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sultados que proporcionan, debido a lacomplejidad de los fenómenos hidrodi-námicos que se producen en la interac-ción oleaje-dique.

En el caso de los diques de abrigo, yasean en talud, verticales o de otro tipo,los ensayos a escala reducida tienen co-mo fin el estudio de su estabilidad y fun-cionalidad, en aras de su seguridad y eco-nomía. La estabilidad exige, en condicio-nes extremas de oleaje, analizar elcomportamiento de cada uno de los ele-mentos que conforman el dique: mantos,filtros, bermas y espaldón, en el caso delos diques en talud, o cajones y banque-tas de apoyo en los verticales, y la fun-

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Los diques portuarios, cuya mi-sión es la crear una superficie deagua abrigada que permita llevara cabo, con seguridad y econo-mía, las operaciones de tránsito

de personas y mercancías, así como, en sucaso, los usos deportivos y otros, sonconstrucciones singulares, tanto por supropia estructura como por la de la ac-ción a la que han de someterse, que re-quieren ser probadas antes de que lo ha-ga el mar, utilizando para ello la herra-mienta más fiable de que dispone laingeniería marítima hasta la fecha: los en-sayos en modelo físico a escala reduci-da. Esto es así porque todavía las formu-laciones y técnicas numéricas existentespara el proyecto de estas obras presen-tan serias limitaciones en cuanto a los re-

R INVESTIGACIÓN

CENTRO DE ESTUDIOS DE PUERTOS Y COSTAS DEL CEDEX(TEXTO Y FOTOS)

Los diques de abrigo portuario son infraestructuras expuestascontinuamente a una de las fuerzas más devastadoras y erosivasde la naturaleza: el oleaje. Para la comprobación de suestabilidad y funcionalidad y para la optimización de su diseño,previamente realizado con las formulaciones empíricas deaplicación y haciendo uso de la experiencia, se dispone de unaherramienta hoy por hoy imprescindible: los ensayos en modelofísico a escala reducida. Para ello, a lo largo del pasado siglo lospaíses más desarrollados se han ido dotando de laboratorios deexperimentación marítima, que en el caso del Ministerio deFomento español se materializan en el que el Centro deEstudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX) tieneen su Centro de Estudios de Puertos y Costas.

A PRUEBA DE OLASA PRUEBA DE OLAS

ENSAYOS EN MODELOFÍSICO A ESCALA

REDUCIDA DE DIQUES DE ABRIGO

A la izquierda, diques de Levante delpuerto de Málaga (arriba) y deCiérvana del puerto de Bilbao (deba-jo). En el centro, Canal de GrandesDimensiones. Junto a estas líneas,ensayo 3D del puerto de Candás(arriba y abajo).

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que están en proyecto o en construcciónen España, que, por otro lado, es uno delos países con mayor tradición y expe-riencia en ingeniería de diques de abrigo,dado que su geografía y en particular suhidrografía ha obligado desde antiguo aconstruir la mayoría de sus puertos enaguas sin abrigo natural.

Asimismo, en el Laboratorio se han re-alizado diferentes trabajos de I+D+i, tan-to a nivel nacional, para el Ente PúblicoPuertos del Estado y otras entidades pú-blicas y privadas, como internacional, es-tos últimos dentro de los programas mar-co de investigación de la Unión Europea(MAST,TMR, etc.) en colaboración condestacados laboratorios europeos, conlos que se forma parte del recientemen-te constituido Consorcio Europeo de La-boratorios de Hidráulica (Hydralab).To-do este bagaje técnico sitúa al Labora-torio dentro del grupo de los másavanzados del mundo y único a nivel na-cional, tanto por los conocimientos y laexperiencia de su personal, acumuladaa lo largo de muchos años, como por lasinstalaciones que posee, representativasde los equipos que habitualmente existenen los grandes laboratorios, incluyendolos últimos desarrollos aparecidos en ma-

