del oleaje.
Tm: Periodo medio.
Hm: Altura media de ola.
Hmax: Altura máxima de ola.
Hrms: Altura media cuadrática.
Estados de mar, parámetros aleatorios:
Estado de mar: Cada una de las situaciones espacio temporales en las
que puede suponerse el oleaje real estable, en términos energéticos y
estadísticos. Normalmente los estados de mar son de una hora de
duración, aunque pueden ser menores; generalmente se suele hablar
indistintamente de estados de mar y parámetros de estado de mar para
referirse a los distintos parámetros calculados durante un estado de mar
(por ejemplo la altura de ola significante)
Análisis a corto plazo: Descripción de un estado de mar (al minuto,
Rayleigh)
Análisis a largo plazo. Análisis más espaciados (máximos horarios,
diarios…(Gumbel))
Distribución de probabilidad para un estado de mar
Los estados de mar son variables aleatorias y éstas variables deben seguir
distribuciones estadísticas. En 1952 Longuet-Higgins halló las distribuciones de
los estados de mar.
Probabilidad de no superación de un parámetro:
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Las dos distribuciones más utilizadas para describir un estado de mar:
Distribución de Gauss (Distribución de la forma de la superficie)
Distribución Rayleigh (Distribución de la altura de ola)
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Distribución de alturas de ola (Asumiendo Banda Estrecha):
Si 𝐻∗ es la altura que marca el tercio superior del registro
Aplicando las propiedades de las funciones estadísticas:
La altura máxima más probable para un registro de N olas
3.3. Régimen medio y extremal
Análisis a largo plazo: Histograma de largo plazo:
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3.3.1. Régimen extremal
Un régimen extremal de oleaje, es precisamente, un modelo estadístico que
describe la probabilidad con la que se puede presentar un temporal de una
cierta altura de riesgo.
El régimen extremal se describe, habitualmente, mediante una distribución
teórica que ajusta dicha zona extrema del histograma
La probabilidad de que el mayor temporal ocurrido en un año tenga una Altura
Significante superior un cierto valor Ha preestablecido esta dado por la
expresión:
Donde λ es el número medio de temporales ocurridos en un año, y Fw es la
distribución Weibull de excedencias cuya expresión es
Los valores de los parámetros λ, α, β y γ se ajustan en función de los valores
del registro.
Método POT selección de temporales:
Periodo de retorno:
El número de años que en promedio transcurren entre temporales que superan
un cierto valor de Altura Significante Hr, se denomina Periodo de Retorno Tr
asociado a la Altura de Retorno Hr.
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Para valores de Tr superiores a 10 años:
El Periodo de Retorno es un modo intuitivo de evaluar como de ―raro‖ o poco
frecuente es un suceso. No obstante, es muy importante recordar que Tr es un
tiempo promedio. De hecho, de modo general, la probabilidad de que la Altura
de Retorno Hr asociada al Periodo de Retorno Tr se supere antes de Tr años
tiende al valor 0.64
Vida Útil y Probabilidad de Excedencia de la Altura de Diseño:
Para garantizar un cierto nivel de seguridad en una obra expuesta a la acción
del oleaje es necesario proyectarla de modo que esté acotada la probabilidad
de que, durante un tiempo predeterminado, pueda fallar por excedencia de la
Altura de Diseño
Altura de Diseño: Al proyectar una obra se dimensiona de modo que sea
capaz de soportar la acción de temporales con altura menor o igual a la
Altura de Diseño.
Vida Útil: La Vida Útil de un proyecto es el periodo de tiempo durante el
cual es necesario garantizar la permanencia en servicio de una
instalación. En el caso de una obra en ejecución la vida útil es el tiempo
esperado para el desarrollo de la obra.
Probabilidad de Excedencia: La Probabilidad de Excedencia es la
probabilidad de que al menos un temporal supere la Altura de Diseño
dentro del tiempo de Vida Útil.
La Probabilidad de Excedencia PL de la Altura de Diseño Hd en una Vida Útil de
L años viene dada por la relación:
El Periodo de Retorno Tr asociado a la altura de diseño Hd está ligado la
Probabilidad de Excedencia en una Vida Útil de L años a través de la siguiente
relación.
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3.3.2. Revisión del clima marítimo
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Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
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3.3.3. Régimen medio
Se puede definir como régimen medio de una serie temporal al conjunto de
estados de oleaje que más probablemente nos podemos encontrar.
El régimen medio se describe, habitualmente, mediante una distribución teórica
que ajusta dicha zona media o central del histograma
Puede expresarse su distribución como una Weibull del tipo:
El parámetro α es conocido como parámetro de centrado y su valor a de ser
menor que el menor de los valores justados; β es el parámetro de escala y ha
de ser mayor que 0; y, finalmente, γ es el parámetro de forma y suele moverse
entre 0.5 y 3.5
Factores de la distribución weibull:
El régimen medio está directamente relacionado con lo que se denominan
condiciones medias de operatividad. Es decir, caracteriza el comportamiento
probabilístico del régimen de viento u oleaje en el que por término medio se va
desenvolver una determinada actividad influida por uno de estos agentes.
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Histogramas T y H:
Rosas de oleaje Distribución media
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Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
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3.4. Análisis espectral
Está basado en la transformada de Fourier de la superficie del mar. Es la
manera matemática más aproximada para la resolución del problema.
Aunque es excesivamente complejo hay simplificaciones de este método que
son muy útiles.
Pasamos del dominio del tiempo al de la frecuencia
En el dominio del tiempo describimos la superficie del mar como una suma
infinita de ondas monocromáticas temporales.
En el dominio de la frecuencia el espectro de desplazamiento de la superficie
libre representa la energía del oleaje promediada en cada estado de mar para
cada frecuencia.
Parámetros espectrales del oleaje
Los parámetros espectrales se definen a partir de los momentos de la
distribución de densidad espectral.
Donde, S(ω) es la función de densidad espectral , ω la frecuencia y r el número
de orden del momento.
El momento de orden 0 corresponde con la superficie bajo la función de
densidad espectral y coincide con la varianza de la superficie libre, proporcional
a la energía por unidad de superficie en cada estado de mar.
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Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje
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Altura de ola de momento de orden 0. Si el espectro es de banda
estrecha Hs=Hm0
Periodo de pico. El asociado a la frecuencia de pico, la que corresponde
al máximo del espectro.
Anchura espectral de Longuet Higgins. Mide la concentración de energía
alrededor de la frecuencia media.
Espectros bidimensionales
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Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje
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Ingeniería Marítima y Costera
Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje
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Tema 2. Equipos y Registro de Oleaje 1. Equipos y Registros de Oleaje
2. Registros instrumentales
3. Registros visuales
4. Registros a partir de modelados numéricos
5. Resumen
1. Equipos y registros de oleaje
2. Registros instrumentales
2.1. Boyas con acelerómetros
Las boyas están fijas al fondo
El acelerómetro mide solo altura de ola (sin
dirección)
Para medir dirección se usan inclinómetros y
brújula.
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Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje
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Red de boyas en España
2.2. Sensores electrónicos dipolares.
Se encuentran en estructuras fijas.
La medición se obtiene con la variación
resistencia, como esta es escalar son
necesarios 3 para medir direcciones.
2.3. Otros registros instrumentales “in situ”
Sónar. Reflexión de ondas en superficie (Magnitud
escalar)
Correntímetros Doppler. Efecto Doppler (Miden
movimiento del agua, dirección y magnitud)
Sensores de presión. Presión dinámica producida
por el oleaje (Teoría Lineal) (Magnitud Escalar)
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje
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2.4. Otros registros instrumentales “remotos”
Estereofotogafía.
o Fotografías simultáneas de alta resolución
Radar
o Radar HF (Posición Espacial)
o Banda X (Posición Espacial)
o Mareógrafo (Escalar)
Satélite
o Radar Microondas
3. Registros visuales Los registros visuales se realizan desde buques comerciales por observadores
entrenados, en plataformas off-shore y en buques meteorológicos.
La recopilación de datos se realiza en un formato fijo (NWSOH nº1 (Año
2004)) y son recopilados por organismos internacionales (WMO). Una de las
bases de datos más completas es http://icoads.noaa.gov/ en la que hay
información sobre oleaje Sea, Swell, Periodos de Pico, Alturas de Ola… (hay
que tratarlos con cautela)
La problemática de este tipo de
registro radica en que dependen de la
pericia del observador y los buques
evitan los grandes temporales por lo
que solo hay datos de las rutas
comerciales.
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje
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4. Registros modelos numéricos Provienen de modelos de simulación numéricos que calculan el espectro
direccional del oleaje a partir de condiciones meteorológicas conocidas.
Pueden cubrir huecos de fuertes tempestades.
Los datos no son reales, son solo una simulación.
Los modelos de simulación de tercera generación (p.ej. WAN) dan resultados
aceptables, el modelo de simulación de Puertos del Estado HIPOCAS – SIMAR
44.
5. Resumen registros oleaje
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje
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Tema 3. Métodos simplificados de generación de oleaje 1. Generación de oleaje
2. Modelo de generación SPM
1. Generación de oleaje
1.1. Parámetros relevantes para la formación del oleaje
El oleaje se genera por vientos atmosféricos con una velocidad mayor de 1 m/s
(Vcrítica) en las proximidades de la superficie del mar.
Bajo la acción del viento el oleaje crece en función de:
Velocidad del viento.
Tiempo de actuación del viento.
Dimensiones del área de generación (Fetch)
Con estos métodos de generación podemos caracterizar el oleaje en zonas (o
periodos temporales) en los que no existe información del mismo y también
podemos estimar el oleaje en zonas confinadas con vientos locales (p. ej.
presas)
Existen diferentes medios para el cálculo del oleaje generado:
Métodos numéricos
o Tienen un elevado coste económico.
o Requieren de calibración mediante información instrumental
fiable.
o Efectúan previsión de vientos SEA SWELL y sus combinaciones.
Métodos simplificados paramétricos
o Utilizados cuando no se dispone del tiempo (o dinero) suficientes.
o La magnitud o incidencia del proyecto son pequeños.
o Estiman oleajes de viento (SEA).
o No tiene en cuenta la posibilidad de un oleaje SWELL con otro
origen propagándose en el área de generación.
o Los resultados son más fiables para geometrías simples, vientos
altos y fetch corto. (Modelo SPM)
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje
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Dos tipos de estudios se resuelven con los modelos:
Forecasting (Oleajes futuros. Avisos a navegantes)
o Se calculan Estados de Mar futuros en base a datos de vientos
presentes. Hindcasting (Oleajes pasados)
o Se estiman Estados de Mar pasados en base a datos disponibles
de vientos.
o Pueden contrastarse con datos medidos.
o Nos permite valorar oleajes no medidos.
o Nos permite una caracterización del oleaje a largo plazo.
2. Modelo de generación SPM Los datos de partida necesarios para el modelo son:
Fetch geográfico (de un punto): Máxima distancia/superficie entre dos
puntos por mar abierto en grandes profundidades donde puede actuar
un viento homogéneo y estacionario que puede generar oleaje sobre ese
punto.
Fetch meteorológico: Zona donde efectivamente sopla el viento en una
dirección.
Características del viento generador.
Existe un tiempo mínimo en el que debe soplar el viento para que la
altura de ola y el periodo alcancen una situación de equilibrio.
Existe un tiempo a partir el oleaje está totalmente desarrollado para cada
longitud del Fetch a partir del cual las características del oleaje no
varían: ―Oleaje de viento totalmente desarrollado‖.
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje
Página 33
Pueden estimarse los valores a partir de un ábaco.
Para aguas profundas (>90 m)
Para aguas poco profundas diferentes ábacos (=1’5 m)
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje
Página 34
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
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Tema 4. Terminología 1. Terminología general
1.1. Zonificación de la playa
1.2. Tipos de obras marítimas exteriores
1.3. Tipos de obras portuarias de exteriores
1.4. Tipos de obras portuarias de interiores
1.5. Tipos de obras de defensa
2. Terminología de buque
2.1. Sección
2.2. Calados
2.3. Tipos
2.4. Atraques
1. Terminología portuaria
1.1. Zonificación de la playa
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
Página 36
1.2. Tipos de obras marítimas exteriores
Puertos
Lugar en la costa o en las orillas de un río
que por sus características, naturales o
artificiales, sirve para que las
embarcaciones realicen operaciones de
carga y descarga, embarque y
desembarco, etc.
Emisarios
Un emisario submarino es una conducción
para realizar vertidos de origen urbano o
industrial en el mar a cierta distancia de la
costa. El principal objetivo de los emisarios
submarinos es minimizar el impacto que
puede tener el vertido de aguas residuales
al mar.
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
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Off-Shore
Estructuras exteriores fuera de la zona de
la costa.
Defensa de la costa
Las obras de defensa costera son un
elemento que se usa para alterar la
dinámica litoral protegiendo zonas de los
efectos del mar y/o generando
aporte/retirada de sedimentos.
1.3. Tipos de obras portuarias exteriores
Pantalán
Muelle o embarcadero que avanza algo en el mar.
Dique vertical
Obras de paramento vertical destinadas a proteger una actividad portuaria
asegurando un máximo de agitación en su trasdós.
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
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Dique en talud
Son estructuras artificiales creadas mediante superposición de capas de
elementos de diferentes granulometrías y materiales encaminada a reducir la
cantidad de energía proveniente del oleaje que entra en un lugar que se quiere
abrigar.
1.4. Tipos de obras portuarias interiores
Dársenas
En aguas navegables, parte resguardada
artificialmente para la cómoda carga y descarga
de embarcaciones.
Obras de atraque
Muelles
Se define como una obra de atraque que tiene zona de transferencia de
mercancías en toda su longitud y además una explanada adyacente a dicha
zona donde se realiza el almacenamiento provisional de la mercancía hasta
que ésta es definitivamente cargada a los medios de transporte terrestres.
Muelle de cajones
Estos muelles están constituidos por un muro formado por cajones, apoyado
sobre una banqueta, con peso suficiente para soportar los empujes de los
rellenos que actúan sobre su trasdós.
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Tema 4: Terminología
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Muelle de bloques
Tipología constructiva de muelle en la
que se consigue el calado necesario
para la operación de los buques
mediante bloques de hormigón,
apoyados sobre una banqueta
Muelle de pilotes
Tipología constructiva de muelle en la
que se consigue el calado necesario
para la operación de los buques
mediante estructuras formadas por
una plataforma sustentada por pilotes
que trasmiten los esfuerzos al
terreno.
Muelle de pantalla
Este tipo de muelles son estructuras
formadas por una pantalla que
transmite las cargas al terreno natural
mediante su empotramiento en el
mismo, y a su trasdós mediante un
sistema de anclaje.
Duques de Alba
Tipología constructiva de muelle en la
que se consigue el calado necesario
para la operación de los buques
estructuras aisladas que sirven para
dar apoyo lateral y amarre a los
buques. La construcción de los duques
de Alba suele hacerse con base de
pilotes con una losa en cabeza.
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
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Boyas de atraque exterior
1.5. Tipos de obras de defensa
Muros de protección(Seawalls) Revestimientos
Jetties Diques flotantes
Barreras de tormentas Diques sumergidos:
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Tema 4: Terminología
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Diques exentos
Acción sobre el oleaje
Esquemas
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
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2. Terminología Buque
2.1. Sección y movimientos del buque
2.2. Calado buque
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
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2.3. Tipos de buque
Petroleros (Tankers)
ULCC (Ultra Large Crude Carrier), con una capacidad de más de
500.000 toneladas
VLCC (Very Large Crude Carrier), con una capacidad de más de
300.000 toneladas
Suezmax, que indica navíos que pueden transitar por el Canal de Suez,
con una capacidad de entre 125.000 y 200.000 toneladas
Aframax, derivada de la Average Freight Rate Assessment, con una
capacidad de entre 80.000 y 125.000 toneladas
Panamax, que indica navíos que pueden transitar por el Canal de
Panamá, con una capacidad de entre 50.000 y 79.000 toneladas.
Mineraleros (Ore carriers)
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Tema 4: Terminología
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Gaseros (LNG) (LPG)
Portacontenedores (Containers)
Ro-Ro
RO-RO es un acrónimo del término inglés Roll On-
Roll Off, con el cual se denomina a todo tipo de
buque, o barco, que transporta cargamento rodado,
tanto automóviles como camiones.
Graneleros (Bulk - carriers) Frigroríficos (reefer)
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 4: Terminología
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2.4. Atraques
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
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Ingeniería Marítima y Costera
Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
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Tema 5. Diques en talud Definiciones y Proceso constructivo
1. Definiciones
2. Elementos
3. Proceso constructivo
3.1. Fases
3.2. Equipos
3.3. Materiales
3.4. Instrumentos auxiliares
3.5. Instrumentación
3.6. Estabilidad
1. Definiciones
Dique de abrigo
Los diques son estructuras artificiales que se construyen en el mar para
proporcionar abrigo a una zona determinada, como hemos visto existen
diferentes tipologías de dique de abrigo, aunque las dos principales, por su
profusión, son:
Dique vertical o reflejante, ya que reflejan la mayoría de la energía del oleaje.
Dique en talud o rompeolas. Que disipan la mayor parte de la energía,
provocando la rotura del oleaje.
Ventajas de cada tipología
Dique en talud
Ofrece al oleaje un paramento rugoso de materiales sueltos en talud que
provoca la rotura del oleaje
La ejecución de los diques es más sencilla.
Son especialmente apropiados para emplazamientos de poca
profundidad.
Pueden resistir oleajes intensos, debido a la disipación de energía que
se produce en el oleaje
Pueden ejecutarse en fondos marinos heterogéneos y de mala calidad.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
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Dique vertical
Reducción del volumen de materiales utilizados en la construcción
Reducción de los problemas ambientales relacionados con el proceso
constructivo.
