SUBTEMA: DIMENSIONAMIENTO, DISEO Y CONSTRUCCION DE INFRAESTRUCTURA PORTUARIA

SOLUCION A ESTUDIO DE CASO 1: DISEO DE ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO

Teora del modelo de rompiente de la ola segn el Dr. Goda

DISEO DE ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO

Las estructuras de rompeolas de piedra y de tipo compuesto juegan un papel preponderante para el buen funcionamiento de un puerto. Las tcnicas necesarias para disear este tipo de estructuras se basan aqu en la teora del modelo de rompiente del Dr. Goda, la cual es utilizada actualmente por los expertos japoneses ya que presenta ventajas de tipo prctico, por la utilizacin de grficas que permiten de manera eficiente el diseo de las estructuras.

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLAS

ROMPIENTE DE LA OLA.

En el lugar donde la profundidad es menor que tres veces la altura de ola equivalente en aguas profundas, se debe considerar la deformacin de la altura de ola por rompiente.Para estimar la deformacin de la altura de ola, normalmente se toma en consideracin la irregularidad del oleaje.

La deformacin de la altura de ola por rompiente se calcula con las figs. 1.1(a) a (e) y 1.2(a) a (e). Estas figuras consideran la teora del modelo de rompiente de la ola segn el Dr. Goda.

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLAS

La fig. 1.1 es para estimar la altura de ola significante en la zona de rompientes y la fig. 1.2 es para estimar la altura de ola mxima en la zona de rompiente.

Para estimar la altura de ola significante (H1/3) y la altura de ola mxima (Hmx.) se puede usar el mtodo de clculo aproximado como sigue:

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLASDonde:

El valor de Ks se da con la fig. 1.3. En las frmulas anteriores min{ } y mx{ } significan el valor mnimo y el valor mximo en el parntesis respectivamente y tan es la pendiente del fondo.

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLASLa altura de ola mxima en la zona de rompiente se da como sigue:

donde:

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLAS

Ejemplo de clculo de la deformacin por rompiente en casos de costas simples:Supngase que hay una costa con curvas batimtricas rectas y paralelas a la costa. La pendiente del fondo de la costa ser 1/100. En la planeacin se considera una estructura del puerto en el lugar de 12 m de profundidad.

La altura y periodo de la ola estimada en aguas profundas son:Ho = 10 mTo = 12 segSmx= 10 (wind wave)

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLASEn este caso, la altura de ola significante y de ola mxima (es decir, las olas de diseo) se calculan como sigue:

Con la fig. 1.4, en caso de el valorde es:

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLAS

Podemos pensar que no ocurre la difraccin antes de la llegada del oleaje a la estructura. As, la altura de ola equivalente de la ola en aguas profundas (H) es:

Los valores de la relacin de esbeltez de la ola (H/Lo) y la profundidad relativa a la altura equivalente de la ola en aguas profundas (h/H) son:

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLAS

El valor se estima con la fig. 1.1 (e) como sigue:

Por lo tanto, la ola significante en el lugar de diseo ser:

El valor de se estima con la fig. 1.2 (d) como sigue:

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLASSupngase que se tiene el rompeolas de la figura siguiente:

Calcular las alturas de ola para las profundidades de -5 m, -10 m y -15 m, en las condiciones indicadas.

202530DIRECCION DEL OLEAJE-5.0-10.0-15.0

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLASDatos:H0= 8 mT= 13 seg.N.P.S.= + 1.0 mPendiente= 1/ 50Smx= 25

(Fig. No. 1.4)

OLEAJE DE DISEO PARA CADA SECCION DEL ROMPEOLAS

*EL VALOR DE Kr SE OBTIENE CON LA FIG. 1.4h (m)KrHoH= Kr Ho150.9387.44100.9587.6050.9487.52CONSIDERANDO QUE EL NPS= +1.0 mh (m)LH/Lh/H16263.640.02822.15111263.640.02881.4476263.640.02850.798CALCULO DE H1/3 y Hmx (H1/3 / H se estima con la fig. 1.1 (e)y Hmx / H se estima con la fig. 1.2 (d)).h (m) H1/3 / HH1/3Hmx / HHmx16 1.027.591.5211.3111 0.846.381.108.366 0.483.610.654.88

DISEO DE LA SECCION TRANSVERSAL DE LA ESTRUCTURA:ALTURA Y ANCHO DE LA CORONA

La estructura de elementos sueltos normalmente se compone con faldn o delantal como base, ncleo, capa secundaria y coraza de piedras grandes o elementos artificiales de concreto (elementos prefabricados).