teria de experimentación física.El gran teatro de operaciones del La-

boratorio lo constituye su Nave de En-sayos, que, con unas dimensiones de 115x 76 metros en planta y una altura librede 8 m, alberga sus instalaciones de ex-perimentación. Las destinadas al estudiodel comportamiento de los diques deabrigo –tanques y canales de oleaje– sesitúan en el perímetro de la Nave, dejan-do la zona central para modelos tridi-mensionales (3D) –estudios de agitacióny comportamiento de buques atracados,en el caso de modelos portuarios, y evo-lución y regeneración de playas, en loscosteros–. Como equipamiento comple-mentario, la Nave está recorrida porpuentes grúa de 1.500 kilos de carga y poruna red perimetral de suministro de ener-gía eléctrica y otra de agua.También dis-pone de depósitos para el almacena-miento del agua con la que se hacen losensayos (3.000 m3) y de talleres para laelaboración de los elementos con los quese construyen los modelos, así como pa-ra el desarrollo y mantenimiento de la ins-trumentación de uso en los ensayos.

Las instalaciones específicamente dedi-cadas al estudio de diques están consti-tuidas por dos tanques o “canales anchos”,

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cionalidad requiere la cuantificación delos rebases producidos por el oleaje y latransmisión del mismo, en el caso deobras permeables, a efectos de los usosque en su trasdós vayan a establecerse, obien la reflexión provocada por el dique,al objeto de su consideración en las difi-cultades que la misma pudiera introduciren la navegación de acceso al puerto.

Para acometer estos estudios, los la-boratorios de experimentación marítimadisponen de canales y tanques de olea-je. En ellos se reproduce a escala, si-

guiendo determinadas leyes de semejan-za, básicamente la conocida como “se-mejanza de Froude” en el caso de lasobras marítimas, un tramo o varios del di-que a ensayar –sección tipo y tipos sin-gulares (cambios de alineación o tipolo-gía, morros, etc.)–, construyéndose así loque se denomina “modelo físico del di-que”. Éste se somete a la acción del ole-aje, generando en la instalación de ensa-yo el o los oleajes extremales que pre-viamente, en los estudios de climamarítimo, se habrán determinado para eldiseño del dique, teniendo en cuenta el ti-po de estructura de que se trate, su vidaútil y el nivel de seguridad exigido.Todosestos factores están establecidos en lanormativa técnica de aplicación, que, enel caso español, se plasma en las Reco-mendaciones para Obras Marítimas(ROM) del Ente Público Puertos de Esta-do.

De modo general, las instalaciones ex-perimentales para el ensayo de diquespueden agruparse en las dos grandes ca-tegorías mencionadas: canales y tanquesde oleaje. Los primeros se caracterizanpor el predominio de una de sus dimen-siones –la longitud–, y en ellos se acome-ten ensayos bi y tridimensionales (2D y3D) con oleaje irregular y una única di-rección de incidencia sobre el dique. Enlos tanques, sus dos dimensiones –longi-tud y anchura– son similares y se desti-nan a ensayos tridimensionales (3D), pu-diendo someter al dique –tronco, morro,cambios de alineación y otros puntos sin-gulares– a varias direcciones de inciden-cia del oleaje. A su vez, éste puede ser, se-gún el tipo de instalación –unidireccio-nal o multidireccional–, de crestas largas,como el que se produce en zonas cos-teras de escasa profundidad ,o de crestascortas, propio de aguas más profundas.

Un laboratorio de referencia

En España, el Ministerio de Fomento enel Centro de Estudios de Puertos y Cos-tas del CEDEX dispone del Laboratoriode Experimentación Marítima. Herede-ro del laboratorio de puertos de la anti-gua Escuela de Ingenieros de Caminos,Canales y Puertos, ha funcionado desdelos años cuarenta en las instalaciones quea este fin existían en el Retiro, pasando,en 1980, a ocupar el actual edificio, re-cientemente ampliado, en la ribera iz-quierda del río Manzanares. Por el Labo-ratorio han pasado –se han ensayado– losprincipales diques que se han construido,

Arriba, Tanque de Oleaje Multidireccional. Ensayo del dique de la ampliación del puerto deEscombreras. Debajo, Canal de Grandes Dimensiones. Modelo del dique del puerto exteriorde Ferrol antes de un ensayo.

