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TEMA 8: CÁLCULO SECCIÓN DE UN DIQUE EN TALUD

CURSO ADAPATACIÓN AL GRADO

INGENIERÍA MARITIMA Y COSTERA I

TEMA 8: Cálculo sección de un dique talud

DETERMINACIÓN DE LA SECCIÓN TIPO DE UN DIQUE DE TALUD CORRESPONDIENTE A UNA ALTURA DE OLA DESEADA

El profesor Iribarren estudió las condiciones de equilibrio de un canto del manto de escollera exterior, teniendo en cuenta que al romper la ola sobre esta, no se anula toda la cantidad de movimiento, y que el agua pasa a través de los cantos de este manto principal chocando contra la segunda capa, en la que se supone se anula el resto de la cantidad de movimiento

Al romper una ola sobre la capa exterior de un dique de talud, la anulación de la cantidad de movimiento provoca que cada canto esté sometido a la presión y subpresión producida por el agua, a la acción de la gravedad y a las fuerzas de rozamiento.

EQUILIBRIO HACIA ARRIBA Y HACIA ABAJO El primer concepto fundamental que hay que estudiar es la acción que el oleaje ejerce sobre los cantos del manto exterior. Imaginemos primeramente un talud bastante tendido; al llegar el oleaje, éste ejerce una presión dinámica sobre los cantos, pudiendo empujarlos hacia las partes superiores del talud; se produce así un proceso por el cual los cantos de la parte inferior del talud van siendo arrastrados hacia la parte superior, es decir, el talud va siendo rigidizado por la acción del oleaje. A este proceso se le denomina equilibrio hacia arriba.

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Supongamos, sin embargo, un talud más vertical que el anterior. Al incidir el oleaje sobre los cantos ya no es capaz de arrastrarlos hacia arriba del talud, puesto que el momento estabilizador del peso es mayor que el momento volcador que ejerce la presión dinámica del agua. Sin embargo, no debemos olvidarnos del fenómeno del reflujo o agua que vuelve una vez rota la ola sobre el dique. Este reflujo ejerce también una presión sobre los cantos, menor, ciertamente, que la presión que ejerce la ola rompiente, pero que, sin embargo, se ve favorecida por el peso de los cantos que ejerce ahora una acción desestabilizadora. Por ello el reflujo de la ola es capaz de mover los cantos superiores del talud y desplazarlos hacia la parte inferior, produciéndose así un fenómeno natural por el cual los taludes rígidos tienden a tenderse. Lógicamente, si el mar tiende a rigidizar los taludes tendidos y a tender los taludes demasiado verticales, el diseño más lógico será precisamente el proyectar un talud que coincida con el talud crítico. Este talud de equilibrio crítico, que separa el comportamiento entre equilibrio hacia abajo y hacia arriba, depende de un factor principal, que es la imbricación de los cantos. Esta imbricación depende del tipo de pieza que dispongamos; así, el talud crítico será mayor (más empinado) para bloques paralelepípedos que para escolleras naturales y mayor aún para CURSO ADAPATACIÓN AL GRADO

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tetrápodos, en los cuales la imbricación es máxima, permitiendo por ello disponer taludes bastante verticales sin que los tetrápodos puedan ser desplazados por el oleaje ni hacia arriba ni hacia abajo. En una tabla que posteriormente desarrollaremos se muestran estos taludes críticos. Otro factor que aparentemente debiera influir en el talud crítico es el propio oleaje, ya que parece evidente que un talud dado puede desestabilizarse hacia arriba o hacia abajo frente a un temporal extraordinario. Sin embargo, estos taludes críticos se han obtenido en ensayos de laboratorio sometiendo a diques de escollera a distintas combinaciones de altura de ola – período (H-T), y se ha observado que el talud crítico es uno sólo para un tipo de canto dado, cualquiera que sea la combinación de altura de ola – período a que se someta al dique dentro de un régimen H-T que está truncado, es decir, en el que se eliminaron los temporales extraordinarios. El temporal extraordinario no modifica el talud crítico, sino que lo que provoca es la avería del dique.

TALUD ACTIVO El segundo concepto a aclarar es dónde se produce este desplazamiento de los bloques. La zona es aquella en la que la acción del oleaje es máxima, que es precisamente en la superficie del mar, mientras que, en zonas profundas, la acción del oleaje disminuye muy rápidamente. Lógicamente la superficie del mar está sujeta a variaciones de nivel debida a la marea meteorológica, la astronómica, o incluso a las olas del temporal incidente, por lo cual hay una franja de talud que estará sometida a las acciones pésimas del oleaje, franja en la que se producen los desplazamientos de bloques descritos; a esta franja se le denomina talud activo y será en ella en la que haya que disponer los bloques del peso obtenido según las fórmulas que vamos a estudiar. Sin embargo en zonas profundas donde la incidencia del oleaje sobre el talud es menor, no serán necesarios bloques de tal tamaño, sino que bastará con bloques menores. Esto supone no sólo un ahorro de material sino también una mayor facilidad de colocación en obra, ya que démonos cuenta que la colocación de los bloques inferiores requiere unas grúas de una longitud de pluma muy considerable, por lo que si estos bloques son además de elevado peso la grúa tendrá que ser de unas dimensiones descomunales.

