Puertos y Costas

Caudal de sedimentos. Sección tipo. Período de retorno. Máxima presión

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Puertos y Costas (4º)

EXAMEN FINAL - ENERO 2003

(18/1/2003 - 9:00 a.m.)

En caso de considerar el enunciado poco claro o erróneo, explicar el error o ambigüedad, redefinirlo y contestar. Si el enunciado necesita información adicional para ser contestado correctamente, el alumno deberá indicarlo y tomar datos razonables compatibles con el resto del enunciado.

SEGUNDA PARTE:(2.5 horas)

En la figura se indica la posición de la boya escalar de Valencia (h=20 metros). Durante el temporal de la segunda semana de Noviembre de 2001, la boya de Valencia registró picos de Hs= 4 metros los días 11N (Tp=13 seg) y 15 N (Tp=11 seg) con dirección ENE. La ROM 0.3-91 indica para Valencia el siguiente régimen extremal medio: Hs(TR=10años)= 3.8 metros y Hs(TR=100 años)= 4.8 metros

Se pide:

1º.- Caudal de sedimentos transportados durante los picos de temporal en los puntos de la costa A, B y C de la figura.

2º.- Definir una sección tipo en talud para un nuevo dique de abrigo de una nueva zona portuaria comercial en la zona A (Sagunto) con manto de terápodos.

3º.- Periodo de retorno de un temporal que produzca el 10% de daños en el manto principal.

4º.- Máxima presión en el fondo marino de la zona C (h=10).

1º.- Caudal de sedimentos.

El caudal de sedimentos (transporte longitudinal) correspondiente a playas rectas y batimétricas paralelas puede estimarse con la fórmula del SPM(1984) que depende de la altura de ola significante en aguas profundas, Hs0, y el ángulo que forman los frentes de onda y batimétricas en aguas profundas 0.

'Puertos y Costas'

'Puertos y Costas'

Así pues, hay que estimar Hs0 y 0 en los tres puntos indicados (A, B y C) y los dos días indicados.

Como la boya escalar de Valencia está situada a 20 metros de profundidad, tendremos que considerar una cierta refracción inversa del oleaje para estimar el oleaje en aguas profundas.

Dado que la relación Tp/Tm=1.25, los periodos medios Tm correspondientes a los temporales son: Tm(11N)= 13/1.25=10.5 segundos y Tm(15N)=11/1.25= 9 segundos. Para la dirección ENE, la ROM 0.3-91 proporciona los siguientes coeficientes de refracción para la boya de Valencia: KR= 0.90 (T=9 seg.) y KR= 0.79 (T=11 seg.).

Interpolando, podemos considerar un coeficiente de refracción de 0.90 para el 15N y de 0.82 para el 11N. Así pues, la altura de ola significante en aguas profundas resulta:

Hs0(11N)= 4.0/0.82=4.9 metros

Hs0(15N)= 4.0/0.90=4.4 metros

Las playas de A y B parecen orientadas al ESE, por lo que 0=45º. Por consiguiente, los caudales de sedimentos de A y B serán iguales.

La playa de C parece orientada al ENE, por lo que 0=0º. Por consiguiente, el caudal de sedimentos en esta playa será nulo.

Así pues, tenemos para el pico del día 11N:

'Puertos y Costas'

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Para el pico de temporal del día 15N tenemos:

'Puertos y Costas'

'Puertos y Costas'

2.- Sección tipo

Al tratarse de un puerto comercial y no especificarse el buque de proyecto, podemos elegir uno razonable y determinar así la profundidad de la dársena y obra de abrigo. Dado que los portacontenedores de 50.000 TPM tienen 13 metros de calado, supondremos que la dársena principal del puerto tiene una profundidad de 16 metros (para considerar un resguardo y la posibilidad de recibir buques mayores) y el dique de abrigo lo supondremos a 19 metros de calado.

Para esta obra de abrigo supondremos una vida útil de 50 años (vida útil mínima propuesta por la ROM 0.0 para grandes obras marítimas IRE>20) y un riesgo de iniciación de averías del 25%. Así pues, el periodo de retorno será aproximadamente TR=50/0.25=200 años. Para el régimen de oleaje de la boya de Valencia (banda de confianza del 90%) tenemos aproximadamente: Hs(TR=200)= 6.5 metros. El periodo de pico de este temporal será Tp= de 12.5 seg. a 16 seg.; el periodo medio será Tm= de 10 a 13 segundos. La dirección probable será NE o ENE.

Para determinar las características del oleaje en aguas profundas del temporal de cálculo tendremos que realizar una refracción inversa: Los valores del coeficiente de refracción a considerar serán: KR(NE y 10s)=0.88, KR(NE y 13s)=0.83, KR(ENE y 10s)=0.85,

KR(ENE y 13s)=0.75.

