MODELOS DE CÁLCULO DINÁMICO DE DIQUES DE ABRIGO Gonzalo Gómez Barquín Jefe del Área de Proyectos de Infraestructuras de Puertos del Estado LAS PALMAS DE GRAN CANARIA, 8 de enero de 2015

Un poco de historia sobre diseño y construcción de diques Del dique en talud al dique vertical. ¿Por qué? Mejoras en el campo del conocimiento Avances en los procedimientos constructivos

Dos casos prácticos de diseño y construcción de diques Dique vertical de Escombreras (puerto de Cartagena) Dique flotante de Mónaco

Planta (estado actual)

Planta (estado futuro)

Planta del dique (Escombreras)

Comparación dique vertical / talud

Sección tipo del dique -50.0 -28.0 ±0.0 +1.0 +3.0 +8.0 6.0 17.0 24.0 2

Acciones de Oleaje (modelo físico)

Objetivos Acciones Estáticas Equivalentes Obtención de las acciones equivalentes, a efectos de tensiones inducidas en la cimentación, a las acciones reales del oleaje. Tensiones transmitidas a la banqueta Caracterización en el espacio y el tiempo de las acciones transmitidas por el cajón a la banqueta. Tensiones en el interior de la banqueta Caracterización de la distribución espacial de las tensiones en el interior de la banqueta. Otros objetivos secundarios ...

Descripción del Análisis Bidimensional (2D) Transitorio No lineal Acciones de Oleaje Modelo Físico CEPYC Contacto Cajón-Banqueta Despegue / Deslizamiento Banqueta y Terreno Comportamiento no lineal: E=f(exy,sm); =f(exy)

Planteamiento matemático Ecuación fundamental de la dinámica Integración en el espacio (MEF) Integración en el tiempo

Elementos finitos Bidimensional Deformación plana Elementos Sólidos 2D Cajón Banqueta Terreno Contactos 2D Cajón-Banqueta

Modelo y mallado 2 Modelos 540 Elementos 596 Nudos 1.192 G.D.L. 2.141 Pasos de integración.

Materiales Cajón Contacto sn < 0 tx > sn m Banqueta y Terreno Elástico lineal Densidad media rellenos-hormigón Contacto No lineal Despegue si sn < 0 Deslizamiento si tx > sn m Banqueta y Terreno Peso sumergido Masa saturada No lineal E=f(exy,sm) =f(exy)

Materiales Modulo de elasticidad E

Materiales G/Gmax

Materiales Amortiguamiento x

Cargas de Oleaje Acciones medidas en modelo físico Presión aplicada F horizontal F vertical M arista de vuelco Presión aplicada Distribución tipo Goda Misma Resultante

Cargas de Oleaje Caso A: Tp = 9.0 s, Hi = 7.92 m

Cargas de Oleaje Caso B: Tp = 13.0 s, Hi = 7.21 m

Cargas de Oleaje Caso C: Tp = 9.0 s, Hi = 7.83 m

Cargas de Oleaje Caso D: Tp = 13.0 s, Hi = 6.94 m

Análisis dinámico del dique Animación …

} Conclusiones A Nivel Teórico - Técnico A Nivel Práctico Aplicabilidad Implementación En proyectos y obras }

Conclusiones Teóricas Distribución de presiones de oleaje Sainflou Goda Minikin

Conclusiones Teóricas Tensiones transmitidas a la banqueta

Conclusiones Teóricas Tensiones en interior de banqueta

Conclusiones Teóricas Resumen de resultados Caso A Reducción s/estático Caso B Dinámico  Estático Caso D Caso C Amplificación s/estático Sin Retranqueo T= 9 s Sin Retranqueo T= 13 s Con Retranqueo T= 13 s Con Retranqueo T= 9 s 00 02 04 06 08 10 12 14 16 18

Conclusiones Teóricas Sin Retranqueo Caso A. T= 9 s Con Retranqueo Caso C. T= 9 s Sin Retranqueo Caso B. T=13 s Con Retranqueo Caso D. T=13 s

Conclusiones Teóricas Efecto reductor del Retranqueo Amortiguamiento del Impacto Análisis Dinámico vs. Análisis Estático Causas del Amortiguamiento

Conclusiones Teóricas Otros Efectos Analizados No existe resonancia cajón / oleaje Plastificación local en franja de vuelco Deslizamientos locales bajo la franja de despegue

Conclusiones Teóricas Tesis para ola rota s/ espaldón retranqueado Hipótesis La ola está rota La rotura se produce por forma (peralte) La forma de rotura es “plunging” Tesis La ola rota produce tres solicitaciones: A1, A2, A3 A2 y A3 están “desacopladas” A1 y A2 están “acopladas” => A1 amplifica A2 A1 A2 A3

Conclusiones Teóricas Tesis para ola rota s/ espaldón retranqueado q1 q2 q3 A1 A3 A2 A1 A2 A3

Conclusiones Prácticas Para proyectos de diques verticales Solicitaciones del oleaje Crestas Ola no rota  Goda Ola rota  Análisis dinámico (Minikin es conservador) Senos  Sainflou Respuesta de la banqueta Distribución triangular  Aceptable Reparto Inclinado en los primeros metros Rápida “verticalización” de las tensiones

Conclusiones Prácticas Para obras de diques verticales Optimización del retranqueo del espaldón vs. Superficie de explanada A efectos tensionales los “rebotes” del cajón son más desfavorables que el seno de la ola Se recomienda aumentar la longitud de la banqueta del lado exterior