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CONCEPTO DE AVERÍA DE UN DIQUE DE ESCOLLERA Dado que ante la acción de un temporal los bloques del manto no permanecen sin moverse, surge inmediatamente la necesidad de aclarar qué se entiende entonces por avería de un dique de escollera. Entenderemos por avería o, más precisamente, porcentaje de avería al cociente entre el número de cantos totales del dique, o bien de la sección que se esté considerando. Por tanto, la variación del talud para acomodarse al talud crítico no es una avería del dique, ya que los cantos, si bien se desplazan, no abandonan por completo su posición en el talud. Avería será, por tanto, cuando los cantos sean arrancados y arrastrados por el oleaje.

CRITERIO DE DISEÑO, EN INICIACIÓN DE AVERÍA O ROTURA El cuarto concepto fundamental a analizar es el criterio a seguir, ya sea el criterio de diseñar en iniciación de averías o bien diseñar en rotura. Es decir, una vez determinada por los métodos que posteriormente veremos nuestra altura de ola de cálculo, hay que decidir si esa ola al incidir sobre el dique nos provocará la iniciación de la avería o bien su rotura total. Es evidente que si proyectamos según un criterio de rotura no estamos del lado de la seguridad, ya que si esa ola se nos presenta, se producirá la rotura del dique. Sin embargo si proyectamos con un criterio de iniciación de averías, en el caso de que se presente un temporal con esa altura de ola se iniciará la avería del dique, pero no se nos averiará en su totalidad, por lo que una vez concluido el temporal podremos reparar los tramos del dique averiados. Es evidente por ello que es conveniente proyectar con un criterio de iniciación de averías. El inconveniente lógico es que este criterio resulta más caro que el criterio de rotura, ya que si para una ola dada, esa ola sólo nos iniciará la avería del dique en lugar de llevárselo en su totalidad tendremos que disponer bloques mayores según este criterio. Vistos estos conceptos vamos a estudiar una fórmula que permite determinar el peso de los cantos: Fórmula de Iribarren (1938)

P

N · A 3 ·d ( f ·cos D r senD ) 3 ·(d  1) 3

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N = Coeficiente global de estabilidad (coeficiente experimental que engloba todas las acciones hidrodinámicas cuyo cálculo matemático no es abordable) A = Altura de ola d = Peso específico de los cantos f = Factor de encaje En la fórmula anterior se empleará el signo (+) para el equilibrio hacia arriba y el signo (-) para el equilibrio hacia abajo, en el denominador del último factor. Cuando utilicemos escolleras en los diques en talud, siempre debemos tener en cuenta que:

El peso que da la fórmula de Iribarren es un peso mínimo que deberá ser superado por todos los cantos dispuestos. No olvidemos que la escollera natural no se puede fabricar, si no que es el producto de una voladura en cantera cuyo resultado, aunque se puede condicionar mediante los taladros y explosivos utilizados, es toda una variedad de tamaños de cantos, de los cuales solo un porcentaje será superior y difícilmente igual al peso buscado. Seguidamente vamos a analizar cada uno de los términos que intervienen en la fórmula de Iribarren, para así darnos cuenta de la complejidad que reviste la evaluación de todos y cada uno de ellos.

1) d peso específico de los cantos Esta variable podrá ser determinada con bastante exactitud en el caso de piezas prefabricadas. En el caso de escolleras de cantera, tampoco será excesivo el error que se cometa, pero tendremos necesariamente que obtener una densidad media de los cantos, pudiendo un canto dado tener una densidad bastante distinta. Respecto a la densidad de los cantos, hay que matizar que deben disponerse cantos de la mayor densidad posible; no basta sólo con disponer un peso dado, pues a menor densidad el volumen es mayor y la superficie sobre la que empuja el agua también.

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2) , ángulo del talud Realmente el talud final de un dique de escollera no será exactamente el Talud proyectado, dada la dificultad de colocación de los bloques que estamos manejando. Por ello, en la fórmula anterior es conveniente introducir un ángulo del talud corregido respecto al ángulo del proyecto según la siguiente fórmula:

 = arc cotg (cotg  - c) donde  = ángulo proyectado del talud c = coeficiente corrector: 0,2 si el nivel de control en la ejecución es bajo 0,05 si el nivel es alto. A falta de datos acerca del ángulo del talud siempre podremos emplear:

Óptimo Ángulo del talud

Normal Límites

  1,9 1,5 < Cotg  < 2,3 1,33 < Cotg  < 4

62º

Cotg

56º < 53º