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2012/13 Ingeniería Marítima y Costera

David Alcaraz García Javier Martínez Sánchez Universidad Politécnica de Cartagena 2012/13

Ingeniería Marítima y Costera Índice Tema 1. Teoría de Ondas. El oleaje

1

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 (Stokes) 2.5. Otras teorías de ondas no lineales 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 1

Tema 2. Equipos y Registro de Oleaje

27

1. 2. 3. 4. 5.

27 27 29 30 30

Equipos y Registros de Oleaje Registros instrumentales Registros visuales Registros a partir de modelados numéricos Resumen

2 2 2 3 5 12 13 14 14 15 18 24

Tema 3. Métodos simplificados de generación de oleaje

31

1. Generación de oleaje 2. Modelo de generación SPM

31 32

Tema 4. Terminología

35

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

35 35 36 37 38 40 42 42 42 43 45

I

Ingeniería Marítima y Costera Índice Tema 5. Diques en talud: definiciones y proceso constructivo

47

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

47 48 49 49 51 52 54 54 54

Tema 6. Diques verticales: definiciones y proceso constructivo

57

1. Definiciones 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

57 58 60 60 60 61 61 61 63 64 67 68 69 69 70

Tema 7. Diques: bases de proyecto

71

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

71 73 73 74 74 74 74 77 77 78 81 82

Tema 8. Diques: Modos de fallo

83

1. Dique vertical 2. Dique en talud

83 86

II

Ingeniería Marítima y Costera Índice Tema 9. Diques Cálculo: Definiciones. Acciones. Combinaciones

89

1. 2. 3. 4. 5.

Definiciones Geometría diques Criterios para selección de tipología Bases de proyecto 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

89 92 92 94 95 95 95 96 96 96 97 97 103 103 103 103 104

Tema 10. Diques en Talud: cálculo

105

1. 2. 3. 4. 5. 6.

105 108 109 113 115 116

Altura de Ola de Diseño Parámetros Estructurales de un Dique en Talud Diseño del Manto Principal Diseño de las Capas de Filtro Diseño del Núcleo Recomendaciones para el dimensionamiento de la sección

Exámenes y Ejercicios

121

Ejercicio. Diques en talud

121

1. Parámetros de diseño 2. Definición del carácter general 3. Cálculos de parámetros de oleaje

121 121 122

Preguntas Obras Marítimas

127

Exámenes

143

III

Ingeniería Marítima y Costera Índice

IV

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje

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

Página 1

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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.

Página 2

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje

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. 2𝜋 𝑇 (Frecuencia angular)

ω (1/s)

Número de onda. 2𝜋 𝐿

K (1/m)

Celeridad de la onda. 𝐿 𝑇

C (m/s) η (m)

Desplazamiento de la superficie 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje o Conservación de la cantidad de movimiento. Ec. de Bernoulli

o Conservación de la energía

o o o Función potencial de velocidades (f)

𝜕ϕ = 𝑈(𝑥, 𝑧, 𝑡) 𝜕(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…)

Página 4

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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: bidimensional

Oleaje

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%

Página 5

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 

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.

Página 6

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 

Presiones:

Campo de presiones, en función del potencial de velocidades:

Derivando el potencial de velocidades obtenemos:



Onda estacionaria:

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje

Página 11

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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. Página 12

Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje Comparación de formas:

Validez de las teorías

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 3.3.2. Revisión del clima marítimo

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 

Histogramas T y H:

Rosas de oleaje

Distribución media

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 1: Teoría de Ondas. El oleaje 

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje

Tema 2. Equipos y Registro de Oleaje 1. 2. 3. 4. 5.

Equipos y Registros de Oleaje Registros instrumentales Registros visuales Registros a partir de modelados numéricos 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje 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)

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje 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.

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 2: Equipos y Registro de Oleaje

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

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje

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)

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje 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‖.

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje Pueden estimarse los valores a partir de un ábaco. Para aguas profundas (>90 m)

Para aguas poco profundas diferentes ábacos (=1’5 m)

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 3: Métodos simplificados de generación de oleaje

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología

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

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología 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.

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología 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.

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología 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.

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología Diques exentos

Acción sobre el oleaje

Esquemas

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología

2. Terminología Buque 2.1.

Sección y movimientos del buque

2.2.

Calado buque

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología Gaseros (LNG) (LPG)

Portacontenedores (Containers)

Ro-Ro RO-RO es un acrónimo del término inglés Roll OnRoll 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)

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 4: Terminología 2.4.

Atraques

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Ingeniería Marítima y Costera 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

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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 remolcadas

autopropulsadas

o

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 5: Diques en talud: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 

  

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. Página 62

Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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 cajónEl 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-. Página 63

Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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 estabilidad del cajonero.

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para

la

Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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.        

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.