Panorámica de la Nave de Ensayos del Laboratorio de Experimentación Marítima.

Dos modelos del dique de Ciérvana, antes yal final de los ensayos de fases constructivas.

LOS ENSAYOS EN MODELOFÍSICO A ESCALA REDUCIDA

SON HOYIMPRESCINDIBLES PARA

ANALIZAR LA ESTABILIDADY FUNCIONALIDAD DE

LOS DIQUES DE ABRIGO YOTRAS OBRAS MARÍTIMAS

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que del puerto de Valencia, prolongacióndel dique del puerto de Las Palmas, diquedel puerto de Castellón, diques de las am-pliaciones de los puertos de Alicante, Sa-gunto, Granadilla (Tenerife) y puerto ex-terior de Ferrol, dique de la península delNido del puerto de Las Palmas, dique-muelle del puerto de La Palma, dique Surdel puerto de Barcelona, modificación deldique del puerto de Candás (Asturias) y

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con dimensiones de 35 y 45 m de longi-tud, 6,5 m de anchura y profundidad va-riable de 1,50 a 0,80 m; un canal de 36 x3 x 1,5 m; otro de 60 x 1 x 1,5 m, y, fi-nalmente, un Canal de Grandes Dimen-siones de 90 x 3,6 m y profundidad va-riable de 6 a 4,5 m.A estos canales hayque añadir un Tanque de Oleaje Multidi-reccional de 32 x 34 m en planta y unaprofundidad de 1,60 m, que junto con elCanal de Grandes Dimensiones, consti-tuyen las dos instalaciones de ensayo ca-lificadas como “singulares” por la UniónEuropea.

Los “canales anchos” de 6,5 m permi-ten realizar ensayos 2D y 3D, analizandono sólo la sección tipo del tronco del di-que (2D), sino también sus puntos singu-lares (3D) –morros y cambios de alinea-ción, etc.–, bien con oleaje perpendicularu oblicuo al dique.Ambos canales dispo-nen de un sistema electrónico para la ab-sorción activa de las reflexiones que eloleaje generado provoque sobre el dique.El canal de mayor calado, como elemen-to destacable, dispone de una paleta degeneración de oleaje con dos actuadores, loque le permite movimientos de traslación yrotación con los que se logra una mejoraproximación a la cinemática del oleaje.

Estos canales son instalaciones de granversatilidad en los que se han realizadomúltiples ensayos desde su puesta en ser-vicio en 1980. Como más significativospueden citarse los siguientes: dique delpuerto de Bilbao (área de Ciérvana), di-

La realización del ensayo de un dique denueva planta, que debe estar enmarcadacomo una más de las etapas de su pro-yecto constructivo, básicamente conllevacuatro fases: la planificación del ensayo,la construcción del modelo, la realiza-ción de las pruebas y el análisis y trata-miento de los resultados del ensayo, locuale se plasma en el correspondienteinforme técnico.En la primera de ellas –la planificacióndel ensayo–, de acuerdo con el diseñopreliminar del dique, realizado con lasfórmulas empíricas de aplicación, porejemplo, la de Iribarren, con las condicio-nes climáticas a las que estará sometido–oleaje, marea principalmente– y tenien-do en cuenta los restantes aspectos delproyecto, se elige la instalación, la escalay la disposición del modelo en el canal otanque de ensayo seleccionado y se

determinan las dimensiones, pesos ydemás características de los elementoscon los que se va a construir el modelo.La construcción del modelo comienzacon la preparación y elaboración entaller de sus diversos componentes -escolleras, bloques, espaldón, cajones,etc.-, para posteriormente proceder a suconstrucción, propiamente dicha, en lainstalación de ensayo, en la cual ademásdel dique se reproducen los fondos mari-nos de su entorno.El ensayo del dique, en los casos más fre-cuentes, consiste en someter al modeloal temporal de diseño, tanto en altura deola, como en periodo y dirección o direc-ciones y todo ello, teniendo en cuentalas restantes condiciones climáticas desu emplazamiento, particularmente lamarea, si ha lugar. En este caso se repro-duce la carrera de marea o al menos los