Son especialmente apropiados para emplazamientos con mucha
profundidad, oleaje poco intenso
Necesitan un fondo marino homogéneo con buena capacidad portante
2. Elementos de un dique en talud
Núcleo: Parte central del dique que soporta los mantos de escollera y posibilita
su ejecución. Tiene que tolerar deformaciones y su permeabilidad será
compatible con las condiciones hidrodinámicas contempladas en el Proyecto.
Capa de filtro: Parte intermedia de los diques en talud colocada sobre la parte
exterior del núcleo. Habitualmente, está constituida por una o varias capas de
escollera de tamaño creciente desde el núcleo hacia el exterior. La gradación
de tamaños evita el paso de las partículas del núcleo hacia el exterior.
Manto principal: Va colocado sobre la capa externa del filtro. Está constituido
por los elementos -escolleras naturales o artificiales- de mayor tamaño y su
finalidad principal es resistir la acción del oleaje que actúa sobre él.
Banqueta: sirve de apoyo inferior al manto principal.
Espaldón: generalmente sobre la coronación del dique se dispone una
estructura de hormigón con objeto de eliminar o reducir los rebases.
Losa de hormigón: sirve como camino de rodadura y para proteger al núcleo
frente a posibles rebases.
Manto interior: protege el talud interior del dique frente a la agitación y posibles
rebases.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
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3. Proceso constructivo
3.1. Fases
Diseño del proyecto constructivo
Un buen proyecto no solamente debe considerar los aspectos de diseño final
de la estructura, sino también la técnica, los procesos y fases constructivas, el control de las obras y el seguimiento de la obra después de
construida.
La construcción de una obra implica:
Obtener materiales adecuados
Colocarlos de forma correcta
Emplear equipos adecuados y protegerlos en los lugares expuestos al
oleaje
Trabajar de acuerdo con un plan preparado de antemano
Definir planes de trabajo y de contingencias asociadas a la construcción,
reparación y seguimiento de la obra
Problemas en la planificación de la construcción
Las condiciones ambientales durante la construcción
Los materiales de las canteras accesibles desde el emplazamiento de la
obra.
El trabajo con grandes volúmenes de hormigón
Los equipos que pueden ser utilizados
Los métodos constructivos
Fases de ejecución del dique
a) Dragado, cuando esté previsto, el terreno no apto
b) Se coloca el material que constituye el dique hasta llegar a una cota de
coronación predeterminada, transmitiendo al suelo unas cargas
admisibles para éste.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
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c) Se espera el tiempo necesario para que el suelo se consolide y aumente
su capacidad portante por efecto de la carga que soporta.
d) Se coloca el resto del material por vía marítima. La colocación se debe
iniciar, necesariamente, por el núcleo.
e) Es conveniente extender el núcleo en tongadas cuyos espesores no
sean superiores a 5 m y proteger los taludes con los distintos mantos a
la mayor brevedad posible.
f) La colocación de los mantos de protección del núcleo de hacerse lo
antes posible
g) Acabado del relleno mediante medios terrestres
Los camiones descargan el material del núcleo en la zona inmediata al frente
de avance.
Con un tractor o pala cargadora, se empuja el material que habitualmente
queda colocado con un talud entre 1,1:1 y 1,3:1.
Con una retroexcavadora se rectifican los taludes hasta conseguir, dentro del
alcance de la máquina, los taludes del Proyecto.
A continuación, las partes del talud
que no han podido ser rectificadas
con la retroexcavadora se completan
colocando el material con una
bandeja accionada por una grúa o
vertiéndolo desde un gánguil.
Tras comprobar la correcta
colocación del núcleo se actúa de
forma análoga con las siguientes
capas del manto.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
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Superestructura (Losa y espaldón):
Hay que tener en cuenta:
El clima marítimo, puesto que la
acción combinada de las mareas y el
oleaje afecta a las fases constructivas.
El ancho de la plataforma, ya que en
ocasiones la construcción de losas y
espaldones hay que compatibilizarla
con el paso de los camiones que
transportan el material al frente de
avance.
Los asientos del dique, dado que cuando los terrenos sobre los que se
construyen los diques experimentan asientos significativos se debe tener
en cuenta esta circunstancia e iniciar la construcción de losas y
espaldones cuando los asientos remanentes sean admisibles
3.2. Equipos
Gánguiles con apertura de fondo
Las capacidades varían entre los
300/400 m3 y más de 1.000m3 para los
mayores.
La amplitud de la apertura oscila entre
1,5/2,0 hasta 3/4 m.
La velocidad que alcanzan se sitúa
entre 2 y 4 m/s a plena carga y entre
2,5 y 6 m/s en lastre.
El calado a plena carga oscila entre
3,5 m y 4,5 m.
Los gánguiles no admiten el impacto de escolleras de más de 5 kN.
Gánguiles con vertido lateral
Tienen la cubierta sectorizada, por lo
que pueden cargar materiales con
distintas granulometrías y verterlos en
distinto lugar.
Se cargan con el auxilio de palas o
grúas.
Tienen gran precisión en la colocación.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
Página 52
Pontonas con grúa sobre cubierta
Se utilizan para transportar y colocar los
materiales de los mantos y, en
particular, los grandes bloques que por
su tamaño no admiten los gánguiles así
como aquellos elementos que deben
ubicarse con mucha precisión.
Pueden ser autopropulsadas o
remolcadas
Criterios para la selección de equipos
Los rendimientos que se pretendan obtener.
El tipo/s de material/es con los que se va a trabajar
La previsión temporal del trabajo por número de días en cada mes y de
horas de cada día.
Las distancias a recorrer.
Las condiciones de clima marítimo en las que se prevea trabajar
3.3. Materiales
En la construcción de diques se llegan a demandar cantidades muy
importantes de materiales. Esto exige, de cara a la planificación de la obra,
realizar una previsión de las necesidades de suministro diarias de cada uno de
los tipos de material que se vaya a demandar como, por ejemplo, todo-uno,
escolleras naturales o artificiales, hormigones para espaldones, etc.
Para ello hay que tener en cuenta los siguientes aspectos:
La disponibilidad de cantera. (Imprescindible para construir el dique)
La explotación de la(s) cantera(s).
El transporte a la obra o al lugar de acopio.
Los acopios en cantera(s), en obra o intermedios.
Los medios de carga, transporte y colocación en obra, tanto terrestres
como marítimos.
Planificación del control de calidad de los materiales.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
Página 53
Materiales de cantera
Los diques necesitan grandes
volúmenes de piedra de tamaño y
calidad adecuados. Si en la zona no
hay proporciones de materiales de
tamaños y calidades adecuadas, se
desperdicia material, se necesitan
elementos de hormigón y se abre la
posibilidad de utilizar canteras
lejanas de transporte más caro.
Las condiciones de fisuración de la roca en cantera condicionan los tamaños y
los ensayos de durabilidad
Es necesario revisar la cadena logística completa de los materiales de cantera,
prestando especial atención a los acopios.
La roca deberá ser conocida y accesible económicamente y deberá asegurarse
su durabilidad (ensayos). Deben especificarse características y tolerancias,
especialmente en lo relativo a la densidad (si ρr pasa 2.7 a 2.5 Tn/m3 W puede
pasar de 8 Tn a 11.5 Tn).
Pequeños cambios de densidad provocan cambios de peso en todas las capas,
por consiguiente es preferible infraestimar. Deberá especificarse el coeficiente
de forma (1:2, 1:3, min/max dimensiones), absorción de agua, condiciones del
núcleo, etc.
El núcleo debe gradarse correctamente, evitando finos y elementos frágiles.
Debe gradarse de la parte central a la periferia (10 Kgs a 2Tn). El manto debe
tener un espesor de dos capas y tolerancia del 25% en peso y los filtros del
25% al 30%.
Hormigón
Los grandes diques precisan elaborar centenares de miles o millones de m3 de
hormigón a pié de obra que son necesarios en el manto, espaldón, pantalanes,
muelles y otros. En general serán necesarios centenares de Tn/día de
cemento.
Es importante considerar la durabilidad del hormigón final y el uso de
cementos adecuados al ambiente marino.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
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3.4. Instalaciones Auxiliares
Muelles auxiliares. En ellos atracan para su carga gánguiles, pontonas y
embarcaciones auxiliares.
Áreas para la instalación de parques de fabricación de escolleras
artificiales.
Superficies para acopio de todo-uno, escolleras naturales y artificiales.
Caminos de acceso a los acopios, a los muelles auxiliares y al dique.
Balizamiento de la zona de trabajo. Terrestre y Marítimo. Instalación de
boyas para medir el oleaje y/o correntímetros.
Instalación de barreras para evitar la contaminación
Construcción de cargaderos para gánguiles
3.5. Instrumentación
Referenciar geométricamente puntos en la losa y en el espaldón con el
siguiente criterio:
Una referencia al menos cada 100 m de espaldón y de losa.
En los cambios de sección y/o orientación.
Referenciar geométricamente puntos en las escolleras artificiales con el
siguiente criterio:
Una referencia al menos cada 100 m de dique.
Una referencia en los cambios de sección y/o orientación
Una filmación y un reportaje fotográfico del dique, tanto de la parte emergida
como de la sumergida
3.6. Estabilidad
Los diques deben ser estructuralmente estables en todas las fases de
construcción. A tal fin, los procesos constructivos se diseñarán de forma que:
Las cargas sobre el terreno sean compatibles con la capacidad portante del
suelo.
El nivel de daños producidos por el oleaje sea admisible.
Los taludes y la altura del frente de vertido de material en las distintas fases del
avance aseguren la estabilidad al deslizamiento.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
Página 55
Las cargas sobre el terreno
En ocasiones los suelos sobre los que se construyen los diques no tienen la
capacidad portante suficiente para las cargas que el dique transmite. Para
solventar este problema se puede(n) emplear alguna(s) de las siguientes
alternativas:
Eliminación de las capas superficiales de suelos inadecuados: Se
dragará el material hasta alcanzar las cotas y/o estratos previstos en el
Proyecto. Antes de colocar el material del dique se verificará que el
fondo donde se apoya no haya tenido aterramientos.
Tratamientos de mejora de suelos.
o Sustitución del terreno.
o Precarga.
o Vibración profunda y columnas
de grava.
o Compactación dinámica.
o Instalación de drenes.
o Inclusiones rígidas.
o Inyecciones y otros tipos de
mejora
Prevención de daños producidos por el oleaje
durante la construcción
Durante la construcción de un dique en talud
hay zonas en las que el núcleo está sin
proteger por la capa de filtro, y otras en las que
no se ha colocado todavía el manto principal
sobre la capa de filtro.
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Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo
Página 56
Acciones a llevar a cabo.
La anchura y la cota de la coronación de la plataforma de avance deben
ser adecuadas al clima marítimo previsto para el período durante el que
se va a construir y a los medios que se van a emplear.
Estimar, para cada capa, la Hs que produce daños no admisibles.
Determinar la Hs incidente sobre las distintas zonas del dique en
construcción en función del avance del dique, por cuanto éste afecta a la
propagación del oleaje.
Relacionar las alturas de ola incidente con las alturas de ola en el punto
de registro.
Obtener los períodos de excedencia de aquellas alturas de ola que
producen daños no admisibles a los distintos mantos, de forma que se
pueda planificar la construcción del dique determinando los desfases en
la colocación de los mantos.
Prever las alturas de ola incidente en las zonas sensibles del dique en
construcción. Sistema de Predicción de Puertos del Estado (a 72 horas).
Prever y mantener acopios de escolleras de distintos tamaños para
poder los diques ante la previsión de los temporales.
La combinación de altura de ola, nivel del mar y cota de coronación del
dique puede producir rebases Hay que disponer sistemas de alarma y
protocolos de seguridad muy estrictos en la construcción de los diques.
Construir morros de invernada.
Prever protecciones suficientes en el lado de sotamar del dique.
Taludes y alturas del frente de vertido
Los taludes, que de forma natural, adquieren los materiales con los que se
construyen los diques, en ausencia de mareas y oleaje, son:
Todo-uno entre 1,1:1 y 1,3:1
Escolleras entre 1:1 y 1,25:1
Con los taludes naturales la estabilidad de los diques es precaria, y tanto
más precaria cuanto mayor sea la altura del frente de vertido, por lo que ésta
última se debe limitar
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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Tema 6. Diques verticales Definiciones y Proceso constructivo
1. Definiciones
1.1. Ventajas de los diques verticales
1.2. Limitaciones de los diques verticales
2. Elementos
3. Proceso constructivo
3.1. Diseño del proceso constructivo
3.2. Fases del proceso constructivo
3.2.1. Dragado
3.2.2. Banqueta de cimentación
3.2.3. Enrase de la banqueta
3.2.4. Fabricación de cajones de hormigón armado
3.2.5. Diques flotantes
3.2.6. Transporte de cajones
3.2.7. Fondeo de cajones
3.2.8. Relleno de los cajones
3.2.9. Últimas ejecuciones
3.2.10. Resumen
1. Definiciones
1.1. Ventajas de los diques verticales
La reducción importante de la cantidad de material procedente de
cantera, lo que permite: Minimizar los impactos ambientales.
Disminuir la afección al entorno, esto es, en las instalaciones portuarias,
a la población, en la red viaria, etc.
Ahorro de costes.
La rapidez en la construcción.
El buen comportamiento ante el oleaje en las fases constructivas.
El permitir el atraque en el lado interior.
El que puedan ser desmantelados más fácilmente que los diques en
talud.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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1.2. Limitaciones de los diques verticales
La rotura de la ola sobre paramentos verticales transmite a éstos unos
esfuerzos muy importantes, lo que hace que los diques verticales son más
adecuados para calados superiores a aquéllos en los que se produce la rotura
de la ola.
Reflejan la energía del oleaje de forma prácticamente total por lo que pueden
comprometer la funcionalidad del canal de entrada, antepuerto y dársena como
consecuencia de la agitación que produce la reflexión del oleaje. No obstante,
se pueden diseñar diques verticales con una geometría que disminuya este
efecto.
Transmiten importantes cargas al terreno. En los diques verticales con cajones
de gran puntal, los picos de la carga sobre la banqueta de cimentación superan
1 MPa.
La necesidad de contar con ―ventanas‖ para el fondeo de los cajones y
posterior relleno.
2. Elementos de un dique vertical
Banqueta
Las banquetas son la base de cimentación para las estructuras marítimas de
gravedad, están formadas por escolleras y/o todo-uno de cantera y sus
objetivos son:
Soportar la carga de las estructuras y transmitirla al terreno.
Proporcionar una superficie de apoyo suficientemente uniforme, que
pueda ser enrasada.
Soportar la acción del oleaje y de las hélices de los barcos.
Lograr que los asientos de las estructuras sean homogéneos.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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Enrase
El enrase de la banqueta es la operación que se realiza para conseguir que la
geometría la superficie de la banqueta cumpla las especificaciones para:
Evitar esfuerzos puntuales en las estructuras que se asientan sobre la
banqueta.
Propiciar la exacta ubicación de las estructuras.
Compensar los asientos.
En función del tipo de material que forma el núcleo de la banqueta, el material
para el enrase podrá ser:
Pedraplén entre 0,2 kN y 0,5 kN. Se empleará cuando el tamaño de la
escollera de la banqueta esté comprendido entre 2 y 5 kN.
Gravas gruesas 40/80 mm. Se utilizarán sobre escolleras menores de 2
kN, o bien sobre todo-uno con tamaño máximo de 5 kN.
Bloques de guarda
Se colocan bloques de hormigón delante del pie de los cajones para proteger el
movimiento del enrase bajo los mismos. Esto se debe a que los cajones
fondeados modifican las condiciones hidráulicas del entorno, pudiendo producir
aumentos de la agitación en las zonas de banqueta próximas a los cajones.
Protección exterior e interior
Va colocado sobre la banqueta. Está constituido por elementos -escolleras
naturales- de mayor tamaño y su finalidad principal es la protección de la
banqueta frente a las acciones de las corrientes.
Espaldón
Sobre la coronación del dique se dispone una
estructura de hormigón con objeto de eliminar o
reducir los rebases.
Losa de hormigón
Sirve como camino de rodadura y para proteger el relleno de las celdas.
Además deber tener resistencia suficiente a barlomar para resistir las acciones
producidas por los buques atracados, esto se consigue mediante la ejecución
de una viga cantil, junto con una viga trasera en caso de ser necesario.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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3. Proceso constructivo
3.1. Diseño del proyecto constructivo
Un buen proyecto no solamente debe considerar los aspectos de diseño final
de la estructura, sino también la técnica, los procesos y fases constructivas, el
control de las obras y el seguimiento de la obra después de construida.
La construcción de una obra implica:
Obtener materiales adecuados y colocarlos de forma correcta
Emplear equipos adecuados y protegerlos en los lugares expuestos al
oleaje
Trabajar de acuerdo con un plan preparado de antemano
Definir planes de trabajo y de contingencias asociadas a la construcción,
reparación y seguimiento de la obra
3.2. Fases del proceso constructivo
Dragado del terreno natural con objeto de eliminar suelos que no tengan
la suficiente capacidad portante y/o mejora del terreno de cimentación.
Colocación de la banqueta de cimentación, que permite:
o Transmitir las cargas de los cajones al terreno.
o Proporcionar una superficie regular para el apoyo de los cajones.
o Limitar el puntal de los cajones en zonas de gran calado.
o Evitar la socavación del terreno natural.
Enrase de la superficie de la banqueta de cimentación.
