diques verticales

UPC / E.T.S.E.C.C.P.B.

Construccin de Obras Martimas DIQUES VERTICALES

EVOLUCIN

Poco calado Altura de ola limitada Taludescon elementos sueltos

Grandes calados Mayores Alturas de ola Elementos mayores Un solo elemento

Mercancias Barcos Calados



CARACTERSTICAS GENERALES

Datos

Ms de 300 diques de abrigo en unos 8000 Km litoral. Casi 4 diques de abrigo cada 100 Km.

80% en talud20% verticales

Litoral Canario!Ampliaciones portuarias!

Elementos de un dique vertical. Seccin tipoBanqueta de cimentacin/enraseProteccin de banqueta/Berma de proteccinBloque de guardaMonolito (cajn)Superestructura/Espaldn

Funcin de cada elemento del dique vertical

AdministradorMquina de escribir






Modos de falloDeslizamiento,Vuelco (clsico-plstico), hundimientoDeformacin y colapso de la base de cimentacin Socavacin (Soscavament)Rebase (Ultrapassament)Reflexin (agitacin antepuerto, canal de enfilacin, drsenas interiores) (Reflexi)Fallo proteccin banquetaInterrelaciones

Obra cuyo modo de fallo predominante es el instantneo (necesidad de ensayar tanto encanales 2D como en piscina 3D)

Ventajas del dique verticales frente al dique en talud La reduccin importante de la cantidad de material procedente de cantera, lo que permite:- Minimizar los impactos ambientales.- Disminuir la afeccin al entorno, esto es, en las instalaciones portuarias, a la poblacin,en la red viaria, etc.- Ahorro de costes. La rapidez en la construccin. El buen comportamiento ante el oleaje en las fases constructivas. El permitir el atraque en el lado interior. El que puedan ser desmantelados ms fcilmente que los diques en talud.



Desventajas de un dique vertical

La rotura de la ola sobre paramentos verticales transmite a stos unos esfuerzos muyimportantes, lo que hace que los diques verticales son ms adecuados para caladossuperiores a aqullos en los que se produce la rotura de la ola.

Reflejan la energa del oleaje de forma prcticamente total por lo que puedencomprometer la funcionalidad del canal de entrada, antepuerto y drsena comoconsecuencia de la agitacin que produce la reflexin del oleaje. No obstante, se puedendisear diques verticales con una geometra que disminuya este efecto.

Transmiten importantes cargas al terreno. En los diques verticales con cajones de granpuntal -por encima de 30 m-, los picos de la carga sobre la banqueta de cimentacinsuperan 1 MPa.

La necesidad de contar con ventanas para el fondeo de los cajones y posterior relleno.



Proceso constructivo

Dragado del terreno natural con objeto de eliminar suelos que no tengan la suficiente capacidadportante y/o mejora del terreno de cimentacin.

Colocacin de la banqueta de cimentacin, que permite:- Transmitir las cargas de los cajones al terreno.-Proporcionar una superficie regular para el apoyo de los cajones.- Limitar el puntal de los cajones en zonas de gran calado.- Evitar la socavacin del terreno natural.

Enrase de la superficie de la banqueta de cimentacin.

Fabricacin y transporte de los cajones.

Fondeo de los cajones.

Relleno de las celdas y de las juntas.

Manto de proteccin de la banqueta de cimentacin y colocacin de los bloques de guarda.

Espaldn y superestructura.



Algunos aspectos del proceso constructivo

Antes de fondear el cajn, se comprobar que el enrase est en buenas condiciones. Es frecuente que la accin de oleajes moderados provoque alteraciones de la superficie de la banqueta, especialmente en la zona contigua al ltimo cajn fondeado.

El enrase inadecuado, por defecto de construccin o acciones del oleaje o corrientes, puede provocar la rotura del cajn que se fondea; rotura que se produce con mayor probabilidad durante el proceso de llenado de las celdas.

El fondeo no se realizar hasta que el hormign haya adquirido la resistencia necesaria

Los transportes de los cajones a grandes distancias requieren:- Estudio del remolque.- Obtencin de permisos para el remolque- Realizacin del remolque contemplando puertos o zonas de abrigo en el caso de temporal cuando la duracin del transporte exceda del tiempo para el que se dispone de previsionesdel clima martimo.- Colocacin de tapas.

Zonas abrigadas donde resguardar los cajones si fuera necesario en las proximidades del lugar de fondeo. Se debe tener en cuenta que el cajn trasportado por un remolcador a travs de un cable de remolque -habitualmente con una longitud entre 500 m y 1.000 m-tiene que ser transferido al equipo de fondeo, lo que no se puede realizar con Hs > 1 m.



