Obras de protección costera de máxima estabilidad
EDGAR MENDOZA
CARLOS ARMENTA
JAIME ARRIAGA
RODOLFO SILVA ABRIL 2012
Geometría
Oleaje
Materiales
La interacción del ser humano con el mar tiene dos componentes primordiales: su aprovechamiento y la protegerse de él; muchas de las obras que existen y se planean cumplen ambas funciones.
Introducción
Actualmente, la base del diseño de obras de protección costera sobre la base de la interacción entre los sistemas humanos y naturales con los sistemas humanos y naturales parte de dos herramientas
- Manejo integrado de la zona costera
- Diseño por riesgo
Introducción
Proceso continuo y adaptable que consiste en una serie de tareas llevadas a cabo por entidades públicas y privadas que resulta en un grupo de productos y servicios tomados de los recursos costeros disponibles.
En forma simplificada, el MIZC considera, al menos, tres tipos de áreas
- Áreas políticamente administradas
- Áreas ecológicas
- Áreas de demanda
Manejo integrado de la zona costera
Definición de las probabilidades de fallo y parámetros operativos
Diseño por riesgo
ÍNDICES
• Índice de repercusión económica, IRE
(Vida útil)
• Índice de repercusión social y ambiental, ISA
(Máxima probabilidad de fallo)
• Índice de repercusión económica operativo, IREO
(Operatividad mínima en la vida útil)
• índice re repercusión económica social y ambiental operativo, ISAO
(Número medio de paradas operativas)
Diseño por riesgo
IRE: •Costos por reconstrucción de la obra y el cese de operación que ésta supone •Importancia a nivel nacional e internacional y relevancia para el sistema económico
Clasificación:
Obras de repercusión económica
– Baja IRE 5
– Media 6 < IRE 20
– Alta IRE > 20
IRE < 5 6-20 > 20
Vida útil 15 25 50
Diseño por riesgo
ISA: • Posibilidad y alcance de pérdida de vidas humanas • Daños al medio ambiente y al patrimonio histórico-artístico • Alarma social
Clasificación:
Obras con repercusión soc. y amb.
– Nula ISA < 5
– Baja 5 ISA < 20
– Alta 20 ISE < 30
– Muy alta ISA 30
ISA < 5 5 – 19 20 - 29 > 30
Pf 0.2 0.1 0.01 0.0001
Diseño por riesgo
IREO: • Impactos económicos relacionados con la simulataneidad, intensidad y adaptabilidad a la parada de la obra
Clasificación:
Obras de repercusión económica operativa
– Baja IREO 5
– Media 5 < IREO 20
– Alta IREO > 20
IREO < 5 6-20 > 20
Fiabilidad 0.85 0.95 0.99
Diseño por riesgo
ISAO: • Posibilidad y alcance de pérdida de vidas humanas • Daños al medio ambiente y al patrimonio histórico-artístico • Alarma social
Clasificación:
Obras con repercusión soc. y amb. operativo
– Nula ISA < 5
– Baja 5 ISA < 20
– Alta 20 ISE < 30
– Muy alta ISA 30
ISAO < 5 5 – 19 20 - 29 > 30
# de fallos 10 5 2 0
Geometría
Oleaje
Materiales
El diseño de un dique rompeolas comprende la determinación de los elementos siguientes:
•Elevación de la cresta
•Pendiente de los taludes laterales
•Tipo, tamaño y peso de las piezas de la coraza
•Tamaño y espesor de las subcapas o filtros
•Requerimientos del material del núcleo
Perfiles de máxima estabilidad
Perfiles de máxima estabilidad
• Mejorar el entendimiento de la interacción oleaje-talud
• Disipar energía – disminuir la reflexión
• Reducir el movimiento de las piezas del talud
• Mejorar la estabilidad de las estructuras
• Disminuir los factores de seguridad
• Disminuir costos
Perfiles de máxima estabilidad
Talud recto
• Muy reflejante
• Las piezas resisten el oleaje solo con su peso y la trabazón
• Falla dúctil
• Evolución natural de la falla conocida
Talud con berma
• Rotura de piezas por el movimiento
• Grandes cantidades de material
Canal de oleaje ii - UNAM
Largo 37 m
Ancho 80 cm
Altura 1.2 m
Profundidad máxima 75 cm
Altura de ola máxima 30 cm
Periodos desde 0.6 hasta 4 s
Diques en talud no rebasable
Cubos de concreto de 3 cm de
arista
Experimento -1
Modelos y arreglo experimental
Experimentos:
1. Modelo 1 con oleaje regular
2. Modelo 1 con oleaje irregular
3. Modelo 2 con oleaje regular
4. Modelo 2 con oleaje irregular
Ángulo de Incidencia: normal
Periodo: T=1.31s (regular)
Tp=1.57s (irregular)
Calado: 54cm
Experimento -1
Experimento -2
Ángulo de reposo promedio 25° Velocidad de caída 0.34 m/s Porosidad n = 0.4028
Curva granulometrica del material con que se construyó el modelo
ensayado.
