Documento 91291

DEPARTAMENTO
DE
INGENIERÍA
E
INFRAESTRUCTURA DE LOS TRANSPORTES
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA
Unidad de Ingeniería Marítima
LABORATORIO DE PUERTOS Y COSTAS
EXAMEN ORDINARIO DE LA ASIGNATURA
PUERTOS Y COSTAS
(4º ETSICCP)
(5 – Julio – 2004)
duración: 75 minutos
Aclaraciones:
§
§
§
§
§
§
§
§
Contestar y/o desarrollar las ideas de forma breve y ordenada
La contestación debe definir el aspecto o aspectos más importantes del concepto y/o pregunta
Si no es posible describir todos los aspectos, centrarse en los más importantes.
No se admiten aclaraciones.
En caso de pregunta errónea, explicar el error-duda y contestar la pregunta correctamente definida.
No se permite utilizar apuntes, libros, etc.
Utilizar el espacio reservado para contestación.
Indicar: Apellidos, Nombre ( con letra clara) y firmar en todas las hojas
1.- Contesta / define brevemente (2 puntos)
a) Operatividad según la ROM 0.0
Es el valor complementario de la probabilidad de parada en la fase de proyecto frente a todos los modos de
parada principales adscritos a todos los estados límite de parada. En el ámbito de la ROM 0.0, esta
probabilidad se denomina operatividad (o nivel de operatividad) del tramo frente a los estados límite de
parada. 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. (Textualmente nota al pié página 153,
Capítulo 9, tomo II Puertos y Costas)
b) Relación: periodo de retorno – nivel de riesgo
Periodo de retorno es el intervalo medio de tiempo en que un valor determinado de una variable es superado
una sola vez; es decir, el tiempo medio entre dos excedencias consecutivas de dicho valor.
Nivel de riesgo es la Probabilidad de presentación del temporal máximo durante la vida útil de la obra.
Puesto que las obras marítimas se proyectan para que permanezcan en servicio un tiempo como mínimo igual
a la vida útil de la obra, deberá fijarse el nivel de riesgo. L. E. Borgman en 1963 estableció una metodología
que permite conocer el riesgo de que durante la vida previsible de la obra sea superada la altura de ola de
cálculo.( Es decir, que se produzcan averías o destrucción total según el tipo de obra (rígida o deformable).La
probabilidad de que se produzca al menos alguna excedencia en los v años de vida útil de la obra es:
E = 1 − [F ( X )]
v

1
= 1 − 1 −
TR

v
v
−

T , v >> E
 como
 R → E = 1 − e TR

[TR = −
v
]
ln (1 − E )
c) Fetch
El concepto de fetch se asocia a un punto de previsión a la superficie de agua en que actúa un viento
homogéneo y estacionario, generador de un oleaje capaz de propagarse hasta el punto de previsión
considerado. Por extensión se denomina fetch a la superficie de agua donde actúa viento capaz de generar
oleajey se usa simplificadamente para definir la longitud del área de generación en la dirección del viento
(LF ), lo cual es correcto en áreas oceánicas donde el efecto de la anchura del fetch en la generación y
desarrollo del oleaje es despreciable al ser del mismo orden de magnitud que la longitud correspondiente.
d) “Seiches”
Las oscilaciones de resonancia de largo periodo (de unos pocos minutos a varias horas) que se producen en
grandes lagos o embalses extensos se denominan “seiches”. En estas condiciones, los embalses se encuentran
en profundidades reducidas y para ondas extremadamente largas se puede asumir en la práctica que los
bordes inclinados son significativamente reflejantes.