Fabricación y transporte de los cajones.
Fondeo de los cajones.
Relleno de las celdas y de las juntas.
Manto de protección de la banqueta de cimentación y colocación de los
bloques de guarda.
Ejecución del espaldón y superestructura.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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3.2.1. Dragado
El dragado del terreno natural se realiza para eliminar suelos que no tengan
capacidad portante suficiente para recibir las cargas que la banqueta transmite,
para lo que se procederá de la siguiente forma:
Se dragará hasta alcanzar los terrenos con suficiente capacidad
portante.
Se asegurará que no se han producido aterramientos sobre la zona
dragada inmediatamente antes de verter el material de la banqueta de
cimentación.
3.2.2. Banqueta de cimentación
En primer lugar, se coloca el núcleo de la
banqueta, generalmente vertiéndolo desde
gánguiles de apertura por fondo. El núcleo debe
ser homogéneo -todo-uno de cantera o escollera,
hay que prestar atención:
Características físico-químicas del material
Granulometría y geometría-anchura de la banqueta y taludes
A continuación, se debe colocar la escollera de los mantos de protección de los
taludes de la banqueta de cimentación y verificar que no interfieren con el
enrase de la cara superior, el fondeo de los cajones y la colocación de los
bloques de guarda.
3.2.3. Enrase de la banqueta
El enrase de la banqueta es la operación que se realiza para conseguir que la
geometría de su superficie cumpla las especificaciones del Pliego con el fin de:
Evitar esfuerzos puntuales en las estructuras que se asientan sobre la
banqueta.
Propiciar la exacta ubicación de las estructuras.
Compensar los asientos.
3.2.3.1. Materiales
Cuando los tamaños máximos de las partículas que constituyen el núcleo de la
banqueta son mayores que la tolerancia del enrase, es necesario disponer
sobre ella una capa de material que cumpla las siguientes condiciones:
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
Página 62
Ángulo de rozamiento interno, coeficiente de rozamiento con el
paramento de la estructura y permeabilidad conforme a los cálculos
(Pliego)
Permita enrasar con las tolerancias requeridas.
Tenga una granulometría que evite su penetración en el núcleo de la
banqueta.
Posea suficiente capacidad resistente.
3.2.3.2. Colocación de los materiales:
Depende en gran medida de:
La cantidad de material a colocar.
La profundidad donde se sitúa el mismo.
El clima marítimo.
El rendimiento previsto.
Las formas de colocación del material más utilizadas son:
Desde tierra con el auxilio de grúas con cuchara o bandeja.
Desde pontonas con el auxilio de máquinas retroexcavadoras o grúas.
Desde gánguiles de apertura por fondo, parcialmente cargados.
Desde gánguiles de vertido lateral.
Con equipos especialmente diseñados para enrases a grandes
profundidades
Con el auxilio de buzos, que coloquen guías y hagan enrases
manuales, se pueden enrasar hasta 100 m2/día, en jornadas de trabajo
de diez horas. La profundidad que limita las horas de inmersión y la
normativa legal vigente condicionan los equipos y, por tanto, el número
de buzos necesarios por equipo.
Con elementos mecánicos muy variados, tales como:
o Vigas metálicas, a modo de trailla submarina, que se suspenden
parcialmente y se arrastran desde un medio flotante.
o Con una draga de rosario que, tras colocar el material de enrase
en exceso, procede a dragar a las cotas requeridas. Se alcanzan
rendimientos en torno a los 1.000 m2/día. Este procedimiento no
es operativo con ola significante mayor de 0,75 m.
o Con dragas de cortador, instalando en la cabeza de dragado una
estructura que actúa como enrasador. Los rendimientos que se
alcanzan varían entre 500 y 800 m2/día.
o Con equipos de gran porte diseñados para enrasar a grandes
profundidades y/o extensas superficies. Se obtienen rendimientos
por encima de 1.500 m2/día.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
Página 63
Al fijar la cota de enrase se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:
El previsible asiento del terreno natural sobre el que se apoya la
banqueta.
El asiento de la banqueta que no ha sido compactada y que, al
compactarse, puede reducir su espesor entre el 2,5% y el 5%.
Los asientos diferenciales que se producen entre el paramento exterior e
interior de las estructuras de los muelles de gravedad debido al giro
inducido por el empuje horizontal de los rellenos de trasdós. (Esto es
sobre todo para caso de muelles).
3.2.4. Fabricación de cajones de hormigón armado
En los cajones se distinguen las siguientes partes:
Solera: losa maciza de hormigón armado
habitualmente de forma rectangular con espesor
uniforme entre 0,40 m y 1,20 m.
Fuste: prisma recto con aligeramientos en toda su
altura.
Zapatas: zonas voladas de la solera respecto al
fuste.
Las dimensiones de los cajones vienen determinadas por los siguientes
condicionantes constructivos:
Las características de las infraestructuras donde se construyen, esto es,
por los calados de los muelles y de los canales de navegación.
Las características de las instalaciones donde se construyen, que limitan
la eslora, la manga y el puntal de los cajones.
Las condiciones de clima marítimo para su remolque y fondeo:
corrientes, oleaje, mareas,etc.
La posibilidad de asientos diferenciales del cimiento. Los cajones de
gran eslora no son adecuados en terrenos donde se prevean grandes
asientos diferenciales.
Los esfuerzos que debe soportar el cajón como elemento estructural
(empuje de tierras, tiro de bolardos, sobrecargas, acción del oleaje…) y
la reacción del terreno de cimentación dimensionan la ―manga‖ -anchura
del cajón-
El calado requerido por las condiciones de servicio, el franco-bordo
necesario para su instalación y el resguardo de altura para compensar
los asientos, determinan el ―puntal‖ -altura de cajón-.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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Habitualmente los cajones de hormigón armado se construyen en instalaciones
flotantes o semi-flotantes, tales como:
Diques flotantes.
Catamaranes con plataforma sumergible.
Pontonas sumergibles guiadas desde estructuras fijas.
Diques secos.
Instalaciones terrestres
3.2.5. Diques flotantes
Se componen de una pontona metálica sobre la
que van instaladas torretas.
Su configuración les permite realizar maniobras de
inmersión o emersión mediante el lastrado y
deslastrado de sus tanques, lo que posibilita
realizar las operaciones de puesta a flote de
estructuras construidas en su cubierta
Las partes de un Dique flotante son:
3.2.5.1. Estructuras de soporte de los encofrados
3.2.5.2. Encofrados
Están formados por chapas metálicas y
conforman la sección horizontal del fuste
del cajón.
Los encofrados interiores de las celdas van
unidos a los de las celdas contiguas y, en
su caso, a los encofrados exteriores
mediante unos yugos. Estos están
suspendidos por cables de la estructura y
son arrastrados por el movimiento de ésta
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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3.2.5.3. Equipo de deslizamiento
Consiste en una serie de gatos hidráulicos que ascienden por unas barras
metálicas dispuestas para tal fin mediante unas mordazas, arrastrando en su
movimiento la estructura y el encofrado que cuelga de ella.
3.2.5.4. Equipos de distribución del hormigón
Están constituidos por un sistema de tuberías a través
de las cuales circula el hormigón impulsado por
bombas.
3.2.5.5. Equipos de lastrado
Realizan el llenado y vaciado de los tanques del dique
para su inmersión y su emersión controladas.
Las operaciones de lastrado y deslastrado se harán de
acuerdo a un procedimiento que garantice que se
mantienen dentro de límites adecuados
3.2.5.6. Plataformas de trabajo
Los diques disponen de plataformas de trabajo que
acompañan al encofrado y a las que se puede
acceder desde el muelle. Su finalidad es permitir el
paso del personal y el acopio de materiales, en
especial el acero de armaduras
3.2.5.7. Infraestructuras
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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3.2.5.8. Fases de construcción del cajón
Con el dique parcialmente
sumergido se coloca bajo el
encofrado la armadura de la solera
a bordo de una pontona
Se cuelga la armadura de la
estructura del dique, se retira la
pontona y se reflota el dique.
Hormigonado de la solera.
Inicio del hormigonado del fuste con
el dique a flote
Hormigonado del fuste con el dique
parcialmente sumergido
Botadura. Fase crítica para la
estabilidad del cajonero.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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Cuestiones importantes a tener en cuenta durante el hormigonado:
El tiempo transcurrido entre el amasado y la puesta en obra del
hormigón debe ser lo más constante posible a lo largo del proceso.
El espesor de las tongadas debe ser uniforme, nunca inferior a 10 cm, ni
superior al 25-30 cm.
El desfase temporal entre dos tongadas no debe ser superior a 45
minutos. (Fraguado)
La limpieza del encofrado se debe realizar de forma continua.
Los paramentos exteriores deben ser protegidos de las condiciones
meteorológica extremas.
El hormigón debe ser tratado cuando se produzcan discontinuidades en
el hormigonado -siempre ocurre entre la solera y el fuste- para asegurar
la correcta adherencia y la impermeabilidad de las juntas de trabajo.
Esto último se puede lograr chorreando el hormigón con lanza de agua.
Prever los elementos que se deban incorporar al cajón durante el
hormigonado: ganchos de remolque, válvulas de lastrado, placas de
anclaje, etc.
3.2.6. Transporte de los cajones
Preparación para el transporte.
Verificar que se ha obtenido la resistencia característica.
Instalación de ganchos para remolque:
Instalación de elementos de seguridad:
o Redes para tapar las celdas.
o Cables para anclar cinturones de seguridad.
o Escalas para acceder al cajón.
o Pasillos.
Balizamiento.
Tapas.
Estanqueidad.
Obtención de permisos.
El transporte suele realizarse con un
remolcador que tira en proa.
Puede utilizarse un remolcador
complementario en popa que hace las
labores de timón.
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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3.2.7. Fondeo de los cajones
El fondeo es la operación para apoyar el cajón
sobre la banqueta de cimentación con la
precisión requerida por el Proyecto y se realiza
inundando de manera controlada las celdas
mientras se mantiene el cajón a flote.
3.2.7.1. Preparación
Determinación de la situación y del tipo de los elementos de amarre.
Análisis de las comunicaciones existentes entre celdas.
Lastrado; secuencia de llenado características de las bombas válvulas
para el lastrado rápido
La situación y las características de los anclajes en el fondo marino .
Las características, situación y formas de colocación y retirada de las
defensas para evitar daños
Los elementos de seguridad, plataformas, pasarelas, candeleros
quitamiedos…
Los procedimientos de actuación ante posibles emergencias.
Afecciones a terceros. Definición de las derrotas en coordinación con la
Capitanía Marítima, restricciones a la navegación; limitación de la
velocidad de los buques…
3.2.7.2. Limitaciones
Velocidades del viento superiores a 5 m/s dificultan la operación de
fondeo.
Velocidades de la corriente superiores a 0,5 m/s dificultan el fondeo de
los cajones.
Oleaje. Alturas de ola significante mayores de 1 m y/o períodos
superiores a 8 segundos disminuyen la precisión con la que se puede
hacer el fondeo, y con altura de ola significante mayor de 1,5 m y/o
períodos superiores a 10 segundos los cajones no se pueden fondear.
Altura de la marea. Las fases y altura de la marea influyen en la
velocidad de hundimiento del cajón durante el fondeo y su franco-bordo
al tocar fondo
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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3.2.7.3. Maniobras.
Situación. Colocar cuatro hitos situados en las esquinas del cajón, para
obtener las posiciones del cajón, esta operación puede ser monitorizada.
Posicionamiento. Los movimientos de los cabrestantes permiten situar el
cajón en planta.
Lastrado. Durante el mismo se mantendrá la horizontalidad del cajón
hasta poco antes de tocar fondo, momento en que se lastrará el lado
opuesto al cajón anterior, para evitar efectos no deseados como el
aquaplanning.
Llenado. Cuando el cajón se apoya en el fondo, se llena el cajón
mediante un gran caudal de agua, que entra por las válvulas colocadas
a tal efecto.
3.2.8. Relleno de los cajones
Hay que prestar atención a los materiales de relleno así como vigilar y prever
las situaciones intermedias y secuencias de llenado de los cajones. Requiere
una especial atención la estabilidad de los cajones sin rellenar, (Hs esperable)
Puede realizarse el relleno con medios terrestres o marinos
3.2.9. Últimas ejecuciones
Ejecución de bloques de guarda. Colocación rápida para evitar
socavaciones.
Ejecución de protección de la banqueta. Deben completarse lo antes
posible una vez colocados los bloques de guarda.
Ejecución de superestructura. Se realizará de la misma manera que se
ha descrito para los diques en talud (salvo en los casos en los que se
prevea atraque interior Viga cantil)
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Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo
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3.2.10. Resumen
Ingeniería Marítima y Costera
Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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Tema 7. Diques Bases de proyecto
1. Definiciones
2. Condicionantes generales
2.1. Espacio y tiempo
2.2. Temporalidad y vida
2.3. Carácter general y carácter operativo
2.3.1. Introducción
2.3.2. Definición carácter general
2.3.3. Definición carácter operativo
2.3.4. Utilidad
2.4. Procedimiento de cálculo
2.5. Fiabilidad, funcionalidad y operatividad
3. Valores recomendados
1. Definiciones
Proyecto
En el ámbito de aplicación de los documentos ROM (Recomendaciones de
obras marítimas), el conjunto de actividades que comprenden el estudio y
redacción de proyecto, la construcción, la explotación, la conservación,
reparación en su caso, y desmantelamiento de una obra marítima
Factores de proyecto
Parámetros: Variables que caracterizan las propiedades y geometría de
los materiales, la construcción y del terreno. Agentes: Aquello que puede producir sobre la obra efectos significativos
para su seguridad y servicio. Acciones: Efecto que un agente puede producir en la obra y su entorno,
fuerzas, cargas, movimientos, deformaciones…
Todos ellos pueden evolucionar con el tiempo.
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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Tramo de proyecto
Es el conjunto de partes de la obra que cumplen iguales:
Función específica, objetivos y los requisitos de explotación.
Niveles de acción de los agentes actuantes.
Tipología formal y estructural.
Ejemplos de cambios de tramo: Diferentes secciones tipo, tipologías de
dique/muelle, diferente finalidad en la explotación…
Fase de proyecto
Periodo de tiempo durante el cual el tramo de obra mantiene una misma
actividad pueden considerarse las siguientes fases de proyecto:
Estudios y proyecto de construcción
Construcción
Servicio
Conservación y reparación
Desmantelamiento.
Estados límites
Estado de proyecto en el cual, la obra en su conjunto, o en alguno de sus
tramos o elementos queda fuera de uso o servicio por no cumplir los requisitos
de:
Seguridad, entonces tenemos un Estado Límite Último.
Servicio, entonces tenemos un Estado Límite de Servicio.
Operatividad, entonces tenemos un Estado Límite Operativo.
Modos de fallo
Forma o mecanismo, por el cual la obra o alguno de sus elementos, queda
fuera de servicio por causas estructurales.
Para su comprobación, los modos de fallo se adscriben a los estados límite
último o de servicio.
Una vez ocurrido un modo de fallo, los requisitos estructurales, formales y de
explotación del tramo de obra sólo se recuperan mediante su reparación o
reconstrucción.
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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Modo de fallo principal
El/los que contribuyen de forma significativa al valor de la probabilidad conjunta
de fallo del tramo de obra en la vida útil. (Los que nos servirán para
dimensionar la obra).
Tipos de combinación
Son las formas compatibles de presentación de factores de proyecto. Ayudan a
determinar los valores compatibles de los factores de proyecto y términos que
pueden ocurrir simultáneamente en una unidad de intervalo de tiempo, y, por
tanto, están en la ecuación de verificación. Estos factores de proyecto se dice
que son concomitantes.
Binomios Verificación
(1) Probabilidad conjunta de fallo: Probabilidad conjunta de ocurrencia de
incumplimiento de verificación de los E.L.U. y E.L.S. durante la vida útil de la
obra.
(1) Fiabilidad: Es el valor complementario de la probabilidad conjunta de fallo
frente a todos los modos principales, adscritos a todos los E.L.U.
(1) Funcionalidad: Es el valor complementario de la probabilidad conjunta de
fallo frente a todos los modos principales, adscritos a todos los E.L.S.
(2) Probabilidad conjunta de parada: Probabilidad conjunta de ocurrencia de
incumplimiento de verificación de los E.L.O. durante la vida útil de la obra.
(2) Operatividad: El complementario del anterior.
2. Condicionantes Generales
Son aquellos que nos definirán las líneas generales del proyecto, con los que el
mismo debe cumplir.
2.1. Espacio y tiempo
Espacio: Definimos el espacio de la obra mediante diferentes tramos
heterogéneos. Deberemos aplicar verificar cada uno de los tramos.
Tiempo: Podemos considerar diferentes intervalos:
Corto plazo. Estados, Ciclos de solicitación…
Largo Plazo. Ciclos de variabilidad, Hiperciclos de variabilidad…
Fases de proyecto (en el sentido amplio de la ROM).
Otros intervalos (Situación drenaje)
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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2.2. Temporalidad y vida
Obras temporales / definitivas
Las obras temporales tendrán dicho carácter si van a permanecer en
condiciones invariables de explotación/funcionalidad… menos de 5 años. El
resto se considerarán definitivas.
Vida útil
El periodo de tiempo que transcurre durante la fase de servicio se denomina
vida útil, V, y, en general, corresponde al periodo de tiempo en el que la obra
cumple la función principal para la cual ha sido concebida. Usualmente se
expresará en años. Hay que verificar diferentes fases del proyecto ¿vidas
útiles diferentes?
