Análisis de la subpresión en diques verticales

Abstract

[ANGLÈS] In the field of port and coastal engineering there are multiple proposals that aim to improve and optimize the offshore structures design. In fact, the complexity of working with the phenomena of nature and its strong randomness requires that past experiences, trial and error, and scale tests, are the methods to expand the technical and improve structures design such as vertical dikes. The purpose of this work is to introduce and develop the behavior of a vertical structure to the main variables that affect its stability, with a special emphasis on uplift component. The uplift is a force that depends on the wave period and design wave height. These two variables, at the same time, are dependent of propagation and breakage. It conditions the applicability of vertical breakwater in certain circumstances, such as shallow waters, since the ratio of stabilizing and destabilizing components is adversely affected due to the low weight of the monolith and generally increasing the uplift forces. Then, reducing the uplift pressure can be a tremendous advantage in the stability of a vertical breakwater. That’s why in this thesis it's an objective to present a range of applicability to a new constructive solution, which is based on maintaining the main characteristics of a floating caisson, which are its simple construction and its buoyancy. This is discussed in various cases of weather wave conditions, the behavior of a vertical breakwater at different drafts. Thus is what the evolution and behavior of the various safety factors that compromise the structure. Once done, there is proposed the operation of the new prototype of floating caisson drilled vertically, which should allow the dissipation of uplift pressure through the flow through these holes. The principal variables which mark the correct operation of this prototype are uplift pressure and weight, therefore, the next step is to quantify relationship between these components which is adequate to ensure stability of the structure. Finally, once known conditions of applicability and performance required in the new floating caisson prototype, is tried to quantify the true relationship between mass and reduction of uplift that can be reached by the new design. This will conclude the feasibility of the constructive solution, since it will know if the minimum performance requirements can be achieved, and if so, the possible optimization that can translate into reduced volume of material or overall improvement in stability.

[CASTELLÀ] En el ámbito de la ingeniería portuaria y costera son múltiples las propuestas que pretenden mejorar y optimizar el diseño de las estructuras marítimas. De hecho, la complejidad que supone trabajar con los fenómenos de la naturaleza y su marcada aleatoriedad obliga a que las experiencias pasadas, el ensayo-error y los ensayos a escala real sean los métodos que permitan ampliar la técnica y mejorar el diseño de estructuras tales como los diques verticales. El propósito de esta tesina es, inicialmente, introducir y desarrollar el comportamiento de una estructura vertical ante las principales variables que afectan a su estabilidad, poniendo un especial énfasis en la componente de la subpresión. La subpresión es una fuerza que depende del periodo del oleaje y la altura de ola de diseño. Estas dos variables, a su vez, son susceptibles de la propagación y la rotura. Éste hecho marca sustancialmente la aplicabilidad del dique vertical en ciertas circunstancias, tales como calados poco profundos, ya que la relación entre las componentes estabilizadoras y desestabilizadoras se ve afectada negativamente debido al poco peso del monolito y, generalmente, el aumento de las subpresión. Reducir la subpresión entonces, puede suponer una gran ventaja en la estabilidad de un dique vertical. Es por esto que en esta tesina se pretende presentar un rango de aplicabilidad a una nueva solución constructiva, la cual se basa en mantener las principales características de un cajón flotante, que son su simplicidad constructiva y su flotabilidad. Para ello, se analiza en distintos casos de condiciones climáticas de oleaje, el comportamiento de un dique vertical a distintos calados. De esta manera se encuentra cual es la evolución y comportamiento de los distintos factores de seguridad que comprometen la estructura. Una vez hecho esto, se plantea el funcionamiento del nuevo prototipo de cajón flotante perforado verticalmente, que debe permitir la disipación de la subpresión mediante el flujo a través de dichos agujeros. Las principales variables que marcan el correcto funcionamiento de este cajón son el peso y la subpresión, por lo tanto, el siguiente paso es cuantificar qué relación entre estas componentes es la adecuada para garantizar la estabilidad de la estructura. Por último, una vez conocidas las condiciones de aplicabilidad y rendimiento que requiere el nuevo prototipo de cajón flotante, se intenta cuantificar la verdadera relación entre masa y reducción de subpresión capaz de ser alcanzada por el nuevo diseño. Esto permitirá concluir la viabilidad de la solución constructiva, ya que se podrá saber si los requisitos mínimos de funcionamiento pueden ser alcanzados, y de ser así, la posible optimización que se puede traducir en disminución de volumen de materiales o en mejora global de estabilidad.