niveles de pleamar, media marea y baja-mar. El ensayo comienza con alturas deola sensiblemente inferiores a la de dise-ño, para finalizar superando esta alturamediante sucesivos incrementos de 0,5 ó1 m y, dependiendo del tipo de dique deque se trate, se analiza su comporta-miento en lo que se refiere a la estabili-dad de su manto, berma de apoyo, espal-dón, etc. -diques en talud- o bien de suscajones, espaldón, banqueta de apoyo ybloques de guarda -diques verticales-.Asimismo en lo que atañe a la funcionali-dad de la estructura se miden los reba-ses del oleaje sobre el dique obteniendoel número de olas que lo superan asícomo la tasa de rebase, desde la alturade ola en la que este fenómeno se inicia.Finalmente, el análisis y tratamiento delos resultados del ensayo queda reflejadoen el correspondiente informe técnicoen el que además del desarrollo y datosobtenidos en el ensayo, figuran las con-clusiones a las que con el mismo se ha

llegado -mayor o menor peso de los blo-ques en un espaldón, necesidad de bajarla cota de una berma o de aumentar lasdimensiones de un cajón o de un espal-dón, etc.-, todo ello, de forma que sirvapara validar, optimizar o, en su caso,modificar el diseño del dique inicialmen-te sometido al ensayo, a fin de que lasolución a construir sea técnica y econó-micamente la más adecuada.Junto a los ensayos relativos al diseñofinal de un dique de nueva planta, en elcaso de obras singulares, por su granenvergadura y condiciones de oleaje muyduras, es habitual acometer ensayos paraestudiar sus etapas constructivas, deforma que se analicen las solucionesplanteadas para el avance de la construc-ción y se propongan las proteccionestemporales necesarias para cuandohayan de interrumpirse de los trabajos,por ejemplo, morros de invernada, esco-llera de protección,, etc.

Ejecución de los ensayos

Sobre estas líneas, ensayo del dique de contención de arenas del puerto de Avilés. En la página opuesta, fase constructiva del modelo del dique Sur delpuerto de Barcelona (arriba) y Canal de Grandes Dimensiones (debajo).

dique del puerto de Llanes (Asturias).Asi-mismo, estas instalaciones han sido em-pleadas para la investigación sistemáticadel bloque Accropode, en estudios de es-tabilidad de espigones frente a oleaje muyoblicuo y en diversos proyectos de losprogramas MAST II y III de la UE.

El canal de 36 x 3 x 1,5 m y el de 60 x1 x 1,5 m permiten la realización de en-sayos 2D de diques, disponiendo, el de 36

m de longitud, de un sistema automáti-co de medida de perfiles, adecuado paraestudiar el comportamiento de obras cos-teras (espigones, perfiles de playa, reves-timientos de defensas de costas, etc.)

Tanque Multidireccional

Junto a estos canales, se encuentran co-mo instalaciones singulares el Tanque deOleaje Multidireccional y el Canal deGrandes Dimensiones. La primera de ellas,construida en 1993, es única en Españay forma parte de las escasas que existenen el mundo. La instalación permite la re-producción de oleaje de forma tridimen-sional de manera que el grado de apro-ximación a la realidad es el máximo po-sible, generando oleajes cruzados, decrestas cortas o largas y con cualquier re-parto direccional de energía, lo que le dis-tingue de la mayoría de otros tanques, só-lo capaces de producir oleaje en una di-rección. Para ello, el generador de oleajeestá formado por múltiples paletas cuyosmovimientos independientes, controladospor un sistema de ordenadores trabajan-do en red, origina la estructura deseadadel oleaje de ensayo.