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2.- El siguiente gráfico es un registro de oleaje. a) Obtener los siguientes valores: H s, H 1/10,
Hmax, T1/3, T s (periodo referido a H s) b)Procedimiento para obtener H mo, H mrs y T p (2 puntos:
a)=1 punto; b)=1 punto)
altura ola (cm)
Registro de altura de ola
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
-10
Ola 1
Ola 2
Ola 3
Ola 4
Ola 5
Ola 6
Ola 7
Ola 8
Ola 9
T8
T9
Ola 10
T10
T5
T1
T4
T2
T6
T3
T7
H10
H1
H2
H3
H5
H6
H4
35 36 37 38 39
H7
H8
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
H9
50 51 52 53 54 55
tiempo (s)
Considerando el criterio de pasos ascendentes por cero (también podría haberse empleado el de cresta a cresta u
otro), se han definido las olas sucesivas del registro. Se han identificado 10 olas, siendo los valores de alturas y
periodos de las mismas los siguientes:
H (cm)
T (s)
ola1
8.3
2.0
ola2
13.2
1.5
ola3
13.5
2.1
ola4
10.2
1.7
ola5
13.0
1.6
ola6
12.0
1.8
ola7
12.0
2.4
ola8
10.7
1.9
ola9
13.0
2.2
ola10
13.6
1.8
ola7
12.0
2.4
70%
ola8
10.7
1.9
80%
ola4
10.2
1.7
90%
ola1
8.3
2.0
100%
Ordenando las alturas de ola de mayor a menor:
H (cm)
T (s)
% acumulado
ola10
13.6
1.8
10%
ola3
13.5
2.1
20%
ola2
13.2
1.5
30%
ola9
13.0
2.2
40%
ola5
13.0
1.6
50%
ola6
12.0
1.8
60%
La distribución de alturas de ola del registro y los valores solicitados quedan:
Distribución alturas de ola
Hs =H1/3 =13.3 cm
H(%=33.3)=13.1 cm
Hmax=H1/10 =13.6 cm
T1/3 = 2.2 s
T(%=33.3)=2.1 s
Ts =1.6 s
Hmo =4·raiz(m0 )= 11.9 cm
m0 = varianza = 9
Hrms = [raiz(2)/2] · Hmo = 8.4 cm
14.0
13.5
13.0
12.5
H (cm)
12.0
11.5
11.0
10.5
10.0
9.5
9.0
8.5
8.0
% acumulado
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El valor de Tp se obtendría del análisis espectral del registro como el periodo
asociado a la componente más energética.
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3.- Variabilidad estacional del perfil transversal de una playa. Explica las causas y fenómenos
que la producen. (2 puntos)
A lo largo del año medio el perfil transversal de equilibrio sufre diversas modificaciones en respuesta a los diversos
oleajes que inciden sobre la costa, pasándose así de un perfil de verano, o calmas, a un perfil de invierno, o temporales.
La formación del perfil se explicará en función del oleaje y su progreso hasta la línea de costa.
A partir del punto de rotura el perfil toma otra pendiente, ya que la rotura se traduce en una destrucción de la energía
potencial de la ola, de la que parte se transforma en turbulencia y la otra es utilizada en la formación de una onda solitaria
que remonta la pendiente de la playa, hasta que la ola alcanza en su ascenso su máxima cota, este recorrido constituye el
estrán de la playa. En la subida del conjunto de sedimentos y agua, una vez rebasada la línea de rompientes, se produce
un auténtico transporte de masa hacia la playa seca realizándose a velocidad decreciente conforme avanza por el estrán;
parte del agua empapa la arena, filtrándose a su través, retornando el resto al mar; el volumen y la velocidad de la
contracorriente es sustancialmente menor que la del flujo de subida, por lo que mucha de la arena en suspensión se
sedimenta en la línea de costa, formando la berma, provocando el acrecimiento de la playa. Resulta así una pendiente
creciente desde la línea de rotura hasta la línea de costa.
La existencia, o perduración, de un oleaje swell o de calmas hace que entre ola y ola exista suficiente tiempo para que se
produzca la filtración de una gran parte del agua de remonte, por tanto se produzca el efecto de acrecimiento generándose
la berma mencionada, de ahí el nombre de dicho perfil que también recibe los nombre siguientes: PERFIL DE SWELL,
PERFIL DE CLAMAS, PERFIL DE BERMA, PERFIL DE VERANO o PERFIL REFLEJANTE
En época de temporales la situación cambia radicalmente, al ser
las olas más grandes, tienen un mayor volumen y por lo tanto se
lanza más agua en la rotura, por lo que la arena de la superfic ie
de la playa pronto se satura. Al coincidir, casi, el nivel freático
con la superficie la filtración resulta casi imposible y toda el
agua que avanza debe retroceder completamente, aumentando
así las velocidades de retorno, generándose una mayor
turbulencia cuando esta agua en retroceso se encuentra con el
siguiente seno. Se producen grandes fuerzas erosivas en el
sedimento cercano a la base de la playa, que está casi en
suspensión debido a la corriente de agua de retorno al mar. El
agua de retroceso, cargada de sedimentos en suspensión, pierde velocidad a cierta profundidad originando un depósito,
por lo que surge una barra de arena a cierta distancia de la línea de costa, esta barra tiene un efecto de defensa ya que
disipa energía y evita la erosión completa de la playa.