No sabemos de qué dirección y con qué periodo vendrá el temporal de cálculo, así que podemos considerar las cuatro posibilidades extremas señaladas. Para cada dirección y periodo tendremos a su vez otro coeficiente de refracción entre las aguas profundas y el emplazamiento del dique; para calcular estos coeficientes de refracción podemos utilizar las gráficas de refracción para playas rectas suponiendo una orientación ESE. Las direcciones de oleaje serán 0(NE)= 67.5º y 0(ENE)= 45º. Las profundidades relativas serán: d/gT2(Tm=10 seg)=0.0194 y d/gT2(Tm=13 seg)=0.0115, aunque pueden sufrir ligeros cambios del orden del 1%-4% debido a la marea meteorológica durante los grandes temporales. Los coeficientes de refracción resultantes son: KR(67.5º y 10s)=0.68, KR(67.5º y 13s)=0.67, KR(45º y 10s)=0.84, KR(45º y 13s)=0.86.

Así pues, los temporales a pié de obra son:

Hs=6.5*(0.68/0.88)= 5.0 metros

Hs=6.5*(0.67/0.83)= 5.2 metros

Hs=6.5*(0.84/0.85)= 6.4 metros

Hs=6.5*(0.86/0.75)= 7.5 metros

Tomamos Hs= 7.5 metros (del lado de la seguridad).

Si la estructura está situada a 19 metros de profundidad, la máxima altura de ola que puede alcanzar la estructura será (suponiendo un metro de marea meteorológica):

H=0.8*(19+1)=16 metros

Por otro lado, la máxima altura de ola del temporal de iniciación de averías será aproximadamente Hmax= 2*Hs = 15 metros < 16 metros. Es decir, estamos en situación “nonbreaking”, sin limitación de fondo. La altura de ola de cálculo es

H=H1/10=1.27*Hs= 9.5 metros

El peso de los elementos del manto se puede calcular de acuerdo con SPM(1984), tomando KD=8 (tetrápodos-nonbreaking) y un talud cot  = 2

'Puertos y Costas'

64 tn es mucho peso para una unidad de tetrápodos. Debe cuidarse su puesta en obra para evitar rotura de elementos.

Las cotas del dique: 0.75*9.5+"8 metros para el manto y 1.5*9.5+1"15 metros para el espaldón, utilizando una sección tipo de Iribarren.

Los pesos de las capas de filtro de escollera: W1= 6 tn y W2= 600 kg. El núcleo 10 <Wn(kg)<60.

Los espesores son:

e1= 2*(W1/2.3)1/3= 6 metros, e2= 2*(W2/2.3)1/3= 3 metros, e3= 3*(W3/2.3)1/3= 2 metros

3.- Periodo de retorno

Un 10% de daños en el manto principal no es nada aconsejable en este dique, porque los tetrápodos grandes pueden ser frágiles y generar más daños de los previstos. Suponiendo que no se rompan los tetrápodos, la relación H/HD=0= (1.09+1.17)/2=1.13.

El temporal asociado resulta: Hs(dique)=7.5*1.13=8.5 metros. Este oleaje es a pié de dique; hay que pasarlo a aguas profundas primero y a la boya después para ver el periodo de retorno en la ROM 0.3-91. Suponiendo que la relación se a la misma, para comparar con los temporales de la boya de Valencia, multiplicaremos el factor 1.13 por el temporal con TR=200 años (Hs=6.5 metros) que resulta Hs(boya)=6.5*1.13=7.4 metros, que se corresponde con TR=1000 años para el régimen de temporales de la boya de Valencia (banda de confianza del 90%) y que podemos dar por bueno (suponiendo que n ose rompan los tetrápodos al moverse.

Así pues, TR=1000 años para 10% de daños y TR=200 años para iniciación de averías.

4.- Máxima presión

La máxima presión en el fondo marino de la Zona C se producirá con la máxima elevación del nivel medio del mar (marea meteorológica especialmente) y al paso de la cresta de la altura de ola máxima.

Si consideramos que la marea meteorológica fue de 60 cm (no hay datos en el enunciado), la profundidad a considerar es de d=10.6 metros.

El temporal en aguas profundas era (pregunta 1ª)

Hs0(11N)= 4.0/0.82=4.9 metros

Hs0(15N)= 4.0/0.90=4.4 metros

En el punto considerado tendremos refracción, considerando 0=0º tenemos:

d/gT2(Tm=10 seg)=0.0109 y d/gT2(Tm=13 seg)=0.0065

Los coeficientes de refracción y asomeramiento son:

KR KS (ENE y 10s)=0.99, KR KS(ENE y 13s)=1.09

Así pues, el 11N tuvimos una Hs= 1.09*4.9=5.35 metros. La altura de ola máxima sería del orden del doble de la altura de ola significante, digamos Hmax= 2*5.35= 10.7 metros. El problema es que una ola de H=10.7 metros es inestable (rompe por fondo) a 10.6 metros de profundidad. La máxima altura de ola compatible con la profundidad es aproximadamente Hb=0.8*d=0.8*10.6=8.5 metros.

La presión máxima será la correspondiente a una columna de 10.6 metros (presión hidróstática) más la presión de paso de cresta que podemos estimar con el modelo de Airy para ondas progresivas en aguas intermedias 1/25<d/L<1/2:

'Puertos y Costas'

Dado que no resulta inmediato calcular d/L, no resulta sencillo determinar la presión. Lo que sí es fácil de calcular es el ratio d/L0=d/(gT2/2)=0.040. Aproximadamente, el d/L que corresponde es d/L=0.08; es decir, L=132.5 metros.

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B

C

A

30

100