Las dimensiones del Tanque son de 34x 32 x 1.6 m, con un calado máximo de1,15 m, disponiendo de 72 paletas para lageneración del oleaje de 1,6 x 0,6 m ac-cionadas por actuadores eléctricos conun recorrido de 60 cm.También disponede paneles laterales para la atenuación dereflexiones y es posible, junto al oleaje,generar corrientes hasta un caudal máxi-mo de 200 l/s.

Las grandes dimensiones de este tanquepermiten ensayar, en tres dimensiones, lasestructuras marítimas junto con las zonasde costa implicadas.Asimismo, su singula-ridad hace que esta instalación sea muy útilpara el desarrollo de investigación básicasobre el oleaje en zonas costeras y para elcontraste de modelos numéricos.De for-ma específica, sus aplicaciones, además depara ensayos 3D de diques, se extiendenal diseño portuario en planta –agitación ycomportamiento de buques atracados–, alestudio de playas –regeneración y evolu-ción–, al análisis de estructuras offshore yal estudio de fondeo de buques en marabierto, entre otros.

Con este equipo se han ensayado múl-tiples diques de abrigo de puertos espa-ñoles, pudiendo citarse el de Levante delpuerto de Málaga, la ampliación de Es-combreras, el dique de contención de are-nas de la bocana del puerto de Avilés, los

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puertos exteriores de Ferrol y A Coru-ña, los diques Este y Sur de la ampliacióndel puerto de Barcelona y el de su bo-cana Norte, entre otros.Asimismo, la ins-talación también ha sido empleada en di-versos proyectos de I+D+i para el EntePúblico Puertos del Estado y en el ámbi-to de los Programas Marco de Investiga-ción de la UE (influencia de las reflexio-nes en la estabilidad de diques en talud,estructuras flotantes, caracterización óp-tica del oleaje).

Canal de Grandes Dimensiones

La segunda de las instalaciones singula-res de que dispone el Laboratorio –el Ca-nal de Grandes Dimensiones–, que entróen servicio en 1999, tiene por objeto elensayo de estructuras marítimas para ana-lizar fenómenos hidrodinámicos que noes posible hacer en otras instalaciones.Esto permite la optimización de estas cos-tosas estructuras en lo que atañe a su se-guridad y funcionalidad.

El Canal tiene unas dimensiones de 90x 3,5 m y profundidad variable, de 6 m enla zona de generación del oleaje a 4,5 men la de ubicación del modelo a ensayar;su solera es regulable en altura para re-producir el perfil de los fondos marinosy el oleaje, que puede alcanzar hasta 1,6m de altura máxima, se genera medianteuna paleta rotacional con su trasdós enseco, accionada por un sistema oleohi-dráulico de 400 cv de potencia. Disponede un sistema de absorción activa de re-flexiones y un equipo automático paramedida de los rebases provocados por eloleaje. En uno de sus laterales existe unagalería acristalada para la visualización delos ensayos e incorporación de técnicasópticas de medida y está dotado de unpuente grúa de 10 t.Todas estas particu-laridades le sitúan como uno de los diezcanales de ensayo mayores del mundo.

Las características de este Canal per-miten ensayar a “gran escala” –1:10 a 1:30frente a la 1:30 a 1:80 habituales en loscanales más pequeños– los mayores di-ques de abrigo portuario que puedan pro-yectarse, así como acometer estudios deinvestigación de nuevas tipologías de di-ques y de otras estructuras marítimas sin-gulares y analizar el fenómeno del flujo enmedios porosos: bloques artificiales, es-colleras, filtros, subpresiones en diquesverticales, etc.Además, junto a estos en-sayos netamente portuarios, sus aplicacionesse extienden a las obras de defensa de playas–espigones y revestimientos–, así como a es-

tudios de hidrodinámi-ca litoral y transportede sedimentos.

Desde su puesta enservicio, se han ensa-yado diferentes diques,destacando los si-guientes: dique del Es-te del puerto de Bar-celona con diferentestipologías y fases cons-tructivas, diques de lospuertos exteriores deFerrol y de A Coruña.En el campo de laI+D+i se han desarro-llado diversos trabajossobre tipologías inno-vadoras de diques ver-

ticales (dique con un gran patio interiorsin solera y diques antirreflejantes) y so-bre nuevos criterios para el diseño de di-ques en talud (estudio de la influencia delas reflexiones en el comportamiento deldique).