2.3. Carácter general y carácter operativo
2.3.1. Introducción
El proyecto de una obra marítima se basa en unos estudios previos de
planificación, en los que se analizan, las repercusiones económicas y sociales
y ambientales, derivadas de su construcción.
En función de estas repercusiones se definen para cada tramo de una obra
marítima:
Carácter general: Valora las repercusiones asociadas a un fallo, de seguridad o
funcional en la obra. Se seleccionará, de entre los modos principales adscritos
a los estados límite últimos y de servicio, el modo que proporcione los índices
más altos.
Carácter operativo: Valora las repercusiones asociadas a un fallo operativo en
la obra se evaluará seleccionando de entre los modos principales de parada
operativa, aquel que proporcione el nivel mínimo de operatividad.
2.3.2. Definición del carácter general
Índice de Repercusión Económica (IRE):
Valora las repercusiones económicas por reconstrucción de la obra, CRD, y por
cese o afección de las actividades económicas directamente relacionadas con
ella, CRI, en el caso de producirse un fallo de seguridad o funcional.
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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El IRE se define por la siguiente expresión:
C0, es un parámetro económico de adimensionalización
Cálculo simplificado.
CRD. A falta de estudios de detalle, simplificadamente, podrá considerarse que
este coste es igual a la inversión inicial debidamente actualizada al año citado.
En aquellos casos en los cuales no se realice una determinación detallada de
CRI, el cociente CRI/C0, podrá estimarse cualitativamente:
A. Ámbito del sistema productivo al que sirve la obra marítima (Local (1),
Regional (2), Nacional (5))
B. La importancia estratégica del sistema económico y productivo al que sirve
la obra (Irrelevante (0), Relevante (2), Esencial (5))
C. La importancia de la obra para el sistema económico y productivo al que
sirve (Irrelevante (0), Relevante (2), Esencial (5))
Clasificación del Índice de Repercusión Económica (IRE):
o R1, obras con repercusión económica baja: IRE < 5
o R2, obras con repercusión económica media: 5 < IRE < 20
o R3, obras con repercusión económica alta: IRE > 20
Índice de Repercusión Social y Ambiental (ISA):
Estima de manera cualitativa el impacto social y ambiental esperable en el caso
de producirse un fallo de seguridad o funcional, valorando, (1) pérdidas de
vidas humanas, (2) daños en el medio ambiente y en el patrimonio histórico-
artístico y (3) de la alarma social generada.
El ISA se define por la siguiente expresión:
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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Valoración pérdidas de vida humanas:
o Remoto, (0), es improbable que se produzcan daños a personas
o Bajo, (3), la pérdida de vidas humanas es posible pero poco
probable (accidental), afectando a pocas personas
o Alto, (10), la pérdida de vidas humanas es muy probable pero
afectando a un número no elevado de personas
o Catastrófico, (20), la pérdida de vidas humanas y daños a las
personas es tan grave que afecta a la capacidad de respuesta
regional.
Valoración pérdidas ambientales y de patrimonio:
o Remoto, (0), es improbable que se produzcan daños ambientales
o al patrimonio.
o Bajo, (2), daños leves reversibles (en menos de un año) o
pérdidas de elementos de escaso valor.
o Medio, (4), daños importantes pero reversibles (en menos de
cinco años) o pérdidas de elementos significativos del patrimonio.
o Alto, (8), daños irreversibles al ecosistema o pérdidas de unos
pocos elementos muy importantes del patrimonio.
o Muy Alto, (15) daños irreversibles al ecosistema, implicando la
extinción de especies protegidas o la destrucción de espacios
naturales protegidos o un número elevado de elementos
importantes del patrimonio.
Valoración alarma social:
o Bajo, (0), no hay indicios de que pueda existir una alarma social
significativa asociada al fallo de la estructura
o Medio, (5), alarma social mínima asociada a valores de los
subíndices ISA1 e ISA2 altos.
o Alto, (10), alarma social mínima debida a valores de los
subíndices ISA1, catastrófico e ISA2, muy alto.
o Máxima, (15), alarma social máxima
Clasificación del Índice de Repercusión Social y Ambiental (ISA):
o S1, obras sin repercusión social y ambiental significativa, ISA < 5
o S2, obras con repercusión social y ambiental baja, 5 < ISA < 20
o S3, obras con repercusión social y ambiental alta, 20 < ISA < 30
o S4, obras con repercusión social y ambiental muy alta, ISA > 30
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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2.3.3. Definición del carácter operativo
De manera similar se definen los siguientes índices que marcarán el carácter
operativo de la obra:
Índice de repercusión económica operativo, IREO
o RO1, obras con r. económica operativa baja: IREO < 5
o RO2, obras con r. económica operativa media: 5<IREO<20
o RO3, obras con r. económica operativa alta: IREO >20
Índice de repercusión social y ambiental operativo, ISAO
o SO1, obras sin r. social y ambiental significativa, ISAO < 5
o SO2, obras con r. social y ambiental baja, 5 < ISAO < 20
o SO3, obras con r. social y ambiental alta, 20 <ISAO < 30
o SO4, obras con r. social y ambiental muy alta, ISAO > 30
2.3.4. Utilidad
En función del carácter general de la obra se fijarán
La vida útil mínima de obras definitivas
La máxima probabilidad conjunta de fallo del tramo y el nivel de
operatividad
Los métodos de verificación frente a los modos de fallo adscritos a
estados límite último y de servicio, y frente a los modos de parada
operativa adscritos a estados límites operativos.
Los planes de conservación, inspección, auscultación e instrumentación
En función del carácter operativo de la obra se fijarán (Normalmente durante el
periodo de un año)
La operatividad mínima
El número medio de paradas operativas
La duración máxima de una parada operativa
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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2.4. Procedimiento de cálculo
El proyecto debe verificar que el tramo de obra en su conjunto y todos sus
elementos son fiables (ELU), funcionales (ELS) y operativos (ELO) durante
cada una de las fases.
Para ello debe usarse un método de verificación que incluirá, al menos, las
siguientes actividades:
Definición de condicionantes de proyecto y las bases de cálculo.
Selección de los estados límite, definición de los modos de fallo y
parada, formulación de la ecuación de verificación, de las condiciones de
trabajo y establecimiento de los tipos de combinación.
Resolución de la ecuación verificación y cálculo de la probabilidad de
ocurrencia de cada modo y del conjunto de modos en la fase de
proyecto.
Dominio de seguridad y fallo
Están formados por los conjuntos de estados de proyecto para los cuales el
resultado de la ecuación de verificación toma, respectivamente, valores
superiores o inferiores a un cierto valor umbral.
Si la ecuación de verificación es del tipo margen de seguridad, es decir
S = X1 − X2 el dominio de seguridad es S > 0
el dominio de fallo es S < 0
Donde S es el margen de seguridad y X1 y X2 son los conjuntos de términos
favorables y desfavorables.
Si la ecuación es de la forma de coeficiente de seguridad global, el dominio de
seguridad es Z > Zc; el dominio de fallo es Z < Zc, donde Zc es el coeficiente
global mínimo para el modo.
Condiciones de trabajo
Conjunto de estados de proyecto caracterizados por la ocurrencia de algunos
factores de proyecto en función de su simultaneidad y de su compatibilidad. Se
especifican en términos de los agentes predominantes. En cada fase de
proyecto se considerarán condiciones de trabajo normales operativas, CT1,
extremas, CT2 y excepcionales, CT3.
Tipos de combinación
Por lo general será suficiente definir tres tipos de combinación de factores y
términos en la ecuación de verificación denominadas: poco probable o
fundamental, frecuente y cuasi permanente o habitual.
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Estados límites a verificar
Estado Límite Último
Son aquellos estados que producen la ruina, por rotura o colapso estructural de
un tramo o de toda la obra:
Pérdida de equilibrio estático. Mecánica racional, sólido rígido.
o Vuelco rígido, deslizamiento sin deformación, levantamiento de
apoyos, flotación…
Agotamiento resistente o rotura. Este estado se verificará para las
secciones de los diferentes elementos estructurales.
Deformación. Erosión de la berma de pie, asientos y deformaciones del
terreno o del manto principal, asientos de un pilote en una estructura.
Inestabilidad. Deformación local o global.
o Pandeo, abolladura y alabeo. Fatiga y dinámicos. Modos de fallo producidos bajo cargas dinámicas.
Colapso progresivo.
Estado Límite de Servicio
Engloban aquellos estados que producen la pérdida de funcionalidad de la obra
o de una parte de ella, de forma reversible o irreversible:
Pérdida de durabilidad. Fisuración reversible, corrosión, abrasión,
pérdida de impermeabilidad y de compacidad (porosidad), absorción de
agua, difusión de gases e iones.
Alteraciones geométricas acumulativas.
Vibraciones excesivas
Fisuración excesiva
Deformaciones excesivas
Estéticos, ambientales y legales.
Estado Límite Operativo
Se incluyen en la denominación de estados límite operativo todos aquellos en
los que, se reduce o se suspende temporalmente la explotación, sin que haya
daño estructural en ellas o en alguno de sus elementos:
Excedencia del valor umbral de uno o varios agentes
Efecto ambiental o repercusión social inaceptable
Requisito legal.
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Métodos de verificación
Nivel I: Coeficiente de seguridad global.
El método consiste, en evaluar la ecuación de verificación escrita en formato de
cociente y comparar este resultado con un coeficiente, Zc, llamado de
seguridad global.
La forma es del tipo de coeficiente de seguridad, Z = X1/X2, donde, el
numerador contiene los términos favorables a evitar la ocurrencia del modo y el
denominador los términos desfavorables; X1 y X2, pueden ser combinaciones
de varios términos.
Se admitirá que el modo, de fallo o de parada operativa, no ocurre cuando se
cumpla que, Z > Zc, donde Zc es un valor mínimo admisible que se denomina
coeficiente de seguridad global.
Aplicación.
o Se aplicará a obras o tramos de obra de carácter pequeño, [r1,
s1].
o Se podrá aplicar la verificación de todos los modos de los ELU,
ELS, ELO.
o En todos los casos, se verificarán los tipos de combinación de
términos correspondientes a las condiciones de trabajo operativa
y extrema.
o Los coeficientes de seguridad mínimos admisibles se
recomiendan en las R.O.M. específicas.
o Los términos tomarán valores nominales.
o No se ponderarán los términos de la ecuación de verificación.
o Los coeficientes de compatibilidad de términos se ajustará a lo
recomendado para el método de los coeficientes parciales.
o Las propiedades de los materiales se ajustarán a lo especificado
en la normativa vigente.
o Se recomienda seguir las normas de buena práctica en el
proyecto y la construcción.
o No se aplicará este método en situaciones en las que no se tenga
experiencia en su utilización.
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Nivel II: Coeficientes de seguridad parciales
El método consiste en evaluar la ecuación de verificación escrita en formato de
margen de seguridad, afectando los términos por unos coeficientes
denominados parciales que ponderan y compatibilizan los términos , y
comparar el resultado, con un valor del margen de seguridad que con carácter
general es S = 0.
Para declarar el tramo comprobado frente al modo de fallo o de parada
operativa, el resultado de la ecuación de verificación deberá ser S > 0.
Con carácter general, los criterios para determinar los coeficientes parciales: de
ponderación y de compatibilidad dependen de algunos de los aspectos
siguientes, Aspectos relacionados con los criterios generales de proyecto
Aspectos relacionados con los estados límite
Aspectos relacionados con la ecuación y el término
Aspectos relacionados con el factor de proyecto
Aspectos relacionados con la ejecución de la obra
Aspectos relacionados con la ecuación de verificación
2.5. Fiabilidad, funcionalidad y operatividad
Fiabilidad
Es el valor complementario de la probabilidad de fallo en la fase de proyecto,
frente a todos los modos de fallo principales, adscrito a todos los estados
límites últimos.
Funcionalidad
Es el valor complementario de la probabilidad de fallo en la fase de proyecto
frente a todos los modos de fallo principales adscritos a todos los estados límite
de servicio.
Operatividad
Para un tramo de obra y una fase de proyecto, el nivel de operatividad es el
tanto por ciento del tiempo en el que la obra o sus instalaciones están en
explotación y por tanto se cumplen los requisitos de uso y explotación,
independientemente de que se haga o no uso de ella.
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Tema 7: Diques. Bases de proyecto
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3. Valores recomendados
Vida útil mínima (para la fase de servicio):
En función del IRE (ROM):
Máxima probabilidad conjunta de fallo en la vida útil:
Para los Estados Límites Últimos Para los Estados Límites de Servicio
Operatividad Mínima
Número medio de paradas
Tiempo medio de parada
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Tema 8: Diques: Modos de fallo
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Tema 8. Diques
Modos de fallo 1. Dique vertical
2. Dique en talud
1. Dique vertical
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Tema 8: Diques: Modos de fallo
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Ch 1u. Vuelco rígido del cajón
Se produce siempre que no falle antes el terreno,
suele ocurrir en terrenos duros y es posible que
se fracture el pie del cajón.
Ch 2u. Deslizamiento por hiladas
Puede ocurrir también una rotura de
las llaves de cortante. Se deben
principalmente a la acción del oleaje.
Sh 1u. Deslizamiento del cajón sobre la
banqueta
La fuerza provocada por el oleaje incidente
supera la fuerza de rozamiento (La peor
combinación es la de una cresta a sotamar con
un valle a barlomar
Gh 2u. Hundimiento
Provocado por la consolidación del terreno sobre
el que se alienta el dique.
Gh 3u. Vuelco plástico
Se supera la capacidad resistente del suelo.
Puede existir una influencia importante por la
variación cíclica de la presión intersticial.
Gh 4u. Pérdida de la estabilidad local
Deslizamientos locales en diques mixtos. Se
supera la capacidad resistente de las capas que
conforman el cimiento de los cajones.
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Tema 8: Diques: Modos de fallo
Página 85
Th 2u. Socavación de la berma de pie
Se produce socavación del pie por la acción del oleaje,
corrientes transversales.
Erosión de la banqueta en diques mixtos
Se produce la erosión del pie por la acción del oleaje.
Salida del material de la banqueta
Se produce por el movimiento oscilatorio y repetitivo
que el oleaje provoca haciendo variar las presiones
intersticiales bajo el cajón que generan un flujo que
puede sacar finos de la banqueta.
Rotura de la pared exterior del cajón
Puede producirse por un impacto de un buque o por
un exceso de carga debido a la rotura del oleaje. La
pérdida de material puede desestabilizar el cajón.
2. Dique en talud
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Tema 8: Diques: Modos de fallo
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Inestabilidad hidráulica del manto principal
Comienza con un deslizamiento del manto principal en la zona intermareal,
continua con el deslizamiento de las capas de filtro para terminar afectando al
núcleo. Es un proceso lento. Genera un perfil en S (Diques Berma)
Erosión por rebase
Los rebases de la estructura pueden erosionar la parte a sotamar del manto del
dique, que dejará desprotegido el resto de las capas que continúan
erosionándose hasta terminar en un perfil más plano.
Inestabilidad del manto
En taludes de gran pendiente con mantos de una capa colocados
aleatoriamente la acción del oleaje puede causar un desplazamiento repentino
de dicha capa.
Rotura de los elementos del manto Deterioro de los elementos del manto
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Tema 8: Diques: Modos de fallo
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Deslizamiento de la superestructura.
Si se superan las fuerzas de fricción por acción del
oleaje, puede deslizarse la superestructura
completa
Vuelco de la superestructura provocado por una
erosión de las capas de manto y núcleo que
sirven de apoyo a la misma.
Combinación de fallo hidráulico del manto y capas de filtro que conducen
a un fallo de la superestructura.
Erosión del manto interior debido a un rebase, que deja al descubierto el
núcleo que pierde material provocando un fallo por deslizamiento en la
superestructura.
Fallo del manto principal provocado por la
socavación de la cimentación.
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Tema 8: Diques: Modos de fallo
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Fallo del manto principal provocado por una erosión de la berma de pie.
El fallo comienza con la erosión de la parte superior de la berma de pie y en su
progresión deja sin apoyo al manto.
Fallo del manto principal provocado por la subsidencia de los bloques del
manto principal en el material fino del fondo.
El oleaje causa un incremento de la presión intersticial, que provoca una
reducción de la capacidad portante del cimiento y un hundimiento de los
bloques del manto.
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Tema 9. Diques Cálculo: Definiciones. Acciones. Combinaciones
1. Definiciones
2. Geometría diques
3. Criterios para selección de tipología
4. Bases de proyecto
5. Acciones
5.1. Clasificación de las acciones
5.2. Criterios para valorar las acciones
5.3. Cargas permanentes
5.4. Cargas variables
5.4.1. Cargas hidráulicas
5.4.2. Cargas del terreno
5.4.3. Cargas variables del terreno
5.4.4. Cargas medioambientales
5.4.5. Cargas debidas a la deformación
5.4.6. Cargas de construcción
5.5. Cargas accidentales
6. Condiciones de trabajo y Estados Límite
1. Definiciones
Partes de un dique de abrigo
Cimentación. Esfuerzos al terreno.
Cuerpo central. Transmisión de energía.
Superestructura. Protección frente a rebases.
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
Página 90
Conservación de la energía en un dique de abrigo
Ecuación de conservación de energía del flujo oscilatorio:
FI,R,T representan los flujos medios de energía incidente, reflejada y transmitida,
y D’* es la disipación unitaria por unidad de tiempo en el interior del volumen de
control
Si utilizamos la teoría lineal, y si no hay corriente, no hay cambio de frecuencia
angular. Si además la profundidad es la misma a ambos lado del dique, el
número de onda no cambia al reflejarse o transmitirse kI = kR = kT = k y de
forma análoga las tres celeridades de fase y las tres de grupo.