Investigación ulterior Modelo elastoplástico del terreno (para s>8-9 kp/cm2) Acciones de oleaje medidas en obras reales (i.e. Las Palmas) Ensayos geotécnicos de laboratorio Rigidez de escolleras y todo-uno Viscosidad de suelos (b de Rayleigh)

Proceso constructivo de los cajones

Proceso constructivo de los cajones

Sección tipo de los cajones

Equipo de enrase de banqueta

Vista general

II: DIQUE FLOTANTE MODELIZADO EN UN CANAL NUMÉRICO Gonzalo Gómez Barquín Jefe de Área de Proyectos de Infraestructuras de Puertos del Estado LAS PALMAS DE GRAN CANARIA, 8 de enero de 2015

Planteamiento del problema Origen: dotar de abrigo al muelle de Campamento (Bahía de Algeciras) Problema fundamental: profunda batimetría Posible solución: plantear un dique flotante Antecedentes: ampliación del puerto de La Condamine (Mónaco) Condicionante inicial: oleaje de periodo corto

Primera aproximación Solución analítica para estructura fija (CEPYC - CEDEX) Resuelto en el dominio de la frecuencia Método del potencial asociado a una onda lineal Resueltas las tipologías de: Placa vertical Dos placas verticales paralelas Cajón flotante rectangular Placa horizontal Se obtienen: Kt, Kr, Fx, Fy, M y remontes

Primera aproximación Placa vertical Dos placas verticales paralelas Cajón flotante rectangular Placa horizontal

Primera aproximación Problema fundamental de esta solución: NO TIENE EN CUENTA LA INTERACCIÓN OLEAJE - ESTRUCTURA (pues el cajón se mueve y genera a su vez oleaje en la dársena)

Segunda aproximación Solución numérica para estructura móvil: “canal numérico” Resuelto en el dominio del tiempo Método de los elementos finitos Válido para cualquier tipología Considera interacción oleaje-estructura Se obtienen: Kt, Kr, Fx, Fy, M y remontes

Segunda aproximación Búsqueda del “elemento fluido” Formulación en movimientos Elemento plano degenerado Mallado Márgenes

Segunda aproximación Generación de oleaje: paleta rígida modos evanescentes paleta flexible Hiperbólica (1 frecuencia) Hiperbólica (N frecuencias) generación de oleaje irregular Presiones sobre una pared: el modelo se comporta conforme a la TEORÍA LINEAL de oleaje Desplazamiento Giro

Animación 1... Oleaje irregular: paleta flexible reflejado en fondo de canal

Animación 1... Oleaje irregular: paleta flexible reflejado en fondo de canal

Segunda aproximación Presiones sobre una pared:

Puesta a punto del canal numérico Problema fundamental: Reflexiones en fondo de canal Reflexiones en la estructura Resonancia en la paleta de generación Elementos disipadores en fondo de canal: disipación viscosa paleta absorbente

Puesta a punto del canal numérico Paletas controladas por filtros digitales: la magia del filtro tipos de filtro funcionamiento

Animación 1... Oleaje irregular: paleta flexible reflejado en fondo de canal

Ensayo del canal s/estructura fija Comparación con las soluciones existentes: CEPYC-CEDEX Teoría lineal (Guía diques flotantes PIANC) Ábacos (Guía diques flotantes PIANC) Parámetros de comparación: Kt remontes Fx y Fy Kr

Animación 2... Cajón rectangular fijo 14x40

Animación 2... Cajón rectangular fijo 14x40

Animación 3... Cajón con aletas fijo 14x40

Animación 3... Cajón con aletas fijo 14x40

Ensayo del canal s/estructura fija

Ensayo del canal s/estructura fija

Ensayo de cajón móvil en el canal Geometría de partida Coeficiente de transmisión Kt Introducción de líneas de amarre Resultados del ensayo del cajón con amarres eficacia de los amarres

Animación 4... Cajón con aletas móvil 14x40

Animación 4... Cajón con aletas móvil 14x40

Animación 5... Cajón con aletas móvil 14x40: estudio de detalle de movimientos

Animación 5... Cajón con aletas móvil 14x40: estudio de detalle de movimientos

Ensayo de cajón móvil en el canal

Ensayo de cajón móvil en el canal Comportamiento de los amarres

Animación 6... Cajón con aletas móvil 14x40: con líneas de amarre estudio tensional de la estructura

Animación 6... Cajón con aletas móvil 14x40: con líneas de amarre estudio tensional de la estructura

Análisis de sensibilidad de Kt Dos variables: longitud de onda manga del cajón Primera aproximación analítica

Análisis de sensibilidad de Kt longitud de onda Kt Kt manga del cajón

Análisis de sensibilidad de Kt Longitud de onda / manga del cajón

Análisis de sensibilidad de Kt Planteamiento general Planteamiento simplificado - 4 variables: longitud de onda manga del cajón profundidad del fondo marino calado del cajón

Análisis de sensibilidad de Kt Planteamiento general Planteamiento simplificado

Investigación ulterior Aproximación analítica s/resultados obtenidos Análisis en el dominio de la frecuencia Solución por campos acoplados (Navier-Stockes para el fluido; elasticidad para la estructura) Contraste mediante ensayos en modelo físico Anteproyecto de un dique flotante viable

Planta del dique flotante (Mónaco)

Sección del dique flotante

Construcción del dique flotante

Botadura del dique flotante

Itinerario de navegación

Transporte del dique flotante

Montaje del dique flotante

Montaje del dique flotante

Rótula de conexión

Detalle del mecanismo de conexión

Perspectiva del dique flotante

Muchas gracias Gonzalo Gómez Barquín gbarquin@puertos.es 91.5245566 Jefe del Área de Proyectos Puertos del Estado