Además del efecto de formación de la barra, se producen otros que ayudan a la configuración del perfil de equilibrio en
temporales ante la mayor altura de ola (energía): 1) aumenta la pendiente en la playa sumergida; 2) retrocede , hacia mar
abierto, del punto neutro y de la línea de rotura; 3) disminuye la pendiente en el estrán, alargándose, debido a las fuertes
corrientes de retorno y turbulencia y 4) la línea de costa retrocede produciéndose una falsa erosión de la playa seca.
Este perfil se denomina, además, de las siguientes formas: PERFIL DE SEA, PERFIL DE TEMPORALES, PERFIL DE
BARRA, PERFIL DE INVIERNO o PERFIL DISIPATIVO.
4.- Efectos del grado de permeabilidad del núcleo de un dique en talud. (1punto)
La permeabilidad del núcleo afecta a la estabilidad de los elementos del manto (mayor permeabilidad del núcleo implica
mayor estabilidad), al remonte y descenso (mayor permeabilidad implica menores elevaciones y descensos) y a la
transmisión de energía a través del dique. La permeabilidad aumenta con el tamaño de los huecos y no puede ser
modelada correctamente con la similaridad de Fraude (es necesario aumentar la escala geométrica de las capas de menor
tamaño para reducir los efectos de escala (En prototipo hay flujo turbulento, existiendo flujo laminar en el modelo).
En general, resulta deseable un núcleo permeable (canto mínimo grande) y compacto (piedras angulosas y gradadas). La
permeabilidad puede generar una transmisión de energía no deseable, pero la falta de permeabilidad puede ocasionar
deslizamientos en el manto. La resistencia de un suelo sin cohesión es σ = (σ-u) tg ϕ, donde u es la presión intersticial que
si se aproxima a σ tiende a su fluidificación (resistencia nula). Hay que tener presente que la rotura del oleaje en zona
saturada puede aumentar la presión intersticia l provocando su deslizamiento. Por otro lado, la existencia de ondas de
presión periódicas (oleaje y sismo) sobre el suelo marino granular puede provocar una presión intersticial permanente que
reduzca la capacidad portante de la cimentación.
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5.- Indica las respuestas correctas (1.5 puntos)
Nota: cada pregunta tiene 4 opciones, por lo que cada acierto se corresponde con ¼ de
la pregunta y por cada fallo se descontará ¼ .
Los modelos de caracterización del oleaje se clasifican en función de la escala de tiempos considerada,
q
a) estando la caracterización del oleaje a corto plazo referida a un estado de mar (proceso cuasi-estacionario
estacional), distribuyéndose las alturas de ola según la función de distribución de Rayleigh.
þ
b) siendo habitual en los regímenes extremales, ampliar los datos existentes con resultados obtenidos de la
estimación de oleajes pasados a partir de datos de campos de presiones y/o vientos, para minimizar las
incertidumbres en las proyecciones a largo plazo
þ
c) el clima marítimo (caracterización a medio plazo) pretende la descripción estadística de diferentes estados de mar
en el año medio, que para las latitudes españolas es del 22 de junio al 21 de junio del año siguiente.
þ
d) en la caracterización del oleaje a medio plazo es importante definir el régimen de persistencias, por lo que es
necesario disponer de información relativa a la duración de los temporales.
En las transformaciones del oleaje que tienen lugar en la propagación del mismo:
q
a) el asomeramiento y la refracción se producen ante la existencia de obstáculos sólo cuando la profundidad relativa
(d/L) es pequeña, en la condición de profundidades reducidas.
q
b) la reflexión del oleaje en diques verticales producirá amortiguamiento de las ondas incidentes sobre las playas
adyacentes disminuyendo los procesos erosivos en las mismas
q
c) la difracción se explica considerando la existencia de una cesión lateral de energía del oleaje, produciendo
fenómenos de resonancia en las bocanas de los puertos y entrada de canales de navegación
q
d) la refracción del oleaje “frena” el avance de los frentes de ola en las zonas de mayor profundidad produciendo el
giro de los mismos a medida que van avanzando tendiendo a colocarse paralelos a la línea de costa
Una onda de Airy:
þ
a) periódica de forma constante propagándose sobre un fondo horizontal puede ser completamente descrita por su
altura de ola H, su longitud de onda L y la profundidad d.