Se definen los siguientes coeficientes:
Coeficiente de reflexión:
Coeficiente de transmisión:
Coeficiente de disipación:
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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La ecuación de conservación de la energía en el volumen de control se puede
escribir:
𝐾𝑅2 + 𝐾𝑇
2 + 𝐷∗ = 1
Esta forma de expresar la ecuación de conservación de la energía permite
evaluar la eficiencia del dique en controlar la energía incidente del tren de
ondas.
Si KR = 1 el dique es totalmente reflejante.
Si D* = 1 el dique es totalmente disipativo.
En ningún caso real se da un resultado absoluto.
Rotura del oleaje
Número de Iribarren
Donde β es la pendiente de la playa, T el
periodo del oleaje y H la altura de ola
Reflexión
Todo dique provoca una reflexión a barlomar.
Tren incidente Hi y Tz
Tren reflejado H* y Tz (aprox. estacionario)
Podemos expresar H* en función de un parámetro adimensional
(normalmente entre 0 y 2)
En un talud impermeable de fondo liso y pendiente muy suave tal que Ir<
0,1 el proceso de la reflexión no sea relevante
Si el talud es de fuerte pendiente tal que Ir ≥ 2,3 el tren de ondas se
debe adaptar bruscamente al cambio de profundidad al mismo tiempo
que se produce el peraltamiento por lo que simultáneamente se produce
la reflexión de la energía incidente.
En estas condiciones la presencia del dique provoca que se refleje entre
el 35–85% de la altura de ola incidente, dependiendo del tipo de rotura
evaluado por Ir, la porosidad de los mantos y del núcleo.
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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2. Geometría 2.1. Geometría dique vertical
2.2. Geometría dique talud
3. Criterios para selección de tipología Comportamiento frente a agentes climáticos
Depende de su geometría y de la disposición de sus partes y elementos
relativos a las características del oleaje, en particular el oleaje a pie de dique y
en presencia de él, (rotura o no de oleaje) y la profundidad de agua h
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Comportamiento del terreno
Fundamental para la elección de la tipología es la adecuación del suelo marino
para soportar los esfuerzos transmitidos por el dique y las oscilaciones del mar
basada: compresibilidad, resistencia al esfuerzo cortante y estabilidad de las
partículas de frente a la dinámica marina
Materiales y medios disponibles
La disponibilidad de materiales, tanto en cantidad como en calidad, así como
los medios constructivos, marítimos y terrestres, condicionan de forma
importante la decisión sobre la tipología de dique de abrigo
Requerimientos ambientales
Conservación y mantenimiento
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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4. Bases de proyecto Con carácter previo al proyecto debemos
Especificar los criterios generales definiendo la finalidad de la obra, los
condicionantes funcionales, los plazos temporales y unidades espaciales
(tramos) de la obra y, en cada fase de proyecto, el carácter general y el
carácter operativo de la obra y de cada uno de sus tramos, así como los
requisitos de proyecto.
Describir y caracterizar en el emplazamiento el área abrigada.
Describir y caracterizar los factores de proyecto en el emplazamiento
que definen la geometría, el medio físico, el terreno y los materiales,
identificando y valorando los agentes y acciones y sus escalas
temporales y espaciales, especificando, en su caso, los años
meteorológicos y los ciclos de solicitación y operatividad.
Con estos criterios previos debemos
Realizar los Estudios Previos con el objetivo de definir diferentes
alternativas para las disposiciones en planta del área abrigada y para la
tipología de los diques de abrigo en función tanto de los requerimientos
del uso y explotación así como del resto de condicionantes.
Predimensionar en planta y alzado la obra y determinar sus escalas
espaciales (tramos).
Estudiar el comportamiento hidrodinámico, geotécnico, estructural y
constructivo de la obra y de sus tramos frente a los factores de proyecto,
así como su interacción con el entorno litoral, identificando los modos de
fallo frente a la seguridad y el servicio, y los modos de parada frente al
uso y la explotación.
Verificar que en el conjunto de la obra, sus tramos y elementos se
cumplen los requisitos de proyecto en cada una de las fases para todos
los modos de fallo y parada.
Optimizar funcional, económica y ambientalmente el área abrigada y los
diques de abrigo teniendo en cuenta tanto los costes de primera
construcción como los de conservación y, eventualmente, reparación en
la vida útil y de desmantelamiento, seleccionando alternativas.
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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5. Acciones
5.1. Clasificación de las acciones
Por su variación en el tiempo (Criterio ROM)
Cargas Permanentes
Cargas Variables
Cargas Accidentales
Por su variación en el espacio
Cargas Fijas: Su reparto sobre la estructura está definido de forma no
ambigua por medio de un solo parámetro.
Cargas Móviles: Dentro de unos límites dados, pueden ser
arbitrariamente repartidas sobre la estructura.
Por la respuesta de la estructura
Cargas Estáticas: La aplicación no produce aceleraciones relevantes en
la estructura o elementos estructurales.
Cargas Dinámicas: La aplicación produce aceleraciones relevantes en la
estructura o elementos estructurales.
5.2. Criterios para valorar las acciones
Valor característico de una acción: Se define como aquel valor de la acción
asociado a una probabilidad de excedencia durante la vida de proyecto
asignada a cada una de las fases e hipótesis de trabajo.
Pueden considerarse valores máximos y mínimos de las acciones en función
de los E.L.
Los valores señalados en la ROM tienen la condición de característicos.
Para cargas variables la relación riesgo con el periodo de retorno (T) es la
siguiente:
𝐸 = 1 − 1 − 1
𝑇
𝐿𝑓
Podremos definir un valor de cálculo de la acción en función de un coeficiente
dependiendo de su variación en el tiempo y de su ponderación, obteniendo un
coeficiente parcial de seguridad.
Valor de Combinación: 𝜓0 ∙ 𝐹𝑘
Valor Frecuente: 𝜓1 ∙ 𝐹𝑘
Valor Cuasi-permanente: 𝜓2 ∙ 𝐹𝑘
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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5.3. Cargas Permanentes (Gk)
Peso propio (G1k)
Corresponde al peso de los elementos estructurales y su valor se determina a
partir de las dimensiones y pesos específicos medios definidos en proyecto.
𝜓2 = 1
En caso de elementos sumergidos utilizar peso específico real y subpresiones
y en caso de no tener datos utilizaremos las recomendaciones (ROM) y para
valores favorables considerar 𝜓2 = 0.9 → 𝐺1𝑘𝑖𝑛𝑓 = 0.9 ∙ 𝐺1𝑘
En los materiales granulares utilizar los pesos específicos del material suelto.
Pesos muertos (G2k)
Estructuras fijas, se consideran los mismos criterios que para el peso propio.
En caso de que la acción de este peso sea favorable 𝜓2 = 0
5.4. Cargas Variables (Qk)
5.4.1. Cargas hidráulicas (Qhk)
Hidrostática/Hidrodinámica. Producidas por
el agua actuando preponderantemente
como aguas exteriores libres, capa freática
en rellenos y terrenos naturales, y lastres;
y cuyos niveles de actuación se
mantengan en reposo o sensiblemente
invariables en relación con el tiempo de
respuesta de la estructura resistente.
La carga hidráulica actuando directamente
sobre un elemento superficial de una
construcción será una presión en la
dirección normal a la superficie que se
considere (u), de valor:
𝑢 = 𝛾𝑤 ∙ 𝑍
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Niveles del Mar
5.4.2. Cargas del terreno (Qtk)
Presiones, empujes y demás esfuerzos ejercidos por un relleno o terreno
natural sobre los distintos elementos de una estructura resistente; o las
reacciones que tales estructuras pueden originar en el terreno para lograr su
equilibrio. No son relevantes en el cálculo de diques.
5.4.3. Cargas variables de explotación (Qvk)
5.4.3.1. Cargas variables de estacionamiento y almacenamiento (Qv1k)
Debidas fundamentalmente al peso de
materiales, suministros o mercancías,
almacenados o apilados, su actuación y
distribución son constantes durante un
período de tiempo más o menos prolongado.
Normalmente modelizamos como carga
distribuida, salvo casos relevantes. En
diques solo consideraremos operación, no
almacenamiento.
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Carga distribuida. Valores mínimos (t/m2)
Carga concentrada. Valores mínimos (t).
Si existe una capa de reparto mayor a 1’50 m no se considerarán este
tipo de cargas.
5.4.3.2. Cargas variables de equipos manipulación mercancías (Qv2k)
Se definen como Sobrecargas de Instalaciones de manipulación de Mercancías
aquellas transmitidas a la estructura resistente por los sistemas y equipos de
manipulación
Sistemas Discontinuos de Manipulación (Normalmente no aparecen en
diques)
o Equipos fijos.
o Equipos sobre carriles (p.e. grúa pórtico).
o Equipos sobre neumáticos (p.e. carretilla portacontenedores).
o Equipos sobre orugas (p.e. grúa móvil)
Sistemas Continuos de Manipulación (Normalmente no aparecen en
diques)
o Tuberías. (Son los que pueden aparecer en diques)
o Cintas transportadoras.
o Planos inclinados.
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Condiciones normales de operación:
o Peso + carga en servicio.
o Peso + carga en servicio + viento límite de operación (min. 22
m/s)
Condiciones extremas:
o Equipos fijos (poca movilidad)¨: Peso + Viento extremal (Mín
T=100 años)
o Equipos móviles: No se considerarán, al alcanzar límites
operativos se marchan.
Condiciones excepcionales (Solo en equipos fijos):
o En servicio: Peso Propio + Carga de Servicio + Colisión
o Fuera de servicio, condiciones ambientales excepcionales: Peso
Propio + Viento Excepcional (Mín T= 1.000 años)
En la ROM se definen trenes de carga tipo y mínimos a tener en cuenta,
así como factores de impacto.
5.4.3.3. Cargas variables de tráfico (Qv3k)
Se incluirán como sobrecargas de tráfico las producidas por:
Tráfico Rodado Convencional (vehículos pesados). (Para diques)
Tráfico Ferroviario. (No en diques)
Helicópteros (en plataformas industriales en mar abierto).
Para el cálculo de las cargas a aplicar se seguirá lo indicado en la Instrucción
sobre las acciones a considerar en el proyecto de puentes de carretera (IAP-
11)
Se modificará lo señalado en la IAP-11 para tráfico convencional por el
siguiente tren de cargas:
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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5.4.3.4. Sobrecargas para dimensionamiento explanadas (Qv4k)
Se definen como Sobrecargas para el Dimensionamiento de Firmes y
Explanadas a las acciones ficticias equivalentes, en lo referente a rotura o
deterioro de firmes, a las solicitaciones producidas por los distintos equipos de
transporte y manipulación de mercancías al circular sobre firmes y explanadas.
Dichas cargas tendrán en cuenta de forma simultánea los distintos tipos de
vehículos actuantes y la frecuencia de actuación de cada uno de ellos durante
la vida útil del firme (mínimo de 15 o 25 años para obras definitivas según
ROM)
No son de aplicación la Instrucción de Carreteras, Norma 6.1 y 2-IC Secciones
de Firme.
El dimensionamiento de firmes en áreas de operación y vías de maniobra en
zonas portuarias, exigirá para cada proyecto la previsión de los equipos de
manipulación y transporte de mercancías que afectarán a la obra proyectada,
de sus características principales, y de las cargas transmitidas por cada uno de
ellos en cada condición de trabajo
Carga Tipo la solicitación vertical de 12 t y presión de contacto de 80 t/m2
repartida en un área circular. Dicha carga se denomina internacionalmente
como PAWL (Port Area Wheel Load. —Carga por Rueda Patrón en Zonas
Portuarias)
Equivalencia de carga por rueda (en PAWLS)
Para hallar el valor característico se aplica un factor 1’5 por efectos
dinámicos.
Finalmente se aplica una mayoración en caso de ruedas tándem
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Aproximación del nº de PAWLS para entrar en las funciones e fatiga:
5.4.3.5. Sobrecargas por operaciones de buques (Qv5k)
Cargas de Atraque:
Cargas de impacto (R)
La energía cinética desarrollada por el buque durante el
atraque (Velocidad de atraque 0’1-0’4 m/s)
La excentricidad del atraque.
La geometría del buque.
La configuración geométrica del atraque.
Las relaciones tensión/deformación en el buque, la
estructura resistente y el sistema de defensa
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Cm: Este coeficiente tiene en cuenta la masa de agua que queda entre el
buque y el muelle, que supone una masa adicional moviéndose y por
tanto generando Energía Cinética.
La energía cinética desarrollada por el buque (E) durante el atraque no
será cedida en su totalidad al sistema de atraque completo (estructura +
defensas), sino que éste absorberá únicamente una parte de la energía
total desarrollada.
La energía cinética total del buque durante el atraque se distribuirá entre
el sistema de atraque y la estructura:
o Estructura fija y defensa flexible.
o Estructura y defensa flexibles.
o Estructura flexible y defensa fija
Para situaciones normales se usa la energía cedida calculada según se
ha indicado.
Para situaciones excepcionales se usa la energía cedida igual al doble
de la calculada.
Cargas de rozamiento (T): El coeficiente está tabulado en la ROM
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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Cargas de Amarre
Un buque atracado a través del contacto entre éste y la estructura o el
sistema de defensa, o a través de líneas de amarre tensionadas
transmite una importante carga a la estructura. También se considerarán
como cargas de amarre aquellas debidas a maniobras del buque
atracado; especialmente la liberación o rotura de amarras en carga y el
pretensionado de ellas como auxilio durante la maniobra
Las principales fuerzas exteriores:
o Viento.
o Corrientes.
o Oleaje.
o Mareas.
o Paso de otros buques.
o Carga/descarga del buque.
o Hielo.
o Ubicación del amarre en zonas con flujos o reflujos importantes
de agua.
o Resonancias por fenómenos de ondas largas.
5.4.4. Cargas Medioambientales (Qmk)
Los valores característicos de las acciones medioambientales deberán ser
preferiblemente determinados a partir de datos estadísticos referentes a los
parámetros que constituyen el origen físico de la acción.
5.4.5. Cargas debidas a la deformación (Qdk)
5.4.6. Cargas de construcción (Qck)
QC1 - Cargas Externas durante la Fabricación.
QC2 - Cargas Externas durante el Transporte.
QC3 - Cargas Externas durante la Instalación.
QC4 - Otras Cargas Externas
5.5. Cargas Accidentales (Ak)
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Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones
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6. Condiciones de trabajo y Estados Límite Combinaciones a aplicar de estados límites y condiciones de trabajo
Estados límites últimos en las diferentes fases.
Estados límites de servicio en las diferentes fases.
Estados límites operativos en las diferentes fases.
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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Tema 10. Diques en Talud: cálculo 1. Altura de Ola de Diseño
2. Parámetros Estructurales de un Dique en Talud
3. Diseño del Manto Principal
4. Diseño de las Capas de Filtro
5. Diseño del Núcleo
6. Recomendaciones para el dimensionamiento de la sección
1. Altura de ola de diseño
Selección de un punto de medida de oleaje perteneciente a las redes de
medida de oleaje de puertos del Estado. Obtención de la información sobre los
datos de oleaje en dicho punto, solicitando directamente a Puertos del Estado
el Informe Climático correspondiente al punto seleccionado, o en
www.puertos.es
Análisis de las rosas de oleaje, con el fin de determinar la dirección más
desfavorable. Permite determinar las direcciones de los oleajes dominantes
(oleajes más energéticos), y los oleajes reinantes. Obtendremos Kα: Coeficiente
de reparto direccional para la dirección considerada.
Determinación del periodo de retorno. El periodo de retorno está asociado a la
probabilidad de fallo estructural de la obra (riesgo), factor que será necesario
definir previamente. Esta probabilidad está relacionada con la vida útil prevista
para la instalación, y del carácter general y operativo de la obra.
A partir del análisis extremal de los datos registrados se obtiene el denominado
régimen extremal de oleaje, el cual presenta una distribución de las alturas de
ola significante en función de la probabilidad de no excedencia. Podemos
encontrar esta información en el Atlas de Clima Marítimo de la ROM 3.1-99 o
en los informes de clima marítimo.
Obtención de la Hs en la boya a partir del periodo de retorno, relacionado con la
probabilidad de excedencia anual.
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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El proyectista, para la determinación de la Hs en boya deberá tener en cuenta
la incertidumbre de los valores extrapolados originada por el número limitado
de valores de los datos disponibles. En la ROM 0.2-90 se recomienda adoptar
el valor correspondiente a la banda de confianza del 90 %.
A partir de la distribución conjunta alturas de ola/periodo se obtiene una
correlación entre ambos parámetros y podemos definir el periodo asociado al
oleaje de cálculo. Normalmente por el periodo de pico Tp (Clima marítimo) En
este momento hemos definido el régimen extremal:
A. Altura de ola significante en boya
B. Periodo del oleaje
C. Direcciones de oleaje, y frecuencias de presentación asociadas a cada
dirección
Con el oleaje de diseño se está en condiciones de obtener la altura de ola
significante en aguas profundas, también denominada comúnmente offshore
(Hs,o) para cada dirección será:
𝐻𝑠,0 =𝐻𝑠 · 𝐾𝛼
𝐾𝑅
Donde:
Hs,0 = altura de ola significante en aguas profundas
Hs = altura de ola significante en el punto de medida
Kα = coeficiente de reparto direccional para la dirección considerada.