A ttulo orientativo se puede considerar que:

Velocidades del viento superiores a 5 m/s dificultan la operacin de fondeo. Reducir elfranco-bordo del cajn disminuye la influencia del viento, que aumenta los esfuerzos enanclas y cabrestantes.

Velocidades de la corriente superiores a 0,5 m/s dificultan el fondeo de los cajonesy deben ser tenidas en cuenta al disear el proceso. Puede ser conveniente instalarcorrentmetros para su medicin, variando su posicin a medida que avanza la construccin del dique. La propia estructura del dique en construccin puede modificar las direcciones y velocidades de las corrientes.

Alturas de ola significante mayores de 1 m y/o perodos superiores a 8 segundosdisminuyen la precisin con la que se puede hacer el fondeo, y con altura de olasignificante mayor de 1,5 m y/o perodos superiores a 10 segundos los cajones no sepueden fondear.



ESQUEMA DE FUERZAS

HidrostticaHidrodinmica (oleaje). Presin horizontal, Subpresin verticalPeso propio

FACTORES DE SEGURIDAD

FS=Accin que detiene el problema/Accin que genera el problema

Accin que detiene el problema > Accin que genera el problema

FS > 1.0



1.5b wP gH=

w

ACCIONES/DISTRIBUCIN DE PRESIONESFrmula de Hiroi (1919)

Distribucin homognea de presiones, Pb, que se extiende desde 1.25 H sobre el SWL de diseo, hasta el pie del cajn (o un calado 2 H)

;densidad del agua de marH ;altura de ola incidente de diseo

No incluye las altas presiones asociadas al impacto de olas rompientes sobre lapared (Hiroi razon que, aunque de muy elevada magnitud, estas altassobrepresiones posean una duracin tan corta que no era probable quedaasen la estructura).

3/03.1 mtong ww ==



Esta frmula se obtuvo esencialmente para aguas someras, en las que H venalimitado por el calado (Hiroi recomendaba usar H=0.9 h)Ha sido ampliamente utilizada pues la mayora de diques verticales en Japn hastabien entrados los 80 se han proyectado con ella.Con la introduccin de la distribucin probabilstica del oleaje (aos 50) se plantequ H usar en la frmula de Hiroi. Basndose en la experiencia de diseos previos,se acord utilizar H=Hs.A pesar de la simplicidad de la frmula (no incluye numerosos parmetros, como T,presiones de impacto, etc.) su uso extendido en Japn y la ausencia de averasimportantes en los diques as proyectados, muestran que es una formulacin robustay fiable para un primer tanteo.La primera alternativa bien aceptada a esta frmula fue la de Sainflou (1928).



2 coshwgHpKh

=

3 ( )w op g H =

2 coshwgHpKh

=

Frmula de Sainflou (1928)

La frmula de Sainflou se basa en la teora de 2 orden parcialmente, aplicada a ondas(no rotas) que se reflejan (no rompen) en una pared vertical. Las presiones correspondenpor ello a ondas trocoidales estacionarias que no rompen. Las distintas presiones y lasobre-elevacin del SWL, o, se escriben:

Seno

1 2( )( ) ( )w o op p gh H h H = + + + +Cresta

( )2

cothoH KhL

=2KL

=3/03.1 mtong ww ==



Con la introduccin del oleaje probabilstico se plante tambin qu H usar en la frmula, sin llegarse a alcanzar un consenso generalizado. El comportamiento de la frmula, a partir de diques construidos en Japn, muestra que subestima las presiones bajo condiciones de tormenta energtica.Por ello se recomienda, si se emplea esta frmula, sustituir las presiones de Sainflou por las de Hiroi en la zona

alrededor del MWL de diseo (Sainflou modificado).2H



Esta frmula, as modificada, permita considerar parcialmente el efecto de olas rompiendoaunque fuese en calados grandes.El uso de la frmula de Hiroi para calados reducidos y olas rompientes y la de Sainfloumodificada (aceptando el efecto de la rotura parcial) para calados grandes y olas quasi-estacionarias, ha sido la prctica habitual de diseo hasta los 80, al menos en Japn.En resumen,Olas rotas (calados reducidos) HIROIOlas no rotas (calados grandes) SAINFLOURotura parcial SAINFLOU+HIROI



Frmula de Goda (1974)Ante la inquietud de obtener una frmula vlida tanto en condiciones de rompientes como no(estacionarias) surgen varias propuestas.

Desde el punto de vista de la ingeniera prctica, el uso de dos formulaciones diferentespara ambos tipos de presin plantea problemas notables:Para diques de una longitud apreciable, las secciones cercanas a la orilla se proyectan con lasfrmulas de olas rompientes y las secciones alejadas con las frmulas de olas estacionarias.