  



Preparación

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 6: Diques verticales: Definiciones y Proceso constructivo 3.2.10. Resumen

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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) Página 73

Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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 históricoartístico y (3) de la alarma social generada. El ISA se define por la siguiente expresión:

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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 o o o

S1, obras sin repercusión social y ambiental significativa, ISA < 5 S2, obras con repercusión social y ambiental baja, 5 < ISA < 20 S3, obras con repercusión social y ambiental alta, 20 < ISA < 30 S4, obras con repercusión social y ambiental muy alta, ISA > 30

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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 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. Página 78

Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto 

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 7: Diques. Bases de proyecto

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 8: Diques: Modos de fallo

Tema 8. Diques Modos de fallo 1. Dique vertical 2. Dique en talud

1. Dique vertical

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 8: Diques: Modos de fallo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 8: Diques: Modos de fallo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 8: Diques: Modos de fallo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 8: Diques: Modos de fallo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 8: Diques: Modos de fallo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones

Tema 9. Diques Cálculo: Definiciones. Acciones. Combinaciones 1. 2. 3. 4. 5.

Definiciones Geometría diques Criterios para selección de tipología Bases de proyecto 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones La ecuación de conservación de la energía en el volumen de control se puede escribir: 𝐾𝑅2 + 𝐾𝑇2 + 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones

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 Página 95

Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 

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 (IAP11) Se modificará lo señalado en la IAP-11 para tráfico convencional por el siguiente tren de cargas:

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones 

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 o o o o o o o

Viento. Corrientes. Oleaje. Mareas. Paso de otros buques. Carga/descarga del buque. Hielo. 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 9: Diques: Acciones, Combinaciones

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo

Tema 10. Diques en Talud: cálculo 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Altura de Ola de Diseño Parámetros Estructurales de un Dique en Talud Diseño del Manto Principal Diseño de las Capas de Filtro Diseño del Núcleo 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. Página 105

Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo 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) Punto de Medida

Bilbao Exterior

Gijón

9

11

13

15

17

19

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

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

DIR

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo 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 refracciónshoaling.

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 2𝜋𝑑 = 0.142 · 𝑡𝑎𝑛𝑕 𝐿 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo

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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo 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. 2. 3. 4. 5. 6.

Núcleo Manto principal Manto(s) secundario(s). Berma de apoyo. Banquetas 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo 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 ≤ 𝐾1𝑎 𝐾2𝑏 𝐾𝑐3 ∆𝐷𝑛

Donde Ns es el parámetro de estabilidad, H la altura de cálculo, Dn el diámetro nominal de los bloques y ∆=

𝜌𝑠 −1 𝜌𝑤

El resto de valores K, dependen del resto de parámetros (dirección de oleaje, rotura, reflexión…).

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo Algunos ejemplos de esta formulación: 𝐻 ∆𝐷𝑛

𝐻 ∆𝐷𝑛 𝐻 ∆𝐷𝑛

= 𝐾 · cos 𝛼

= 𝐾 cot 𝛼

Svee (1962)

1/3

Hudson (1958 – 1959)

= 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

0.2

𝑆 𝑁 1/2

−0.5 · 𝜉𝑜𝑚

Si ξom < ξt Plunging: Transición:

𝐻𝐷 Δ·𝐷𝑛

= 1𝑝 − 0.13

𝑆1 𝑁2

ξt = (6.2·P0.31· tan α

Ir = ξom = tan α/ som)1/2

1

· 0.2 · (cot 𝛼) · 𝜉𝑜𝑚 𝑃 2

1/2)1/P+0.5

Peralte: som = 2πHD/gTm2

Para elementos prefabricados: 0.4 𝐻𝐷 𝑁𝑜𝑑 −0.1 = 6.7 · + 1 · 𝑠𝑜𝑚 Δ · 𝐷𝑛 𝑁 0.3

Siendo: 𝑾𝑴 𝟏/𝟑



𝑫𝒏 =



𝑷 el parámetro de la permeabilidad

𝜸

diámetro nominal del elemento

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo 3.4. Disposición del manto El número de capas (n) variará entre 1, 2 y 3 según la localización. Espesor: 𝑡 = 𝑛 · 𝐾𝑝 ·

𝑊 1/3 𝛾

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 𝑃 = 𝑛𝐾Δ 1 − 𝐴 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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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo

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

)

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< (4 𝑡𝑜 5)

Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo 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 ) < 10 𝑑10(𝑓𝑖𝑙𝑡𝑒𝑟 )

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 𝑊𝑚𝑎𝑛𝑡𝑜 < 𝑊𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 < 10 20 Donde:  

Wmanto es el peso de las piezas del manto Wfiltro es el peso de las piezas del filtro

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Ingeniería Marítima y Costera Tema 10: Diques en talud: Cálculo

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