MODELOS DE CÁLCULO DINÁMICO DE DIQUES DE ABRIGO

Presentación del tema: "MODELOS DE CÁLCULO DINÁMICO DE DIQUES DE ABRIGO"— Transcripción de la presentación:

1 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

2 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

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

4 Planta (estado actual)

5 Planta (estado futuro)

6 Planta del dique (Escombreras)

7 Comparación dique vertical / talud

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

9 Acciones de Oleaje (modelo físico)

10 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 ...

11 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)

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

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

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

15 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)

16 Materiales Modulo de elasticidad E

17 Materiales G/Gmax

18 Materiales Amortiguamiento x

19 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

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

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

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

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

24 Análisis dinámico del dique
Animación …

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

26 Conclusiones Teóricas
Distribución de presiones de oleaje Sainflou Goda Minikin

27 Conclusiones Teóricas
Tensiones transmitidas a la banqueta

28 Conclusiones Teóricas
Tensiones en interior de banqueta

29 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

30 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

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

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

33 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

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

35 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

36 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

37 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)

38 Proceso constructivo de los cajones

39 Proceso constructivo de los cajones

40 Sección tipo de los cajones

41 Equipo de enrase de banqueta

42 Vista general

43 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

44 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

45 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

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

47 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)

48 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

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

50 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

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

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

53 Segunda aproximación Presiones sobre una pared:

54 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

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

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

57 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

58 Animación 2... Cajón rectangular fijo 14x40

59 Animación 2... Cajón rectangular fijo 14x40

60 Animación 3... Cajón con aletas fijo 14x40

61 Animación 3... Cajón con aletas fijo 14x40

62 Ensayo del canal s/estructura fija

63 Ensayo del canal s/estructura fija

64 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

65 Animación 4... Cajón con aletas móvil 14x40

66 Animación 4... Cajón con aletas móvil 14x40

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

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

69 Ensayo de cajón móvil en el canal

70 Ensayo de cajón móvil en el canal
Comportamiento de los amarres

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

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

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

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

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

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

77 Análisis de sensibilidad de Kt
Planteamiento general Planteamiento simplificado

78 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

79 Planta del dique flotante (Mónaco)

80 Sección del dique flotante

81 Construcción del dique flotante

82 Botadura del dique flotante

83 Itinerario de navegación

84 Transporte del dique flotante

85 Montaje del dique flotante

86 Montaje del dique flotante

87 Rótula de conexión

88 Detalle del mecanismo de conexión

89 Perspectiva del dique flotante

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