En las secciones intermedias, segn se use una frmula u otra, se pueden producir saltosde hasta el 30% (eg con las expresiones de Hiroi y Sainflou). Esto obliga a saltos eg. en laanchura del cajn (lo que va contra la intuicin del diseo ingenieril).

El determinar la seccin a partir de la cual se cambia de formulacin es asimismo complejo ydepende eg. del clima de oleaje seleccionado.

Las frmulas de (Goda 73, 74), basadas en ensayos de laboratorio y comprobadas condiseos reales (13 casos de diques verticales sin daos bajo tormentas intensas y 21 casosde diques verticales con desplazamientos apreciables) son otro intento de frmulasuniversales, revisadas crticamente por el cuerpo de ingenieros en Japn y que constituyeronla prctica recomendada para este pas a partir de los 80. Posteriormente se comprobarque en los casos de rotura, su expresin minimiza los esfuerzos y se aleja de la seguridad.



{ } { }

( )

max max 1250

1 1250 3

43

00

min , min ,

1.80

0.17 1 exp 1.50 1 15tan

Diseo propagada rotura b

bb

H H H H H

H H

hH LL

=

=

= +

[ ]* 0.75 1 cos DiseoH = +

[ ]

[ ]

21 1 2

12

3 3 1

1 3

0.50 1 cos cos

2cosh

0.50 1 cos

w D

u w D

p gH

pph

Lp pp gH

= + +

=

=

= +

2

1

2

2

3

20.60 0.5sinh 2

2min ,3

' 11 1cosh

b D

b D

KhKh

h d H dh d H

hh Kh

= +

=

=

13

5 tanbh h H = +3/03.1 mtong ww ==



El ngulo de incidencia de las olas se mide como el ngulo entre la direccin de propagacin y lanormal al dique. Disminuye la presin del oleaje (respecto a inci-dencia normal) particu-larmentecuando las olas no rompen. Se recomienda, por ello, en caso de incidencia oblicua, rotar el oleajeincidente al menos 15 hacia la direccin incidencia normal (debido a la incertidumbre en laestima de direcciones visuales y a la propia dispersin en la direccin del oleaje).El coeficiente 1 representa el efecto del periodo de las olas en la presin ejercida por eloleaje. El coeficiente 1 vale 0.6 (valor mnimo) para olas en aguas profundas y 1.1 (valor mximo)para olas en aguas someras.El coeficiente 2 representa el aumento en las presiones por la presencia del talud decimentacin.Tanto 1, como 2, han sido empricamente formulados a partir de resultados de laboratorio.El coeficiente 3 se ha obtenido asumiendo simplemente una distribucin lineal de presiones.Los esfuerzos de flotacin se calculan a partir del peso del volumen desplazado bajo el SWL dediseo, suponiendo distribucin lineal de subpresiones actuando sobre la base del cajn.La subpresin en el pie, pu, se establece menor que la presin en la cara vertical junto al pie p3pues las comprobaciones con diques reales muestran que tomar pu=p3 conduce a unasobreestimacin de las solicitaciones ejercidas por el oleaje.



Caractersticas principalesElemento monoltico, de gravedad, que resiste por peso propio. El elemento en general lo compone un cajn aligerado mediante celdas (25% volumen hormign armado, 75% huecos).Es apropiado para suelos no cohesivos (suelos compuestos de rocas, piedras, gravas, arenas) de elevada capacidad portante. En terrenos cohesivos (suelos arcillosos y limosos) hay que mejorar el terreno (dragado, vibroflotacin, sustitucin, precarga, columnas de grava, ...).Obra interior ptima para calados a partir de 10 m (



Recomendaciones



BIBLIOGRAFA RECOMENDADAGoda, Y.(2000). Random Seas and Design of Maritime Structures (2nd edition).Advanced Series on Ocean Engineering (vol 15). World Scientific Publishing Company.ISBN-10: 981023256XISBN-13: 978-9810232566Negro V., Varela O., Garca J.H. y Lpez, J.S.(2001). Diseo de diques verticales.Coleccin Senior No. 26. Editado por el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales yPuertos.ISBN: 84-380-0182-3

Puertos del Estado (2009). ROM 1 . 0- 09 Recomendaciones del diseo y ejecucin delas Obras de Abrigo.ISBN:978-84-88975-73-7

Nmero de diapositiva 1Nmero de diapositiva 2Nmero de diapositiva 3Nmero de diapositiva 4Nmero de diapositiva 5Nmero de diapositiva 6Nmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Nmero de diapositiva 18Nmero de diapositiva 19Nmero de diapositiva 20Nmero de diapositiva 21Nmero de diapositiva 22Nmero de diapositiva 23Nmero de diapositiva 24Nmero de diapositiva 25

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