þ
b) tiene una celeridad, es decir la velocidad de propagación de la forma de onda (de la superficie), que es función
del período de dicha onda, de manera que cuanto mayor es el periodo mayor será la celeridad, por lo que estas
ondas se conocen como dispersivas
q
c) es una onda simple que no posibilita el estudio de oleajes complejos con alturas y periodos de oleaje cambiantes
con el tiempo
q
d) reproduce bastante bien a la realidad en zonas de profundidad relativa (d/L) pequeñas
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6.- Procedimientos para la construcción de diques verticales (1.5 puntos)
El procedimiento constructivo dependerá de la tipolo gía. Atendiendo al tipo de cimentación, los diques verticales pueden
clasificarse en dos grandes grupos: 1) Diques cimentados directamente en el fondo y 2) Diques cimentados sobre macizos
de escollera.
1) Entre los diques cimentados directamente en el fondo podemos distinguir los siguientes: Cajones hincados y
Tablestacas. Los cajones hincados, se basan en cajones flotantes que son hincados en el fondo por medio de aire
comprimido, se utilizan preferentemente como elementos especiales, por lo costoso del procedimiento, para los morros
de los diques, o en el caso de una no muy buena cimentación (ej: Kobe, Málaga). Las tablestacas (pantallas o recintos)
pueden ser de hormigón o metálicas, siendo el procedimiento habitual la hinca por impacto.
2) Los diques cimentados sobre macizo de escollera son los más utilizados, pudiendo distinguir entre los siguientes:
Cajones y Bloques de hormigón.
Para los diques de cajones y bloques, en primer lugar habrá que adecuar, en su caso, los fondos para recibir la
banqueta, o regularizar el propio fondo. En general, la banqueta debe quedar enrasada con el nivel del fondo, por ello
se procederá al dragado de la traza del dique para conformar una caja que reciba la banqueta de cimentación. Las
distintas partes para la ejecución de la banqueta son: Carga de todo uno y escollera (mediante gánguiles), Transporte
marítimo, Posicionamiento y vertido, Control y Enrase.
Cajones. El cajón es un paralelepípedo hueco, con características de flotabilidad que permite transportarlo después de
su construcción. Los sistemas constructivos para la ejecución del cajón son: a) construcción total en tierra, es el
sistema más cómodo, pero precisa de espacio en tierra, un dique seco o un recinto provisional, o en una grada capaz de
soportar la botadura o incluso medios auxiliares para su manejo; b) Construcción parcial en tierra y recrecido a flote;
y c) Construcción directa en el mar, en este caso se necesita un medio capaz de soportar el menos la solera y los
primeros metros de fuste, pues el resto se puede compensar con el hundimiento progresivo del cajón aprovechando el
empuje hidrostático (emplea encofrados deslizantes).
Después de su construcción y transporte hasta donde debe ser ubicado, se realiza el fondeo, para ello se rellena de
agua, hundiéndolo de forma controlada, hasta que se ha colocado correctamente. La altura del cajón se determina de
forma que colocado el cajón este sobresalga alrededor de medio metro sobre el nivel del mar. Sobre los cajones, ya
colocados y con los asientos estabilizados, se coloca el resto de la estructura, losa de cubrición que constituye la
superficie del muelle, y el espaldón. Los cajones pueden ir colocados sobre una banqueta de escollera o directamente
sobre el fondo, una vez regularizado. Una vez ubicado correctamente se rellenan con material granular, salvo la celda
interior, si esta cara va a ser atraque, en cuyo caso se rellenaría de hormigón.
Bloques. Los diques de bloques están
formados por la colocación de bloques
paralelepípedos de hormigón, antes eran
de sillería o mampostería, aparejados
sobre una banqueta de escollera, cuidando
la solidarización entre bloques. Para el
avance de bloques es necesaria una grúa,
que apoyándose, al inicio, en tierra, y
conforme se avanza con el dique ya
construido, irá colocando los bloques. Los
alcances necesarios no son muy grandes,
ya que con 6 o 7 bloques en altura la
sección se completa. En el caso de realizar
el avance con medios exclusivamente
marítimos, puede darse el caso de dique
vertical exento, la grúa se emplazaría en
una pontona.Los bloques los dirige un
submarinista, que indicaría los
movimientos que ha de efectuar la grúa.
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