KR = coeficiente de transformación (refracción shoaling). Se obtiene de
la tabla 2.7.1. de la ROM 03 – 91:
T(s) 9 11 13 15 17 19
Punto de Medida DIR
Bilbao Exterior
NW 0.98 0.93 0.86 0.80 0.80 0.90
NNW 0.98 0.94 0.93 0.93 0.92 0.90
N 0.98 0.94 0.91 0.88 0.85 0.80
NNE 0.98 0.96 0.95 0.95 0.93 0.90
NE 0.98 0.94 0.94 0.94 0.91 0.83
Gijón
NW 0.86 0.82 0.80 0.76 0.84 0.82
NNW 0.85 0.82 0.84 0.85 0.88 0.88
N 0.93 0.98 1.02 0.99 0.91 0.84
NNE 0.89 0.88 0.87 0.88 1.01 1.02
NE 0.89 0.90 0.90 0.95 0.85 0.99
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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Propagamos la altura significante en aguas profundas hasta la zona de
proyecto, normalmente la profundidad a la que se desea disponer el morro del
nuevo dique, a la que se ha habrá de sumar la carrera de marea y las posibles
sobreelevaciones del nivel del mar en el punto de estudio:
Hzona proyecto = Hs’0·KR proyecto
Para obtener KR proyecto se puede usar el ábaco de Johnson modificado (SPM –
84), que proporciona el coeficiente de transformación conjunto refracción-
shoaling.
De la tabla 2.7.1. de la ROM 03-91 Atlas de Clima Marítimo en el Litoral
Español, en función de la dirección del oleaje de cálculo y de la boya elegida,
se obtiene el KR boya, como coeficiente de refracción-shoaling desde el punto de
medida hasta aguas profundas. Y finalmente se obtiene la altura de ola en la
zona de proyecto:
𝐻𝑧𝑜𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜 = 𝐻𝑏𝑜𝑦𝑎 · 𝐾𝛼 ·𝐾𝑅 𝑝𝑟𝑜𝑦𝑒𝑐𝑡𝑜
𝐾𝑅 𝑏𝑜𝑦𝑎
Finalmente aplicaremos el coeficiente de reflexión definido en el tema anterior.
En principio utilizaremos un parámetro de 1’5:
𝐻∗ = 𝜇 · 𝐻𝑙
Con la ola calculada para el proyecto, deberemos comprobar si puede existir
rotura de la ola, utilizando dos criterios rotura por forma y rotura por fondo:
Rotura por fondo: el criterios más conocido es el de McCowan (1894) y
se expresa mediante la siguiente ecuación:
H = 0.78 d
Rotura por peralte (por forma): el límite de rotura por peralte se puede
determinar mediante el criterio de Miche (1945)
𝐻
𝐿= 0.142 · 𝑡𝑎𝑛
2𝜋𝑑
𝐿
La altura de ola de cálculo (HD), es la menor de las tres calculadas, las dos
limitantes de la rotura y la del proyecto.
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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2. Parámetros estructurales de un dique en talud
Donde:
B es la anchura de la superestructura.
W es el peso unitario medio de cada pieza del manto principal
γ es el peso específico del material que compone las piezas del manto
principal.
Dn es el diámetro nominal medio de cada pieza del manto principal.
Bs es el ancho de la berma de coronación del manto.
Fb es la altura geométrica entre la coronación del manto principal y la
coronación del espaldón.
Ac es la altura geométrica entre la coronación del manto principal y el
nivel del mar, generalmente la pleamar máxima viva equinoccial (PMVE)
o nivel máximo estadístico de la carrera de marea en la zona.
ht es la altura de la lámina de agua sobre la banqueta, generalmente
considerada desde el nivel de bajamar máxima viva equinoccial (BMVE)
o nivel mínimo de agua estadístico en la zona.
hs es la profundidad de la lámina de agua en el punto de estudio.
bi es la anchura de la banqueta en coronación.
hc es la altura del dique en coronación del manto principal.
α, β son los taludes de los lados exterior e interior del dique.
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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En el proyecto deberemos definir los siguientes parámetros:
Geométricos. Dimensiones de la sección tipo
o Talud
o Cotas
o Bermas
Características de los elementos estructurales o Tipo de elemento.
o Elementos del manto principal
Tipo y tamaño. Pesos. Densidades. Colocación.
o Mantos secundarios
Filtros. Tamaños, pesos y densidades.
Manto talud posterior. Tamaños. Densidades.
Los elementos a diseñar en el talud serán:
1. Núcleo
2. Manto principal
3. Manto(s) secundario(s).
4. Berma de apoyo.
5. Banquetas
6. Espaldón.
3. Diseño del Manto Principal
Hasta ahora hemos definido:
En función del carácter de la obra: o Vida útil.
o Riesgo máximo admisible.
o Periodo de retorno.
En función del clima marítimo: o Altura de ola significante o de diseño (HD)
o Periodo de pico (Tp)
o Periodo medio (Tmed)
Características de la sección resistente: o Talud (Cotg α) En base a la experiencia. o Densidad específica de la escollera (γe) En base al material
disponible. o Densidad específica del hormigón (γh) Espaldón. En base al
material disponible.
o Densidad específica del agua marina (γw)
Debemos determinar el peso y dimensiones de las piezas del manto.
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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Las posibilidades de movimiento de los elementos de las piezas del manto son
las siguientes:
Las fuerzas implicadas son las causadas por el movimiento de la masa de
agua, por el peso propio de cada elemento y por la imbrincación entre un
elemento y el resto.
No existe ningún modelo determinístico válido, los más aproximados se definen
experimentalmente mediante relaciones del siguiente tipo:
𝑁𝑠 =𝐻
∆𝐷𝑛≤ 𝐾1
𝑎𝐾2𝑏𝐾𝑐
3
Donde Ns es el parámetro de estabilidad, H la altura de cálculo, Dn el diámetro
nominal de los bloques y
∆= 𝜌𝑠
𝜌𝑤− 1
El resto de valores K, dependen del resto de parámetros (dirección de oleaje,
rotura, reflexión…).
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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Algunos ejemplos de esta formulación:
𝐻
∆𝐷𝑛= 𝐾 · cos 𝛼 Svee (1962)
𝐻
∆𝐷𝑛= 𝐾 cot 𝛼 1/3 Hudson (1958 – 1959)
𝐻
∆𝐷𝑛= 𝐾 · tan 𝜑 · cos 𝛼 − sin 𝛼 Ibarren (1938)
Donde K incluye otros parámetros no incluidos en la formulación, como un
cierto nivel de avería…
También podemos utilizar la formulación Van der Meer:
Para escollera:
Surging: 𝐻𝐷
Δ·𝐷𝑛= 6.2𝑃−0.18
𝑆
𝑁1/2 0.2
· 𝜉𝑜𝑚−0.5
Si ξom < ξt
Plunging: 𝐻𝐷
Δ·𝐷𝑛= 1𝑝 − 0.13
𝑆
𝑁
1
2 · 0.2 · (cot 𝛼)
1
2· 𝜉𝑜𝑚𝑃
Transición: ξt = (6.2·P0.31· tan α 1/2)1/P+0.5
Ir = ξom = tan α/ som)1/2 Peralte: som = 2πHD/gTm2
Para elementos prefabricados:
𝐻𝐷
Δ · 𝐷𝑛= 6.7 ·
𝑁𝑜𝑑0.4
𝑁0.3 + 1 · 𝑠𝑜𝑚
−0.1
Siendo:
𝑫𝒏 = 𝑾𝑴
𝜸 𝟏/𝟑
diámetro nominal del elemento
𝑷 el parámetro de la permeabilidad
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
Página 112
3.1. Parámetros que influyen en la estabilidad del manto que
dependen del estado del mar
Characteristic wave heights: Hs, H1/3, Hmax, H1/10, etc.
Characteristic wave length: Lm, Lom, Lp, etc.
Characteristic wave steepness: sm, som, sp, etc.
Wave assymmetricity
Shape of wave spectrum: JONSWAP, P-M, TMA, etc. and double peak
spectra.
Wave grouping.
Water depth: h.
Wave incident angle: β
Number of waves: Nz
Mass density of water: ρw
3.2. Parámetros que influyen en la estabilidad del manto que
dependen de la estructura
Seaward profile of the structure, including armor layer slope angle α,
freeboard, etc.
Mass density of armor units, ρs
Grading of rock armor, dn50, dn15, dn85
Mass M and shape of armor units
Packing density, placement, pattern and layer thickness of main armor
Porosity and permeability of underlayers, filter layer (s) and core
3.3. Influencia de la imbrincación de las piezas del manto
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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3.4. Disposición del manto
El número de capas (n) variará entre 1, 2 y 3 según la localización.
Espesor: 𝑡 = 𝑛 · 𝐾𝑝 · 𝑊
𝛾
1/3
Donde:
n es el número de capas a disponer
Kp es el coeficiente de capa
W (t) es el peso de un elemento del manto principal
γ (t/m3) es el peso específico del material de las piezas del manto
principal
Densidad de colocación de las piezas (CEM):
𝑁𝑎
𝐴= 𝑛𝐾Δ 1 −
𝑃
100
𝑤𝑎
𝑊
2/3
Donde:
Na/A es la densidad de colocación de las piezas.
Kp es el coeficiente de capa (tablas, p.ej. CEM)
W (t) es el peso de un elemento del manto principal
wa (t/m3) es el peso específico del material de las piezas del manto
principal
P es la porosidad (tablas, p.ej. CEM)
La densidad de colocación de las piezas debe controlarse y cuidarse durante la
construcción.
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
Página 114
4. Diseño de la capas de filtro
Para el diseño de las capas de filtro se utilizarán criterios basados inicialmente
en las condiciones geométricas de una capa de esferas compactas, con las
tolerancias comprobadas a través de la experiencia para tener en cuenta la
variación de los tamaños de las granulometrías en capas granulares.
4.1. Criterio de retención
El diámetro del tamiz que es por el que pasa el 85% de las partículas del
material de base debe ser entre 4 y 5 veces menor que el diámetro del tamiz
que por el que pasa el 15% de las partículas del material de filtro.
𝑑15(𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟𝑠 )
𝑑85 (𝑓𝑜𝑢𝑛𝑑𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 )< (4 𝑡𝑜 5)
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4.2. Criterio de permeabilidad
La capa de filtro debe asegurar la reducción del gradiente hidráulico a través de
una adecuada permeabilidad. El criterio comúnmente aceptado es el siguiente:
𝑑15(𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟𝑠 )
𝑑15 (𝑓𝑜𝑢𝑛𝑑𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 )< (4 𝑡𝑜 5)
El diámetro del tamiz que es por el que pasa el 15% de las partículas del
material de base debe ser entre 4 y 5 veces mayor que el diámetro del tamiz
que por el que pasa el 15% de las partículas del material de filtro.
4.3. Criterio de inestabilidad interna
La capa de filtro debe ser estable internamente, de cara a que no se produzcan
fugas de material fino dentro de la propia capa, para ello debe cumplirse el
siguiente criterio:
𝑑60(𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 )
𝑑10(𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 )< 10
El diámetro del tamiz que es por el que pasa el 10% de las partículas del
material de base debe ser 10 veces menor que el diámetro del tamiz que por el
que pasa el 60 % de las partículas del material de filtro. Finalmente habrá que
señalar que se diseñarán las capas de filtro con un mínimo de 50 cm. de
espesor.
4.4. Criterio práctico de los pesos propuesto por la B.S.
𝑊𝑚𝑎𝑛𝑡𝑜
10< 𝑊𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 <
𝑊𝑚𝑎𝑛𝑡𝑜
20
Donde:
Wmanto es el peso de las piezas del manto
Wfiltro es el peso de las piezas del filtro
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5. Diseño del núcleo
El ancho mínimo será de 8
metros. La cota de coronación
del núcleo deberá estar entre
0.5 m y 1m sobre el nivel de la
PMVE. Los taludes de proyecto serán
los del talud del manto
principal.
La granulometría del núcleo se acota a intervalos de peso de
1<W<100kg, con tolerancias de 10%<1kg, y 5%>100kg.
Asimismo se deberá cuidar la condición de filtro con el terreno natural y
con los mantos secundarios.
6. Recomendaciones para el dimensionamiento de la sección
Siempre que sea posible se utilizará escollera natural.
El ángulo del talud a barlomar (cotg 1’5-3)
Si se usan piezas de hormigón cubos o 𝑎 ∙ 𝑎 ∙ 1’3 ∙ 𝑎
Si usamos piezas de hormigón el talud (cotg 1’5-2)
Podemos estimar el francobordo del manto y del espaldón si queremos
que el dique sea ―irrebasable‖ mediante la relación entre éste y la altura
de cálculo:
𝐹𝑡
𝐻∗≥ 0.60
𝐹𝑐
𝐻∗≥ 1.0
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6.1. Ancho de la berma de coronación del manto
Si se utiliza superestructura al menos el ancho de la coronación será, al
menos, de dos piezas (2*Dn)
Si no se utiliza superestructura deberá utilizarse un ancho de tres piezas
como mínimo, que determinará un ancho que podemos calcular
mediante la siguiente fórmula (CEM):
𝐵 = 𝑛𝑘∆ 𝑊
𝑤𝑎
1/3
Donde n es el número de piezas, k un coeficiente que podemos obtener
el CEM, W el peso medio de la pieza y wa el peso específico del material
del manto.
6.2. Berma de pie (o de apoyo del manto)
Su finalidad es la de servir de apoyo al manto principal y retener las
piezas que tras un temporal se desplacen del mismo.
Cualquier fallo en la berma implica un posible fallo del manto por pérdida
de apoyo de este.
Siguiendo las recomendaciones
del CEM las dimensiones de la
berma de apoyo del manto
principal tendrá al menos las
siguientes dimensiones: Ancho
en coronación: 3 veces el
tamaño medio de las piezas.
Altura de la berma: 2 veces el
tamaño medio de las piezas.
En función de la profundidad a la que se sitúe el dique podrán adoptarse
diferentes tipologías de berma:
o Aguas poco profundas:
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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o Aguas de transición:
o Aguas profundas:
6.3. Banquetas:
Las banquetas se calculan mediante la formulación de Van der Meer (1988):
𝐻𝐷
∆ · 𝐷𝑛= 8.70 ·
𝑡
1.4
Donde:
ht es la altura de la lámina de agua sobre la coronación de la banqueta,
respecto de la BMVE.
h es la profundidad de la lámina de agua en el punto de estudio,
respecto de la BMVE.
La anchura mínima que se debe considerar en la coronación de la
banqueta es de 4elementos (4Dn).
La disposición de la banqueta se considerará a partir de valores de
lámina de agua de h>1.5HD, comparando a su vez dicho valor con el de
h para verificar la necesidad de disponerla o no.
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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6.4. Comprobación empírica del rebase:
Las limitaciones de los rebases pueden resumirse en la siguiente tabla basada
en numerosas investigaciones (Fukuda, 1974)
Hemos fijado un francobordo, calculamos entonces el caudal y comprobamos si
el francobordo fijado es correcto.
6.5. Fórmula de Owen:
Aplicable en las siguientes secciones y con paramentos impermeables
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Tema 10: Diques en talud: Cálculo
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𝑞
𝑔 · 𝐻𝑠 · 𝑇𝑜𝑚= 𝑎 · 𝑒
−𝑏𝑅𝑐𝐻𝑠
𝑠𝑜𝑚2𝜋
1𝛾𝑟
Donde:
q = rebase (m3/s/m).
Rc = Francobordo.
Tom = Periodo medio del oleaje medido en aguas profundas.
g = Aceleración de la gravedad 9,81 m/s2.
Hs = Altura de ola significante.
som = Peralte del oleaje en aguas profundas.
a y b = Parámetros de ajuste en función del ángulo del talud.
γr = Factor de reducción debido a la rugosidad superficial.
Parámetros a, b y γr en taludes sin berma intermedia
Slope a b
1 : 1 0.008 20
1 : 1.5 0.010 20
1 : 2 0.013 22
1 : 3 0.016 32
1 : 4 0.019 47
2012/13
David Alcaraz García
Javier Martínez Sánchez
Universidad Politécnica de Cartagena
2012/13
Ejercicios y Exámenes
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Ejercicios y exámenes
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Ejercicio. Diques en talud
1. Parámetros de diseño
2. Definición del carácter general
3. Cálculos de parámetros de oleaje
1. Parámetros de diseño
Construcción de un dique para un puerto deportivo, en una zona cercana a
Cabo de Palos. La inversión a realizar es de 12 millones de € y el calado
necesario en la bocana 8 metros. La orientación del dique es N-S, la densidad
específica de los materiales de cantera disponibles: 2’5 t/m3 y el tamaño
máximo de los bloques de cantera 6 toneladas.
