Storm shape and damage over non-overtopped rubble-mound breakwaters

Abstract

El treball s’emmarca en el projecte europeu Hydralab+ (contracte 261520) dins la Joint Research Access JRA1: Representing Climate change In Physical Experiments (RECIPE). En concret consisteix en aproximacions innovadores per representar la variabilitat i la inestabilitat en canals d’onatge. L’estudi de l’acció dels temporals sobre les estructures entre dins d’aquest projecte. L’evolució d’un temporal en el mar al llarg del temps, està directament relacionat amb els paràmetres que afecten a la estabilitat del dic (Run-up, overtopping,...). És per això que és necessari l’estudi de metodologies que s’adaptin a aquest fenomen. Aquest fenomen sols ha estat fins ara analitzat analíticament i cal plantejar-lo en el camp del modelat físic. Els objectius d’aquest treball són tres: - Fer un estat del art de temporals sintètics que s’adaptin millor a les característiques d’un temporal real (en aquest cas del mar Mediterrani català). - Dissenyar un experiment que ens permeti verificar si els temporals sintètics provoquen la mateixa evolució del dany que el temporal real seleccionat, sobre un dic on el seu mantell principal està format per cubs de formigó. - Revisar la literatura que ens permeti: la millora de la selecció de l’àrid per a les diferents capes, la disposició dels cubs al mantell principal a partir del paràmetre packing density i noves formes de mesurar el dany de l’estructura. El procediment emprat ha esta bàsicament la recerca d’informació relacionada amb el tema del treball, seleccionar els aspectes més rellevants i procedir posteriorment a l’aplicació en un model físic concret. El model físic finalment seleccionat ha estat l’experiment proposat per van der Meer (1988) a un escala un 1/3 en el canal CIEMito. Haurà d’estar constituït per 782 cubs de 1,5cm de costat i una densitat de 2,23 g/cm3, un filtre format per àrids entre 6,3 i 9 mm i un nucli format per àrids de 3,55 a 6,3 mm. La geometria del dic presenta una berma d’àrids de 9,0 a 13,2 mm a peu de l’estructura, de 3,8 cm de longitud. L’escala de treball respecta del temporal real és de 1/80 degut a la necessitat de que es produeixin averies en el dic, a que la fondària (sense escalar) sigui una profunditat comuna per el tipus d’estructura d’estudi i, per últim, que la alçada d’ona màxima no sigui un factor limitant. Després de l’anàlisi dels temporals teòrics a partir del estat del art, s’ha prescindit del model EPS perquè no s’adapta correctament a la configuració especial del temporal real. El millor model teòric ha estat el ETMS amb dues configuracions, escalè i isòsceles, que han estat calculades per ser generades en el CIEMito. Es suggereix el càlcul del dany a l’estructura a partir del model de Gómez-Martín i Medina (2014) que es basa en dividir en franges horitzontals l’estructura per considerar les diferencies de porositat al llarg del talús. Posteriorment s’obté l’averia a cadascuna de les franges per després sumar-les i obtenir el dany total. El treball realitzat porta a les següents recomanacions de cara a la propera realització dels assaigs - Control exhaustiu de l’elaboració dels cubs de morter per a que tinguin una determinada densitat el mes propera possible a 2,23 g/cm3. - La mesura del dany de l’estructura s’ha de realitzar a partir de les propostes de Gómez-Martín i Medina (2014), doncs la porositat varia amb l’evolució del dany.

The project is defined in the European project Hydralab+,(number 261520) within the Joint Research Access JRA1: Representing Climate change In Physical Experiments (RECIPE). Specifically it consists in innovative approaches for representing variability and unsteadiness in flume facilities. The study of storms actions over the structures is within this project. The time evolution of the storm in the sea is directly related to the parameters that affect to the unsteadiness of the breakwater (Run-up, overtopping...). That is why therefore it is necessary to study the methodologies adapted to this phenomenon. This phenomenon has only been studied analytically and it’s necessary to consider the field of physical model as well. The aims of the work are three: - Do a state of the art of synthetic storms which adapt better to the characteristic of real storm (In this case the Mediterranean sea). - Design an experiment that allow us verify if the synthetic storms, cause the same evolution of the damage that the selected storm over the breakwater, which armour layer is composed for cubes of concrete. - Review of the literature that allow us: the improvement of the selection of the gravel for the different layers, the placement of the cubes to the armour layer from the parameter packing density and new methods to measure the damage of the structure. The procedure basically, is the research of information related to the topics of project and select the more relevant aspects in order to proceed latter to their applicability in a specific physical model. The selected physical model has been the experiment proposed by van der Meer (1988) scaled in a 1/3 in the CIEMito flume. It must be composed for 782 cubes of 1,5 cm side and a density of 2,23 g/cm3, a filter formed by gravel between 6,3 and 9 mm and a core formed by gravel of 3,55 to 6,3 mm. The breakwater geometry presents a berm of gravel of 9,0 to 13,2 mm. at the toe of the structure with 3,8 cm of length. The scale of work respect to the real storm is 1/80, due to the need to induce damage in the breakwater, to have a common depth (unscaled) for the type of studied structure and because of the maximum wave height was not a limiting factor. After the application of the theoretical storms which have been chosen from the state of the art, it has been discarded the model EPS because it does not fit properly the special configuration of the real storm. The best theoretical model has been the ETMS with two configurations, scalene and isosceles, which have been calculated to be generated in the CIEMito. It is suggested that the calculation of damage at the structure follows the method proposed by Gómez-Martín and Medina (2014). This method is based on dividing the structure in horizontal bands to consider the differences in porosity along the slope. Afterwards the damage in each of the bands is obtained and the total damage is calculated joining them. The work realised leads to the following recommendations: - Exhaustive control of the preparation of the cubes to obtain a determined density as close as possible to 2,23 g/cm3 - To measure the damage of the structure following the method proposed by GómezMartín and Medina (2014) because the porosity change with the evolution of damage.