Una seccin tpica transversal de la estructura se presenta en las figs. 2.1 y 2.2. La fig. 2.1 es la seccin del rompeolas que permite poco overtopping. La altura de la corona de esta seccin normalmente se disea para permitir poco overtopping por tormenta o temporal de largo periodo de retorno. La fig. 2.2 es la seccin del rompeolas que se expone a la accin constante del oleaje en ambos lados como es el caso de un espign. En este caso se permitir el overtopping ms frecuente.

ALTURA Y ANCHO DE LA CORONAEl overtopping en una estructura de elementos sueltos como rompeolas o espign normalmente se tolera, si no causa el oleaje efectos perjudiciales al lado interior de la estructura.

El overtopping ocurre por el alcance del oleaje. El alcance depende de las caractersticas del oleaje, la pendiente de la estructura, porosidad y aspereza de la coraza como se ha dicho anteriormente. La altura de la corona que se elija debe ser la mnima que trabaje con eficiencia.

El overtopping excesivo en el rompeolas o espign causa agitacin detrs del rompeolas y ser perjudicial a operaciones del puerto como atraque del barco, carga y descarga. El overtopping en diques o revestimientos causa seria erosin detrs de estas estructuras. El overtopping del espign se tolera, si no afecta al canal.

ALTURA Y ANCHO DE LA CORONA

El ancho mnimo de la corona en el caso que se tolere poco overtopping, se da con la siguiente frmula:

donde: Ancho de la corona (m). Nmero de elementos. Coeficiente de capa. Peso de los elementos en la coraza (ton). Peso especfico de los elementos de la coraza (t/m3).

Adems, la corona debe ser del ancho suficiente para la operacin de los equipos de construccin y mantenimiento.

ESPESOR DE LA CORAZA Y NUMERO DE ELEMENTOSSe puede determinar el espesor de la coraza y el nmero de elementos con la siguiente frmula:

donde: Espesor promedio de la coraza (m). Nmero de capas de los elementos de la coraza. Peso de cada elemento (ton). Peso especfico del material (ton/m3).

ESPESOR DE LA CORAZA Y NUMERO DE ELEMENTOSLa densidad de colocacin se da con la siguiente frmula:

Donde

Nmero de elementos necesarios en un rea dada. Area de la superficie de la estructura (m2). Coeficiente de capa. Porosidad promedio de la coraza, en por ciento.

Se dan los valores de y obtenidos de ensayos en la tabla 2.4

PROFUNDIDAD DE LA CORAZA Se deben colocar los elementos de la coraza hasta una profundidad de -1.5H abajo del nivel de diseo del mar, en el caso de que la profundidad de desplante sea mayor que 1.5H como se presenta en la fig. 2.1.

Donde H es la altura de ola de diseo. Cuando la estructura est a una profundidad menor que 1.5H, se deben colocar los elementos hasta el fondo como se presenta en la fig. 2.2.

Es recomendable que la coraza en que acta el oleaje de rompiente se apoye en una cua de piedra como se presenta en la fig. 2.1. El peso de la piedra de la cua ser W/10, donde W es el peso de la piedra de la coraza; se coloca la cua de piedra antes de la colocacin de la coraza.

TABLA 2.4 COEFICIENTE DE CAPA Y POROSIDAD PROMEDIO DE LA CORAZA .

