OBRAS MARÍTIMAS Y PORTUARIAS
TEMA IV. TIPOLOGÍA Y DESCRIPCIÓN DE LAS OBRAS MARÍTIMAS Y PORTUARIAS: 3. Diseño de diques en talud Jose Anta Álvarez
UNIVERSIDADE DA CORUÑA
ESCOLA TÉCNICA SUPERIOR DE ENX. CAMIÑOS, CANLES E PORTOS
INTRODUCCIÓN OBJETIVOS:
• Presentar los criterios generales de diseño de diques en talud. • Presentar las principales fórmulas de estabilidad del manto. • Definición de la sección tipo de un dique en talud.
INTRODUCCIÓN OBJETIVOS:
• Presentar los criterios generales de diseño de diques en talud. • Presentar las principales fórmulas de estabilidad del manto. • Definición de la sección tipo de un dique en talud.
INTRODUCCIÓN BIBLIOGRAFÍA DEL CAPÍTULO: • Diseño de diques rompeolas. Vicente Negro. Colegio de Caminos, Canales y Puertos • Programa ROM. Recomendaciones para Obras Marítimas. Puertos del Estado. http://www http://www.puertos.es/progra .puertos.es/programa_rom/index.html ma_rom/index.html • Coastal Engineering Manual US Army Corps of Engineering. http://chl.erdc.usace.army http://chl.erdc.usace .army.mil/chl.aspx?p=s&a=A .mil/chl.aspx?p=s&a=ARTICLES;104 RTICLES;104 • Documentos de Referencia. Vol 3. Obras. GIOC. Universidad de Cantabria • Handbook of Port and Harbor Engineering. Tsinker, 1997. Chapman & Hall
ÍNDICE 1. IN INTR TROD ODUC UCCI CIÓN ÓN 2. ESTAB ESTABILI ILIDA DAD D DEL DEL MA MANT NTO O 1. Int Introd roducc cció ión n 2. Defini Definició ción n del del nivel nivel de daño daño 3. Fórmu Fórmulas las para para análi análisis sis de de estabi estabilid lidad ad 3. PROCED PROCEDIMI IMIENT ENTO O DE DISEÑO DISEÑO 1. Secc Secció ión n Tip Tipo o 2. Defini Definició ción n de de los los eleme element ntos os de de la sección transversal
INTRODUCCIÓN Estructura compuesta por capas de piedras (todo en uno) cubiertas por una o varias capas de material seleccionado (unidades de manto) 1. MANTO PRINCI P RINCIPAL PAL 2. MANTO SECUNDARIO (FILTRO) 3. NÚCLEO BARLOMAR (expuesto)
CORONACIÓN
SOTAMAR (abrigado)
máx NAT 1 PIE
2
3
INTRODUCCIÓN
sección convencional en I.Portuaria (“dique de escollera de Iribarren”)
INTRODUCCIÓN
Coastal Engineering Manual
INTRODUCCIÓN
España 80% diques en talud, el resto mixtos o verticales Tendencia se invierte: • Impacto ambiental • Reducción de costes • Fiabilidad de métodos de cálculo
INTRODUCCIÓN
Cantábrico: Mayor presencia de diques talud Mediterráneo/Canarias: Mayor número de diques verticales
Avances en la Construcción de diques de Abrigo en España . Grau, J.I. III Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas
INTRODUCCIÓN
Avances en la Construcción de diques de Abrigo en España . Grau, J.I. III Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas
INTRODUCCIÓN
Avances en la Construcción de diques de Abrigo en España . Grau, J.I. III Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
Funcionamiento frente oleaje:
Diques en talud:
Rompeolas. != 0.2 – 0.6
Diques verticales: Reflejantes. != 1 Modo de fallo:
Diques en talud:
Rotura gradual
Hd=Hs
Diques verticales: Rotura instantánea Hd=Hmax
INTRODUCCIÓN
Esquema de rotura de diques en talud y verticales
Coastal Engineering Manual
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. ESTABILIDAD DEL MANTO 1. Introducción 2. Definición del nivel de daño 3. Fórmulas para análisis de estabilidad 3. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 1. Sección Tipo 2. Definición de los elementos de la sección transversal
ESTABILIDAD EL MANTO MODOS ROTURA DIQUES TALUD EROSIÓN DEL MANTO / BERMA
Negro (2008)
ESTABILIDAD EL MANTO MODOS ROTURA DIQUES TALUD EROSIÓN DEL MANTO / BERMA INESTABILIDAD DEL FILTRO GEOTÉCNICAS - Deslizamiento manto - Espaldón, berma, - Estabilidad global, substrato, !