2. Definición del carácter general Índice de Repercusión Económica (IRE):
Cálculo simplificado, CRD, simplificadamente, la inversión inicial: 12 M€
A = Ámbito del sistema productivo al que sirve la obra marítima (Local
(1), Regional (2), Nacional (5))
B = La importancia estratégica del sistema económico y productivo al
que sirve la obra (Irrelevante (0), Relevante (2), Esencial (5))
C = La importancia de la obra para el sistema económico y productivo al
que sirve (Irrelevante (0), Relevante (2), Esencial (5))
𝐼𝑅𝐸 =𝐶𝑅𝐷
𝐶𝑜+
𝐶𝑅𝐼
𝐶𝑜=
𝐶𝑅𝐷
𝐶𝑜+ 𝐶 ∙ 𝐴 + 𝐵 =
12
3+ 2 ∙ 1 + 0 = 6
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Ejercicios y exámenes
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Índice de Repercusión Social y Ambiental (ISA):
Pérdidas humanas (0)+Pérdidas patrimonio (4)+Alarma social (0) = 4
Vida útil
𝐼𝑅𝐸 = 6 → 𝑉𝑖𝑑𝑎 ú𝑡𝑖𝑙 = 25 𝑎ñ𝑜𝑠
Riesgo
𝐼𝑆𝐴 = 4 → 𝑅𝑖𝑒𝑠𝑔𝑜 = 20%
Periodo de retorno (T)
𝐸 = 1 − 1 − 1
𝑇
𝐿𝑓
→ 0.20 = 1 − 1 − 1
𝑇
25
𝑇 =1
1 + 0.2 − 1 1
25 = 112 → 150 𝑎ñ𝑜𝑠
3. Cálculos de parámetros de oleaje
Rosa de oleaje: Dominante NE-ENE (K=1)
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Ejercicios y exámenes
Página 123
Cálculo altura ola
9 metros
Cálculo periodo de
pico
𝑇 = 3.9 ∙ 𝐻𝑠 = 11’7 𝑠
Altura de ola en aguas profundas
𝐻𝑠,0 =𝐻𝑆 ∙ 𝐾𝛼
𝐾𝑟=
9 ∙ 1
0.95= 9.47 𝑚
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Ola de cálculo en la bocana del puerto:
9.47 ∙ 0.93 = 8.80 𝑚
Comprobación olas por rotura:
Rotura por fondo:
𝐻 = 0.78 𝑑 = 0.78 ∙ 8 = 6.24 𝑚
Rotura por peralte (por forma): el límite de rotura por peralte se puede
determinar mediante el criterio de Miche (1945)
= 7 metros
La altura de ola de cálculo (HD), es la menor de las tres calculadas, 6’25
metros.
Aplicamos el coeficiente de reflexión 1’5 9’4 metros
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Calculamos según teoría Hudson
𝑀50 =𝜌𝑠𝐻
3
𝐾𝐷 𝜌𝑠
𝜌𝑤− 1
3cot 𝛼
Peso de los bloques
153 toneladas (Imposible con el material de cantera)
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Ejercicios y exámenes
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Preguntas Obras Marítimas
1. Viento u Oleaje (Una de las dos cae seguro).
a) Oleaje:
Es el mecanismo de más importancia en los procesos costeros. Generado por el viento su importancia radica en el momento en que el oleaje rompe sobre la costa. Es por esto por lo que se considera un verdadero escultor de las formas del litoral. Al incidir en sobre la costa, el oleaje genera una serie de corrientes de gran intensidad paralelas y longitudinales a la línea costera que son las causantes del transporte de sedimentos. Existen varios tipos de corrientes: las longitudinales (o paralelas), las transversales, las de retorno, las ondas de borde… Las más importantes son las longitudinales por ser las responsables del movimiento de sedimentos producidos por la incidencia oblicua del oleaje en la costa.
Al incidir sobre la costa, se producen dos hechos:
⊳ La refracción del oleaje, que modifica la orientación de su propagación. ⊳ La rotura del oleaje, que puede llegar a extinguirlo.
b) Viento: La función principal del viento en la dinámica litoral es la de generar el oleaje. Otro aspecto importante es su carácter modificador de las corrientes litorales y su capacidad de generar mareas meteorológicas, siendo el último el más importante.
El viento actúa movilizando los materiales granulares de la playa desplazándolas sobre su misma superficie o sobre el mar. Es un movimiento de menor magnitud que el generado por el oleaje, pero de igual importancia.
El fenómeno más notorio de la dinámica eólica son las formaciones dunares. En el litoral de la Comunidad Valenciana tenemos varias de ellas, bien de forma activa como las de Guardamar (Alicante) o bien extinguidas por la acción del hombre como las de El Saler (Benidorm). Las formaciones dunares no son un dato importante en la dinámica eólica, pero siempre que estén presentes o se tenga constancia de su existencia deberemos prestar especial atención a los vientos.
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2. Oleaje “Tipo Sea” y “Tipo Swell”: Tipo “Sea”: Se reconoce como una sucesión de olas grandes y pequeñas
viajando en distintas direcciones. Se conoce también como mar de viento. Se puede definir como un tipo de oleaje que se forma y desarrolla en una superficie líquida bajo la acción directa y continua del viento, generándose olas de altura, periodo, fase y dirección de propagación aleatorias e independientes cuya interferencia da lugar a un aspecto caótico de la superficie líquida.
Tipo “Swell”: Cuando el oleaje alcanza la costa, se muestra como olas
individuales, dando la impresión de una repetición regular. Se conoce también como mar de fondo. Se puede definir como un tipo de oleaje que abandona el área de generación y se propaga a través de la superficie marítima sin estar sometido a la acción significativa del viento, y por lo tanto atenuándose progresivamente hasta su completa extinción. Da lugar, en general, a un aspecto ordenado y regular de la superficie líquida.
3. Transporte de sedimentos o perfil transversal de equilibrio (Una de las dos cae seguro).
a) Transporte de sedimentos:
Tres son los medios de transporte de los sedimentos: hidráulico, eólico y marino. El transporte hidráulico se encarga de acercar los materiales hasta el borde del litoral, donde la dinámica marina los distribuirá a lo largo de la costa. El medio eólico, a pesar de su menor importancia respecto al volumen de sedimentos transportados, es un buen indicador su importancia o no en la dinámica litoral. El más importante de los tres es el medio marino, ya que además de distribuir los sedimentos es también un agente erosivo y es quien termina depositando los materiales transportados.
En cualquiera de los tres medios, se pueden distinguir cuatro procesos de transporte: arrastre, rodamiento, salto y suspensión. 1) Arrastre. Si el régimen es laminar, la velocidad será nula en el fondo, donde
aparecerá un esfuerzo cortante capaz de desplazar las partículas sueltas del fondo.
2) Rodamiento. En régimen turbulento el esfuerzo cortante del fondo producirá un giro y remonte de las partículas unas sobre otras arrastrándolas mediante rodadura.
3) Salto. Como consecuencia del remonte anterior, la partícula podría alcanzar una cierta cota favorecida por la presencia de remolinos, experimentando un salto hacia adelante.
4) Suspensión. Durante la saltación, la partícula puede entrar en un campo de velocidades aún más intenso y si su masa es lo suficientemente pequeña y los remolinos adecuados podría desplazarse suspendida por el medio.
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El movimiento de los sedimentos se realiza en dos dimensiones: longitudinal y transversal a la costa en la zona comprendida entre el punto neutro y la playa seca. El oleaje raramente incide normal a la costa, sino que lo hace oblicuamente generando un movimiento longitudinal de los sedimentos que puede llegar a ser más importante que el transversal.
b) Perfil transversal de equilibrio:
El movimiento real de los sedimentos sigue un camino intrincado que va en función de diferentes aspectos. Uno de estos es la dirección del movimiento respecto a la playa, que puede ser longitudinal o transversal. Es precisamente en el movimiento transversal cuando la playa adopta un perfil que llamamos de equilibrio. Estudiaremos los movimientos que se producen en este perfil y estudiaremos la respuesta de la playa frente a estos. La zona Offshore se extiende desde la zona de rompientes hasta una distancia en
la
que el fondo deja de ser agitado por acción de la ola, con lo cual esta zona es variable. Este punto se denomina punto neutro y es el punto a partir del cual las partículas que se mueven en dirección mar adentro no vuelven al conjunto de la playa, podríamos definirlo como un punto de no retorno. En la zona Offshore, los movimientos son solamente transversales, hacia la costa o hacia mar abierto. Las partículas del fondo oscilan hacia atrás y hacia adelante. Este movimiento provoca un levantamiento del sedimento y cuando este se invierte se forma un remolino que lo pone en suspensión, para volverse a asentar y repetir el proceso. A este bucle se le llama corriente de transporte de masa. El movimiento de las partículas en esta corriente, debido a la propagación de la ola es casi circular. La ola, al mismo tiempo que produce ese movimiento en la partícula, se sigue propagando y hace que al finalizar cada órbita vaya depositándose cada vez más hacia adelante.
Se ha demostrado que la velocidad hacia adelante en una cresta puede ser el doble que la velocidad hacia atrás en el seno, si bien su duración es menor. Es en este fenómeno donde se produce la selección del material por su tamaño, de modo que mientras las partículas más gruesas alcanzan la línea de rompientes las más finas entran en suspensión con más facilidad y pueden ser transportadas mar adentro.
La acción simultánea de estos dos procesos, avance y retroceso, se traduce en el establecimiento de un perfil transversal con pendiente ascendente, creciente desde
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el punto neutro o de Cornaglia, hasta la línea de rompientes, constituyendo la playa sumergida.
La zona Onshore ya coexisten transporte transversal y longitudinal junto con corrientes de resaca y otros fenómenos. A partir del punto de rotura, el perfil toma otra pendiente, ya que la rotura de la ola se traduce en una destrucción de la energía potencial acumulada transformándose en turbulencias y una onda solitaria que remonta la pendiente de la playa. Una vez rebasada la línea de rompientes, se produce un auténtico transporte de masa hacia la playa seca con velocidad decreciente conforme avanza por el estrán (stran). Parte del agua empapa la arena filtrándose y otra parte regresa al mar. El volumen y velocidad de la contracorriente es menor que la del flujo de subida, por lo que mucha de la arena en suspensión se sedimenta en la línea de costa formando la berma y acrecentando la playa. Resulta así, una pendiente creciente desde la línea de rotura hasta la línea de costa. 4. Graneles líquidos: Servicios al buque, seguridad al atraque y tipología. a) Graneles líquidos:
Cuando hablamos, en términos portuarios, de “graneles líquidos” nos estamos refiriendo a mercancías más o menos viscosas cuya manipulación es imprescindible realizarla mediante tuberías. El manejo de estos graneles implican una serie de condicionantes específicos para nuestra instalación portuaria. Los puertos deberán estar preparados para el tránsito de estos graneles, ya que las previsiones futuras nos indican que seguiremos manipulando sobre todo las siguientes mercancías: Petróleo crudo. Productos petrolíferos refinados. Gas natural. Productos químicos. Vinos, alcoholes y derivados. Aceites y grasas. Agua (ocasionalmente).
El tráfico de estas sustancias supone un 50% del tráfico de graneles líquidos en general.
b) Servicios al buque:
Consideramos el tráfico de graneles líquidos como regulares y abundantes en nuestra instalación. Por ello, deberemos ofrecer una serie de operaciones rutinarias a los buques tales como suministros de agua, suministros de energía, aprovisionamiento y avituallamiento.
o Suministro de agua: el agua que suministramos al buque se utiliza
exclusivamente para el abastecimiento de la tripulación. Para buques
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Página 131
pequeños y medianos resulta habitual la demanda de este servicio. Este suministro se presta habitualmente en tomas dispuestas junto a la línea de atraque y conjuntamente con la operación carga-descarga. Los grandes buques petroleros, debido a sus largos periodos de navegación disponen de desaladoras y potabilizadoras propias. Y el suministro pueden recibirlo en puntos alejados de la costa (boyas) y para ello se emplearán medios flotantes como gabarras.
o Suministro de energía: La demanda de este servicio es irrelevante y en los
casos en que se demande tendremos que proyectarla con todas las garantías que exige el manipular productos inflamables.
o Avituallamiento: El suministro de combustible es una operación normal en
todos los puertos. El interés que presenta en nuestro viene derivado de la ubicación del parque de almacenamiento o una industria petrolífera en el entorno portuario. Existe la posibilidad de cubrir la demanda mediante una tubería ubicada a lo largo de la línea de atraque con tomas en cada punto de atraque. El suministro se realiza por bombeo directo desde el parque de almacenamiento hasta el buque. Con esto se disminuyen los riesgos derivados del flujo de personas y vehículos que se necesitarían para realizar la misma operación por vía terrestre.
c) Seguridad en el atraque: Nuevamente aparecen condicionantes específicos relativos a la seguridad en el atraque del buque por trabajar con graneles líquidos. Para operaciones de carga-descarga, los medios destinados a ello están preparados para seguir libremente los movimientos del buque, pero estás zonas están situadas en las partes menos abrigadas del puerto, planteando un problema de seguridad. De alguna forma el buque debe estar dispuesto para poder abandonar el atraque en cualquier momento. Para ello son necesarios unos medios de desamarre rápidos y procedimientos de emergencia para desatraque de los buques. Los elementos utilizados para el amarre son los ganchos de escape rápido que consisten en unas “uñas” que por medio de un mecanismo electro-hidráulico pueden girar “liberando” las amarras. Estos elementos deben disponerse en todo el atraque, puesto que actualmente todos los grandes buques utilizan cables de acero para su amarre, limitando la posibilidad de “cortar” as amarras en una situación de riesgo. La diferencia del coste de mantenimiento entre unos puntos fijos de amarre como los bolardos y estos ganchos rápido ronda las 200.000 ptas/año (1.200€/año) por unidad. Pero en cualquier caso resultan imprescindibles.
Otro elemento de seguridad en el atraque del buque son las defensas. Para instalaciones de buques pequeños y medianos los costes entre los diferentes tipos de defensas son similares, mientras que para grandes buques las defensas más utilizadas son los escudos. Los escudos presentan la ventaja de distribuir las cargas
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buque-atraque sobre mayor superficie y disminuir las presiones sobre el casco. Resultan más costosas de mantener que el resto tanto por el deterioro del material en contacto como por los sistemas de sujeción. 5. Asomeramiento, refracción y reflexión (Una de las tres cae seguro). a) Asomeramiento:
Es el efecto que produce la reducción de profundidad la ola cuando está propagándose, formando crestas paralelas a las batimétricas. Siempre cuando abandona la condición de aguas profundas. (d/L<1/2) Un balance energético para una zona en la cual entran y salen olas revela que, en régimen permanente, la cantidad de energía que entra en la zona se equilibra con la que sale, puesto que no se añade ni se quita energía al sistema. Es decir, no existe ni viento, ni corrientes modificando el oleaje, ni disipación de energía por fricción (fondo liso) En el caso en que las crestas no sean paralelas a las batimétricas, también se produce asomeramiento, pero unido al efecto de la refracción.
b) Refracción:
La celeridad del oleaje depende de la profundidad, a mayor profundidad, mayor celeridad. En el caso en que dos puntos de un mismo frente se encuentren situados en lugares con distinta profundidad, el frente sufrirá una distorsión, pues el punto con mayor profundidad se desplazará a mayor velocidad que el punto menos profundo. Este es el fundamento de la refracción. Un oleaje sometido a refracción, tiende a ponerse paralelo a las batimétricas y a concentrar su energía en cabos y a reducir su intensidad en golfos. Solo en el caso en que el frente de onda y las batimétricas sean paralelos, no se producirá refracción. Con el estudio de la refracción obtenemos
La altura de onda en un determinado punto El cambio en la dirección de propagación
La refracción, además de ser causada por las batimétricas, también puede producirse por corrientes, vientos, rugosidad del fondo…
c) Reflexión:
Las ondas, al alcanzar un obstáculo pueden resultar total o parcialmente reflejadas. El índice del poder reflejante de tal obstáculo viene dado por el cociente entre la altura de la ola reflejada (Hr) y la altura de la ola incidente (Hi), denominado poder de reflexión (χ). Este índice varía desde 1 para reflexión total a 0 para total absorción. Hay que señalar, que un valor de 0 no
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significa que la energía haya sido totalmente disipada por la estructura, puesto que esta puede transmitirse a través del mismo obstáculo.
6. Diques secos (Una de las tres cae seguro): La industria naval requiere de la construcción de grandes recintos que puedan quedar en seco, donde poder reparar o construir los buques. El problema dominante en el proyecto de diques secos es el efecto de la subpresión. Según la forma de resolver este tema, los diques secos pueden clasificarse en tres tipos diferentes: ⊳ DIQUES SECOS DE GRAVEDAD: La solución más utilizada, sobre todo en
diques secos de poca anchura, es la tipología de gravedad. El peso de la solera y de los cajeros (unidos a ella), más las tierras que puedan colaborar en el peso de los cajeros, debe impedir que el dique flote al vaciarlo. En las soleras de gravedad, se deberá suponer que sobre toda la cara inferior actúa la subpresión máxima, sin reducción alguna. Para el cálculo del peso del dique, se contabilizará, además del peso de la solera, el de los muros cajeros y de las tierras que puedan moverse con ellos. En los diques secos de gran anchura, la solera puede estar separada estructuralmente de los cajeros para evitar las grandes flexiones que podrían aparecer como consecuencia de la subpresión. En esos casos, únicamente el peso de la solera debe soportar la subpresión.
⊳ DIQUES DE SOLERA DRENADA: En los diques secos de gran anchura, el coste de las soleras necesarias para resistir la subpresión puede ser tan alto que interese estudiar la alternativa de drenarlas permanentemente. El elemento esencial para esas soluciones es el sistema de impermeabilización y drenaje. La impermeabilidad del terreno puede mejorarse construyendo pantallas profundas que rodeen la solera. Tras las barreras de impermeabilización que pudieran disponerse, se debe establecer un sistema de drenaje que reduzca la subpresión en la solera. El sistema de drenaje constará, en general, de unos elementos de captación de filtraciones y de unos elementos de conducción y bombeo de las mismas. Las filtraciones deberán hacerse de modo que no produzcan arrastres ni erosiones en el terreno que se tiene intención de drenar.
⊳ DIQUES DE SOLERA ANCLADA: La subpresión en la solera de los diques secos,
puede soportarse con elementos a tracción unidos rígidamente a la solera del terreno.