ELEMENTO DE LA CORAZA ( )COLOCACIONCOEFICIENTE DE CAPA ( )POROSIDAD (P) EN PORCENTAJEROCA DE CANTERA (LISA)2VOLTEO1.0238ROCA DE CANTERA (RUGOSA)2VOLTEO1.1537ROCA DE CANTERA (RUGOSA)3VOLTEO1.1040CUBO MODIFICADO2VOLTEO1.1047TETRAPODO2VOLTEO1.1050CUADRIPODO2VOLTEO0.9549HEXAPODO2VOLTEO1.1547TRIBAR2VOLTEO1.0254DOLOS2VOLTEO1.0063TRIBAR1UNIFORME1.1347

PESO DE LOS ELEMENTOS DE LA CORAZA EN EL MORRO El oleaje acta en el morro procedente de varias direcciones y por eso se requiere ms estabilidad de los elementos. Es recomendable que el peso de los elementos en el morro sea de 1.5 veces el peso de los elementos en el cuerpo.

PESO DE LOS ELEMENTOS DE LA CORAZA EN EL MORRO

Tamao de piedraCapaGraduacin de tamaos (%)WCoraza125 a 75W/10 a W/15Capa secundaria125 a 75W/200 a W/6000Ncleo170 a 30

Fig. No. 2.1 Seccin tpica transversal en la que acta el oleaje del lado exteriorLado exterior Lado interiorAncho de la coronaCoronaCorazaW a W/2 Delantal o faldnN.P.N.B.W/10 a W/15NcleoW/200 a W/6000-H-1.5HW/10 a W/15W

PESO DE LOS ELEMENTOS DE LA CORAZA EN EL MORRO

Tamao de piedraCapaGraduacin de tamaos (%)WCoraza125 a 75W/10 Capa secundaria125 a 75W/200 a W/4000Ncleo170 a 30

Fig. No. 2.2 Seccin tpica transversal en la que acta el oleaje de ambos lados

Ancho de la coronaCoronaCoraza Delantal o faldnN.P.NcleoW/200 a W/4000N.B.-1.3HWW/10Capa secundaria

ESTUDIO DE CASO: DISEO DE UN ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO Hacer el diseo apropiado de un rompeolas de enrocamiento para las condiciones indicadas a continuacin.

Profundidad de desplante:-11.00 mAltura de ola de diseo:H1/3 = 3.80 m, cotg = 2

ola no rompientemorrocuerpo

Elementos de coraza: Roca de cantera (rugosa)

DISEO DE UN ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO DISEOa).- Peso de los elementos de coraza (cuerpo)donde:

DISEO DE UN ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO Por recomendacin del Shore Protection Manual se tiene: 5 x 0.75 = 3.5 ton.Elementos de coraza: 5 x 1.25 = 6.5 ton.

b).- Peso de los elementos de coraza (morro):

7.50 x 0.75 = 5.5 ton

DISEO DE UN ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO Elementos de coraza:7.50 x 1.25 = 9.5 ton.

c).- Peso de los elementos de la capa secundaria (cuerpo):

d).- Peso de los elementos de la capa secundaria (morro):

DISEO DE UN ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO e).- Peso de los elementos del ncleo (cuerpo):f).- Peso de los elementos del ncleo (morro):

g).- Clculo de espesores (cuerpo): Espesor de coraza: (de la tabla 2.4) (Nmero de capas)

DISEO DE UN ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO h).- Clculo de espesores (morro)Espesor de coraza:

Seccin tipo cuerpo

5.005.002:13.003.584.932.861.23+ 6.09+ 3.23+ 2.00+ 0.002.861.232:1

Seccin tipo morro

5.005.002:13.003.675.213.271. 43+ 6.70+ 3.43+ 2.00+ 0.003.271.432:1

TAREA 1: DISEO DE UN ROMPEOLAS DE ENROCAMIENTO Hacer el diseo apropiado de un rompeolas de enrocamiento para las condiciones indicadas a continuacin.

Profundidad de desplante:-12.00 mAltura de ola de diseo:H1/3 = 4.40 m, cotg = 1.8

ola no rompientemorrocuerpo

Elementos de coraza: Roca de cantera (rugosa)