El instrumental que estas instalacionesrequieren para llevar a cabo los ensayosestá constituida por generadores de ole-aje y equipos para el registro de datos .Junto a ellos, obviamente, es fundamentalel personal técnico especializado y expe-rimentado que desarrolla los ensayos y los

operarios que, con diversas cualificacio-nes, construyan los modelos y conservenlas instalaciones.

La generación del oleaje se realiza me-diante equipos constituidos por un “sis-tema de actuación”, dotado de uno o va-rios actuadores –mecánicos, hidráulicos,o eléctricos– que mueven la/s paleta/s, yun “sistema de control”, cuya misión esgobernar el movimiento de la/s paleta/s afin de producir el oleaje deseado.

Los “sistemas de actuación”, en funcióndel movimiento que impriman a la pale-ta, pueden ser de varias clases: de trasla-ción, de rotación o incluso pueden mo-verse en vertical y disponer de traslacióny rotación, eligiéndose unos u otros paralograr la mejor aproximación al oleaje re-al en función de la profundidad en la quese vaya a situar el dique.

Con estos equipos se puede generaroleaje regular (hoy en desuso), irregular,unidireccional o multidireccional, utili-zando para ello, en este último caso, múl-tiples sistemas de actuación y de control.

El registro de los datos resultantes delos ensayos se realiza mediante sondas,sensores y otros equipos de medida, los

cuales producen una señal eléctrica u óp-tica que, acondicionada y ampliada, es re-cogida por un conversor analógico-digital(A/D) para su registro en ordenador y pos-terior tratamiento estadístico y análisis.

Loas medidas más frecuentes en los en-sayos de diques son:

– Las variaciones del nivel de agua pro-vocado por el oleaje se determinan me-diante sondas eléctricas Las corrientes seevalúan mediante micromolinetes o me-diante sistemas de ultrasonidos, electro-magnéticos u ópticos utilizando láser.

– Las solicitaciones del oleaje en los di-ques verticales o en los espaldones de losdiques en talud, se miden utilizando dina-mómetros y sensores de presión. Parala obtención de las alteraciones en la for-ma del perfil en los diques en talud se em-plean perfilómetros mecánicos, ultrasó-nicos ó láser.

– Los rebases se miden mediante re-cipientes con los que se cubica el volu-men de agua que sobrepasa el dique pormetro de coronación (tasa de rebase),así como el alcance del agua, y ademásse realiza el conteo de las olas que lo re-basan, manual o automáticamente. �

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Los modelosfísicosEn la actualidad, la técnica de losmodelos físicos es una herramientaconsolidada, aunque en perrmanenteevolución –introducción de oleajeirregular y multidireccional, nuevasinstalaciones de ensayo a gran escala,etc.–, merced a la cual se desarrollany validan muchos de los conocimien-tos de la hidrodinámica y de la inge-niería hidráulica, especialmente de lamarítima, habiéndose facilitado así eldiseño y la construcción de los gran-des diques que hoy existen.En el futuro, los modelos físicos iráncediendo campo a los numéricospero ambos coexistirán, de maneraque, por ejemplo, en estudios deespecial dificultad, como es el caso delos diques de abrigo, los resultadosobtenidos con un modelo físicopodrán servir para validar nuevas for-mulaciones y desarrollos matemáti-cos o para fijar las condiciones decontorno en uno numérico.

EN EL LABORATORIO DELCEDEX SE HAN PUESTO A

PRUEBA MODELOS AESCALA DE CASI TODOSLOS DIQUES ESPAÑOLESCONSTRUIDOS EN LAS

ÚLTIMAS DÉCADAS

Sistema automáticode medida de reba-ses en el Canal deGrandesDimensiones.

Tanque de Oleaje Multidireccional. Panorámica del ensayo del dique de la ampliación del puerto de Escombreras.

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