99,63
79,63
56,84
14,03
0,000
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
00,511,522,533,544,555,566,577,588,599,51010,
5
1111,
5
12
Diametro [mm]
% q
ue p
asa
Experimento -2
h (m) H (m) T (s) h (m) H (m) T (s)
0.4 0.1 1 0.4 0.1 3
0.4 0.12 1 0.4 0.12 3
0.4 0.14 1 0.4 0.14 3
0.4 0.16 1 0.4 0.16 3
0.4 0.18 1 0.4 0.18 3
0.4 0.1 2 0.4 0.1 4
0.4 0.12 2 0.4 0.12 4
0.4 0.14 2 0.4 0.14 4
0.4 0.16 2 0.4 0.16 4
0.4 0.18 2 0.4 0.18 4
Geometría del modelo y climas de oleaje ensayados
Cotas en m
Experimento -2 Resultados
Evolución de la Reflexión
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 5 10 15 20 25 30
Número de Ensayo
CR
T
T=1, H=10 T=1, H=12 T=1, H=14 T=1, H=16 T=1, H=18
Evolución de la Reflexión
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
20 25 30 35 40 45 50
Número de Ensayo
CR
T
T=2, H=10 T=2, H=12 T=2, H=14 T=2, H=16 T=2, H=18
Evolución de la Reflexión
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
45 50 55 60 65 70
Número de Ensayo
CR
T
T=3, H=10 T=3, H=12 T=3, H=14 T=3, H=16
Evolución de la Reflexión
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
65 70 75 80 85
Número de Ensayo
CR
T
T=4, H=10 T=4, H=12 T=4, H=14
Metodología de cálculo
De manera preliminar
1.Conocida la altura de ola de diseño determinar el punto más bajo de la R2, la pendiente de esta región debe elegirse cumpliendo que su longitud sea entre 2 y 5 veces la altura de ola y no debe cruzar el nivel medio del agua
2. Desde el punto más alto de R2 se traza R1 cuya longitud será entre 2 y 4 veces la altura de ola y se debe garantizar que no exista rebase
3. Desde el punto más bajo de R2 se define R3 con una longitud de entre 4 y 5 veces la altura de ola y termina al alcanzar el fondo
Experimento -3
Dique de grava redondeada de 2’’ de diámetro con
pendiente 1:1.5 del lado expuesto sujeto a oleaje regular
Alturas de ola:
Periodos:
Observaciones generales
• Los perfiles estables disipan energía por fricción en la zona
baja
• La zona intermedia es casi horizontal y ahí rompe el oleaje
• La zona más vertical solo recibe el ascenso de las olas
• La corona del perfil permanece “intacta”
• Un perfil naturalmente estable es “indestructible” para las
condiciones de oleaje que lo formaron o menores