Estos elementos de tracción pueden ser de hormigón (pilotes a tracción) o metálicos. En general no se recomienda utilizar elementos metálicos sometidos a grandes tensiones (cables o tendones de acero de alta
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resistencia) salvo que se tomen precauciones especiales para evitar el problema de la fragilidad inducida por el hidrógeno atómico libre. La utilización de pilotes puede ser conveniente para ayudar a transmitir cargas de compresión concentradas bajo los picaderos de apoyo. Cada anclaje de la solera debe ser capaza de soportar la subpresión correspondiente a su área de afección. El levantamiento de la solera y sus anclajes, en grupo, debe evitarse disponiendo el anclaje hasta una profundidad tal que el peso del terreno involucrado sea suficiente para evitar ese levantamiento masivo (efecto grupo).
7. Otros diques: Arrecife y Berma (Una de las dos cae seguro). ⊳ Arrecife: Los análisis de Alstrens y Van der Meer se han concentrado en el
cambio de cota de la coronación tras la deformación “dinámica”. Se han estudiado en base a parámetros adimensionales que reflejan el cambio de reacción. Se suele aceptar (Ahrens) que las olas de mayor periodo desplacen más elementos que las de periodo corto. Por eso se suele utilizar para su estudio el número de estabilidad o modificado.
⊳ Berma: Las estructuras dinámicas estables se caracterizan por un perfil deformado. Este perfil depende de:
- Número de estabilidad de perfil. - Talud y cota de coronación iniciales. - Número de olas o duración de la tormenta. - Calado frente a la estructura.
El perfil deformado puede predecirse con los datos experimentales y relaciones empíricas. Esta predicción de perfiles deformados puede aplicarse al diseño de estos taludes de escollera o playas de grava. La predicción de los perfiles deformados se utiliza para el cálculo de las pendientes superior, inferior y la anchura de la berma tratando de conseguir un comportamiento hidráulico prefijado.
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8. Encabalgamiento y mezcla de tipos de agua: o ENCABALGAMIENTO: Se llama así a la mezcla de masas de agua (por ejemplo,
de dos tipos A y B) que da como resultado un tipo de agua de mayor densidad que la media de las densidades Ay B. Esta mezcla resultante se hundirá a un nivel inferior al de los tipos A y B. Consecuencia del encabalgamiento son las masas de agua profunda, 1500 a 400 metros y fondo > 4000 metros.
o MEZCLA DE TIPOS DE AGUA: Dos volúmenes de tipos de agua con la misma
densidad pero diferentes temperatura y salinidad (T y S) pueden dar origen a un nuevo tipo de agua. Este tipo estará sobre la recta de mezcla. Si los volúmenes en A y B fueran los mismos, la T y S serían los promedios simples, y en el caso de ser volúmenes diferentes, serían los ponderados simples. La densidad del tipo de agua resultante sería mayor que la de sus componentes.
9. TIPOS DE MAREAS. Diurna, semidiurna y mixta Según el comportamiento que masa tenga a lo largo del día, se distinguen tres tipos de mareas:
Semidiurna: si hay dos pleamares y dos bajamares de alturas semejantes. Diurna: si hay y una única pleamar y una bajamar. Mixta: si las dos pleamares y las dos bajamares son distintas y de amplitud
relativa distinta. Con predominancia diurna o semidiurna según la evolución que sufra.
Viento geotrófico o de gradiente:
En regiones ecuatoriales, debido a que la influencia de la fuerza de Coriolis, es decir insignificante, el flujo de viento se desarrolla directamente desde las altas presiones a las bajas presiones perpendiculares a las isobaras. Es el denominado viento de gradiente (viento en atmósfera libre que resulta del equilibrio de las fuerzas que intervienen en la generación de viento en el caso de isobaras curvas) y geotrófico (en el caso de isobaras rectas o poca curvatura).
Variación de la velocidad del viento con la altura:
En las capas inferiores, el rozamiento reduce la velocidad del viento y del efecto de Coriolis. El viento cortará las isobaras bajo un ángulo pequeño que depende de la rugosidad y la altura. Para un estado de viento dado, puede considerarse que la dirección media del viento en la capa límite superficial se mantiene constante con la altura, sufriendo un cambio de dirección (Ө) respecto de la dirección del viento.
El ángulo Ө será menor conforme disminuya el efecto de la fricción y rozamiento, y aumentará por tanto con la proximidad al suelo pudiéndose representar la variación del vector velocidad media con la altura por medio de la espiral de Ekmein.
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Longitud de onda y celeridad:
La longitud de onda de la onda de Airy es 𝐿 =𝑔𝑇
2𝜋
2 tanh (kd) de la cual se deduce
que 𝐶 = 𝐿
𝑇=
𝑔𝑇
2𝜋 tanh (kd).
Las aproximaciones asintóticas aquí aplicadas dan para estos parámetros:
Profundidades indefinidas: L₀= 𝑔𝑇
2𝜋
2 C₀=
𝑔𝑇
2𝜋, donde la longitud de onda (o la
celeridad) dependen del período pero no de la profundidad.
Profundidades reducidas: L=𝑇 𝑔𝑑 C=𝐿
𝑇= 𝑔𝑑, la longitud de onda y la
celeridad dependen de la profundidad, pero no del período.
La celeridad, es decir, la velocidad de propagación de la forma de onda (de la superficie), sea función del período de dicha onda, de manera que cuanto mayor es el período mayor será la celeridad.
Tipología del atraque-terminal:
Vendrá dada tras un análisis económico de planta, ubicación o tipología (continuo, discontinuo o pantalán). Para instalaciones “abrigadas” y dadas las características resulta innecesaria la existencia de un atraque continuo para estas operaciones, solo es preciso garantizar la operación (concesión buque-tierra), la seguridad del buque (medios de amarre y defensa) y la protección de las instalaciones (defensas). En estos casos lo más económico es el dinero de un atraque discontinuo o pantalán. Cuando el atraque esta “expuesto” podemos optar entre diversas alternativas todas pasan por definir con precisión la altura máxima de ola y el número medio de días que debe estar “operativo” dicho atraque.
Atraques exentos y aislados:
Diseño reducido a boyas, torres de amarre y campos de boya. Las soluciones dependen del estado del buque:
a) En “derivo”: Se encuentran los sistemas donde el buque está conectado a
“Tierra” en un solo punto (Monoboyas y torres de amarre). Los costes
varían en función de las necesidades que se pretenden cubrir, la carga-
descarga se realiza por monqueras independientes, hasta sistemas que
incorporan en la misma boya distintas torres.
b) Buque “amarrado”: los sistemas permiten el amarre del buque mediante un
conjunto de boyas fondeadas y distribuidas de forma perimetral a los
puntos de conexión con “tierra”. Los costes son económicos pero la
instalación suele plantear problemas de todo tipo rigidez, mantenimiento y
explotación.
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Atraques exentos continuos o discontinuos:
Muelles clásicos y pantalanes. Los pantalanes debido a las pequeñas cargas que van a soportar se consiguen en estructuras adecuadas para estos tráficos, formados para una plataforma superior pilotada sobre el terreno, son permeables a las acciones del oleaje.
Pueden sufrir daños de corrosión, deterioros mecánicos procesos biológicos y físico-químicos. La construcción en hormigón no supone un tratamiento especial pero sí el acero (vida útil de 5-10 años).
Algún tipo de onda:
Onda de Airys. Teoría lineal De Stokes
Onda estacionaria de gravedad Cnoidales
Onda evanescente Hiperbólica
Solitaria
Trocoidal
Dean
Run-up, Run-down:
Describen las oscilaciones del movimiento del agua sobre el talud respecto el SWL. Estas suelen exceder la altura de ola “H”. Son parámetros importantes de diseño sobre todo para pendientes someras.
- El valor de Rᵤ determina:
o El nivel de cresta (coronación) de la estructura.
o El límite superior de protección con elementos del manto principal.
o El nivel aproximado de transmisión y rebases.
- El valor de 𝑅𝑑 determina:
o El límite inferior de protección con elementos del manto principal.
o El nivel aproximado de una berma de pie.
Las fórmulas más comunes para predecir Rᵤ,𝑅𝑑 puedan obtener a partir de datos de (Abrem, DH y Allsop)
Dique en Talud:
Rompeolas consiste en la ejecución de una pared artificial con elementos naturales o artificiales en pendiente, donde incide directamente el oleaje. Las características son:
- La pendiente con que se ejecuta.
- El tamaño de las partículas
- La capacidad de su estructura.
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La función principal es reducir la acción del oleaje en una zona provocando la rotura del oleaje sobre talud de escollera o elementos especiales que constituyen el manto principal. Está constituido por una estructura formada por varias capas: Núcleo, filtros y manto principal.
Para caracterizar estos diques podemos definir los siguientes elementos:
Cimentación: La respuesta del entorno y el comportamiento estructural va a depender de las condiciones y características del fondo y las condiciones del entorno. Debemos tener en consideración cambios que puedan afectar las corrientes, cambios sobre manantiales submarinos, etc. y en consecuencia todos aquellos factores que puedan provocar alguna erosión importante. La erosión de la cimentación y las bermas es el principal problema de fallos y para que no han sido desarrollados métodos eficaces.
Núcleos y capas de filtro: Constituye la base de apoyo de nuestra estructura, es como la estructura del edificio. Debe reunir unas condiciones muy especiales que son:
- Construir un buen cimiento para las capas superiores.
- Relativamente impermeable para evitar transmisiones de energía a través
de ellas.
- Bajo coste por su gran volumen relativo.
- Granulometría adecuada a su función.
Manto principal: Es el material sobre el que incide directamente el oleaje. Debe tener unas características muy especiales en cuanto a permeabilidad, estabilidad, resistencia y durabilidad.
Espaldón: Es una parte de la estructura determinada a limitar las acciones hidráulicas del oleaje.
Muelles de pantalanes o muros de pantalanes:
Estructuras de contención que reciben directamente el empuje del terreno y lo soportan mediante el empotramiento de su pié y eventuales anclajes próximos a su cabeza. Como tablestacas hincadas o muros de contención. Los muelles formados por recintos de tablestacas son un caso especial ya que participan como pantalanes flexibles en algunos aspectos locales aunque en el conjunto también tienen aspectos en común con los muros de gravedad.
Estabilidad de diques en talud:
Características fundamentales para garantizar la funcionalidad del dique. La energía del oleaje se disipo en los huecos del núcleo mediante generación de turbulencias, por tanto cualquier pérdida de estabilidad se transforma en una pérdida de la capacidad de absorción. La estabilidad depende de:
- Elemento mismo.
- Relación con los demás elementos.
- Rozamiento con las capas inferiores.
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Tipos de dragados:
1. Los que tienen como finalidad aumentar el calado o profundidad en
dársenas y canales de navegación
2. Los dirigidos a la obtención de materiales para rellenos portuarios o
costeros.
3. Los necesarios en la ejecución de estructuras marítimas con objeto de
alcanzar suelos de mejor calidad para su cimentación.
Diques de cajones:
Lo más frecuente es el uso de cajones flotantes de hormigón armado. El cajón es un paralelepípedo hueco con características de flotabilidad que permite transportarlo después de su construcción por vía normal. De anchura y longitud variables. Después de su transporte se realiza el fondeo llenándolo de agua, hundimiento de forma controlada hasta colocarlo correctamente. Una vez esté ubicado correctamente se rellena con material granular, salvo la celda interior, si esta cara va a ser de atraque, que se rellenaría de hormigón.
Valor característico de referencia y cálculo de un variable:
Valor característico: Es el principal valor representativo del factor de proyecto.
Valor de cálculo: Es el valor utilizado en la excavación de la ejecución de la verificación del modo de fallo o parada. El procedimiento a seguir para la asignación del valor de cálculo de los factores del proyecto depende del método de verificación.
Métodos de verificación (nivel I):
En los métodos de verificación se definen los criterios para:
- Dar valores a los factores del proyecto y a los términos de la ec. de
verificación.
- Resolver la ecuación de verificación.
Los de nivel I, se determinan con criterios determinísticos e incluyen:
- Métodos de las coeficientes parciales: Coeficientes que ponderan su
compatibilidad y el sentido de participación.
- Métodos de coeficientes de seguridad global: Afecta a la compatibilidad
relacionado con la incertidumbre en la verificación.
Identificación de las acciones. Márgenes de seguridad y coeficiente de seguridad:
En un intervalo de tiempo de duración t, en función de la probabilidad de función de la probabilidad de excedencia del valor umbral y de la persistencia o tiempo medio de la excedencia, los factores del proyecto se clasifican en:
- Permanentes.
- No permanentes.
- Extraordinarios.
- Insólitas.
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Coeficiente de seguridad: Cociente entre los términos favorables y desfavorables.
Margen de seguridad: Es la diferencia entre los términos favorables y desfavorables. Entendemos por favorables aquellos que contribuyen a que no se produzca el modo y desfavorables aquellos que provocan el modo.
Presiones impulsivas→ Cálculo de estabilidad estructural:
b) Oleaje rompiente con frente casi vertical: Las olas que rompen en plumging un instante previo al contacto con el parámetro vertical generan elevadas presiones de muy corta duración. Es conocido como esquema de impacto de transición.
c) Oleaje rompiente (plumging) con grandes cantidades de aire ondulado: En este caso se producen dos picos de presión, el primero es debido al impacto de la cresta de la ola en el punto A (como un golpe de martillo), mientras que el segundo pico es debido a la compresión del aire en el punto B (rebaje de A). Este mecanismo de choque no ventilado de ola con parámetros verticales es conocido como tipo Bagnold.
Perfil transversal de equilibrio:
La acción del oleaje y corrientes produce un movimiento de sedimentos en sentido transversal y longitudinal hasta una profundidad aproximada de 10 m, aunque dicha profundidad depende de la intensidad del oleaje.
En la zona activa, el perfil puede cambiar bruscamente en pocas horas debido al oleaje, un perfil puede sufrir un retroceso de la línea de playa de 30 m en una tormenta. Si la arena retrocede a mucha distancia es posible que no se pueda recuperar. En un perfil dos tamaños mayores de grano están en la zona de pendientes mayores. Y son importantes para planificación de proyectos, obras, etc.
Tipos de draga:
1. Dragas Mecánicas:
Operan por contacto directo entre excavador y material.
Rosario de cangilones (bucketline): Va cortando el suelo con los cangilones
que descarga. Necesita varias anclas para sujetar la embarcación. Muy
sensible al oleaje.
Cuchara rígida (dipper): la embarcación está fija. La cuchara corta el suelo.
Fuerzas horizontales intermedias intensas. Anclada con varias pilas
pesadas. Muy sensible al oleaje.
Dragalina (dragline): Draga tirando de una cuchara arrastrada por el fondo.
Puede anclarse con pilas o anclas. Resiste moderadamente bien el oleaje.
Draga de cuchara articulada: Draga cerrando las valvas de la cuchara
articulada. No transmite fuerzas horizontales. Se ancla con pilas o anclas.
Resiste moderadamente bien el oleaje.
Retroexcavadoras: Con funcionamiento similar a las terrestres. Profundidad
limitada de 10 metros.
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2. Dragas Hidráulicas:
Actúan por succión de mezcla fluidificada (80% agua). Fluidifican la mezcla y bombean (succionan) el fluido. Pueden dividirse en cuatro partes.
- Bombas de dragado
- Máquinas de agitación
- Equipo de movimiento, para levantar-bajar cabezas.
- Equipo de succión-dragado
Draga de Succión (dustpan dredge): Actúa por chorro de agua para remover materiales y succión posterior. Anclaje (dos pilas. Muy sensibles al oleaje.
Draga de succión cortadora (cutterhead dredge): el material se remueve con un cortador rotatorio y se succiona con bombas. Cuando trabaja tiene que estar apoyada en pilas traseras. Anclaje con dos pilas o anclas. Muy sensible al oleaje.
Draga de succión en marcha (Hopper dredge): El material es revuelto y succionado con agua para arrastrar de la cabeza de succión por el fondo para luego descargar en barco. Se mueve libremente para dragar una zona. Poco afectada por el oleaje.
Draga de succión con descarga lateral (sidecarting dredge): El material se remueve y succiona con la cabeza de succión por medio de un brazo sobre el barco de nuevo el fondo; el fluido se bombea por medio de un brazo sobre el barco de nuevo al mar (o gánguil). La draga es automotriz para dragar un canal.
3. Dragas neumáticas:
Se basan en producir una succión intensa al inyectar aire en el tubo de ascensión. Al apoyarse la cabeza en el suelo succiona material. El material de fondo no se remueve, generando poca polución. Puede emplearse a grandes profundidades con conducciones muy flexibles.
4. Dragas sumergibles:
Básicamente son tractores oruga submarinos que dragan con algún método y bombean a superficie.
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U.P.C.T.
Ingeniería Técnica de Obras Públicas
EXAMEN DE OBRAS MARÍTIMAS
Fecha: Julio de 2011
1. Mareas diurnas y semidiurnas.
2. Diques secos (1 de los tres tipos).
3. Gráneles líquidos (seguridad en el atraque o seguridad en el buque o
tipología).
4. Reflexión, Refracción y Asomeramiento.
5. Perfil transversal de equilibrio.
6.
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXX
7.
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXX
8. Definir la altura de ola 𝐻0.1, 𝐻1/10, 𝐻1/3, 𝐻𝑚á𝑥 , de la siguiente serie:
9. Para la carta de oleaje dada, determinar:
a. Máxima altura de ola para una banda de confianza del 90% y
período de retorno de 50 años.
b. Máxima altura de ola para un período de retorno de 200 años.
c. Para el sector SSE, probabilidad de que el oleaje no supere los
5.0 metros.
d. Para el primer cuadrante, probabilidad global de que el oleaje no
supere los 4.0 metros.
4.7 4.8 4.6 5.3 5.1 5.2 5.1 5.3 5.5 5.4
5.1 5.2 5.2 4.9 5.0 4.65 5.3 5.35 5.6 5.7