!
Negro (2008)
ESTABILIDAD EL MANTO MODOS ROTURA DIQUES TALUD EROSIÓN DEL MANTO / BERMA INESTABILIDAD DEL FILTRO GEOTÉCNICAS - Deslizamiento manto - Espaldón, berma, - Estabilidad global, substrato, CAPÍTULO 4 - ROM 0.5-05 !
ESTABILIDAD EL MANTO MODOS ROTURA DIQUES TALUD EROSIÓN DEL MANTO / BERMA INESTABILIDAD DEL FILTRO GEOTÉCNICAS - Deslizamiento manto - Espaldón, berma, - Estabilidad global, substrato, MECÁNICAS !
Coastal Eng. Manual
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD FÓRMULAS ESTABILIDAD: - Imposible analizar todas las fuerzas e interacciones - Fórmulas semi-empíricas - Base determinista - Validadas en laboratorio
INPUTS
CAJA NEGRA
MOVIMIENTO DEL MANTO
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD FÓRMULAS ESTABILIDAD Planteamos ratio entre FDEST y FESTABIL FL
FD
F D + F L W '
1 " V 2 (C + C ) A 2 2 " wV Dn w D L 2 ! ! g( " s # " w )Vol g( " s # " w ) Dn3 !
N s
W’
=
V 2n g$ Dn
!
H $ Dn
H $ Dn
Principio de relaciones monomias N s
H =
! Dn
a
b
c
" K 1 K 2 K 3 # ##
¿Qué variables usamos para definir Ns?
ESTABILIDAD EL MANTO 2. CRITERIOS DE DAÑO
Dos formas de medir el daño
Número de ud removidas relacionado con temporal de diseño
Área erosionada Habitualmente se adimensionaliza el daño
Número de ud removidas / ancho de dique Área erosionada / Área del perfil original Área erosionada / Área activa
ESTABILIDAD EL MANTO
ESTABILIDAD EL MANTO CRITERIOS DE AVERÍA
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INICIO DE AVERÍA: Huecos > np en manto principal. AVERÍA DE IRIBARREN: Oleaje en 2ª capa del manto. INICIO DE DESTRUCCIÓN: IA en 2ª capa del manto. DESTRUCCIÓN: Extracción de piezas del manto secundario .
DIQUES NO REBASABLES > El daño se concentra alrededor del NM. Relación
Cot alfa
IA
AI
ID
D
1.5
1.0
2.5
6.5
12
2.0
1.5
3.0
8.0
14
3.0
2.5
3.5
9.5
16
4.0
3.0
4.0
11.0
18
5.0
3.0
4.0
11.0
18
S - Tipo avería f (alfa).
ESTABILIDAD EL MANTO
3. FÓRMULAS PRÁCTICAS PARA EVALUAR LA ESTABILIDAD DEL MANTO Tendremos que considerar:
•
Tipo de unidad de manto
ESTABILIDAD EL MANTO
• • • •
Tipo de unidad de manto Condiciones de oleaje (rompiente o no rompiente) Cota de la berma respecto a Ru y SWL Espaldón
• •
Nivel de daño Sección de análisis (morro / tronco)
ESTABILIDAD EL MANTO
Fórmula Hudson Hasta 1930 todo por comparación : muchas averías Desarrollo de fórmulas empíricas basadas en modelización física de los diques sometidos a acción oleaje. Fórmula Iribarren (1936) – Hudson (1954) 3
W ( ton)
H ! r =
3
(Sr " 1) K D cotan(# )
ESTABILIDAD EL MANTO 3
W ( ton)
W:
H ! r =
3
(Sr " 1) K D cotan(# )
3
;W ( kN )
H $ r =
3
(Sr " 1) K D cotan(# )
peso ud manto
"r o #r : densidad (t/m3) o peso especifíco (KN/m 3) de la ud de manto
H:
altura de ola de diseño H 1/10= (H1/10=1.27$Hs)
Sr-1: ("r / w -1) o (" r / " w -1) ; "w =1.03 t/m3 o # w =10.3 KN/m3 %:
ángulo del talud
1 cotg %
KD:
coeficiente de estabilidad (Resto de parámetros)
ESTABILIDAD EL MANTO
ESTABILIDAD EL MANTO Criterio de daño
SPM (1984)
ESTABILIDAD EL MANTO Criterio de daño: dispersión muy elevada
ESTABILIDAD EL MANTO
Fórmula Van der Meer para escollera
ESTABILIDAD EL MANTO MORRO Y QUIEBROS: flujo altamente 3D
Coastal Engineering Manual
ESTABILIDAD EL MANTO
- Fórmulas específicas y Hudson modificada - La práctica recomienda incrementar el valor del peso 1-4 veces el del tronco - Práctica habitual reducir el talud del morro W morro
=
K ·W tronco
+ info: Maciñeira, 2004
ESTABILIDAD EL MANTO BONDAD DE LAS FÓRMULAS
• Ajustan mejor si el dique es permeable • Hs de diseño: Hs a pie de dique • Influencia profundidad: Obras de gran profundidad (>10 m) requieren uds hormigón. • Cubos rotura más frágil (incrementan porosidad en zona de movimiento y reducen en zona baja, donde se almacenan uds) ¿Se ajustan las fórmulas de cálculo del manto a los diques existentes?. Negro, V. III Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas
ESTABILIDAD EL MANTO RECOMENDACIONES
• Emplear bloques paralepipédicos (1x1x1.3), funcionan mejor que cubos (mayor porosidad, disipación energía, menor rebase). • Se recomienda realizar ensayos de laboratorio para comprobar resultados de fórmulas empíricas • Emplear formulaciones que contemplen niveles de daño • Fórmula de Hudson. Funciona bien con cubos y bloques, por lo que se recomienda emplear Hs en aguas profundas. Con escollera más dispersión por lo que se recomienda emplear H1/10 en vez de Hs. En aguas someras emplear siempre H1/10 ¿Se ajustan las fórmulas de cálculo del manto a los diques existentes?. Negro, V. III Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas
ESTABILIDAD EL MANTO COMPARACIÓN DE LAS FÓRMULAS
¿Se ajustan las fórmulas de cálculo del manto a los diques existentes?. Negro, V. III Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas
ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. ESTABILIDAD DEL MANTO 1. Introducción 2. Definición del nivel de daño 3. Fórmulas para análisis de estabilidad 3. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO 1. Sección Tipo 2. Definición de los elementos de la sección transversal
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD
4. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO El diseño se realiza en función del elemento más pesado: las unidades del manto principal •Cota y ancho coronación •Espesor de los mantos •Número de elementos •Berma de pie •Filtro
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD PROCEDIMIENTO DE DISEÑO : Sección tipo REBASABLE. OLEAJE ROMPIENTE. AMBOS LADOS
SPM (1984)
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD PROCEDIMIENTO DE DISEÑO : Sección tipo NO REBASABLE. OLEAJE NO ROMPIENTE.
SPM (1984)
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD PROCEDIMIENTO DE DISEÑO : Sección tipo
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD COTA Y ANCHO DE LA CORONACIÓN 1/ 3
B
=
nK "
# W $ % ! & r
B: Ancho n: número de cantos (n>=3) K !
: coeficiente de manto (indica el espesor del canto en función de
arista del cubo equivalente)
3
W=D · ! r
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD ESPESOR DEL MANTO, Nº de UD’s 1/ 3
e
=
# W $ nK " % & ! ' ( r
e: Espesor n: número de cantos (n=2 elementos prefabricados, n=3 escollera)nto K !
P
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD 3. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO : Geometría ESPESOR DEL MANTO, Nº de UD’s
N ud
=
! ! ( "
e A ! r 1 P /100
1
) W
1/3
e
=
$ W ' nK # &% ! ) ( r
* , , + N , , -
A: Superficie del manto Espesor P: Porosidad del manto (en %)
ud
2/3
=
$ ! ' A ! n ! K # (1 " P /100 ) &% W ) ( r
P
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD MANTO SECUNDARIOS: CONDICIÓN DE FILTRO Criterio de retención de finos: Condición de filtro D15(encima) ! 5!d85 (debajo)
El primer manto secundario con n>=2 Habitualmente W/10 a W/20
Criterio de permeabilidad (debe ser gradual): D15(encima) ! 4 a 5!d15 (debajo)
Criterio de estabilidad interna (si el filtro presenta una mala gradación se producirán pérdidas que repercuten en su propia estabilidad): D60( filtro) ! 10D10 (base)
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD + CONDICIONES En función de la permeabilidad de Van der Meer
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD CORONACIÓN Diferentes tipologías, con o sin espaldón
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD CORONACIÓN Cálculo del espaldón complejo. Métodos aproximados en Cap VIII de Negro y Varela (2008). (Diseño Diques Rompeolas, Colección Seinor). Estimación de la cota de coronación.
!
1,5 a 2 H s
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD PIE ESTRUCTURA Y BERMA DE MANTO Comprobar si condiciones de rompiente o no
en aguas someras no hay reducción de W
en oleaje no rompiente se puede reducir W
DISEÑO DE DIQUES EN TALUD