03 puertos rev14

APUNTES DE PUERTOS

Grado en Ingeniería Civil

José María Medina Villaverde

02/04/2013

APUNTES DE PUERTOS REV14

APUNTES DE PUERTOS

03-PUERTOS_REV14.DOCX

1 1 TABLA DE CONTENIDO

1 TABLA DE CONTENIDO ............................................................................ 1

2 INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 6

2.1 Introducción ........................................................................................... 6

2.2 Aclaración ............................................................................................. 6

2.3 Participantes en el programa ROM: ...................................................... 6

3 EL PUERTO ................................................................................................ 9

3.1 Clasificación zonal del puerto ................................................................ 9

3.2 Servicios prestados ............................................................................. 10

3.2.1 Servicios al barco ............................................................................. 10

3.2.2 Servicios a la mercancía .................................................................. 10

3.2.3 Servicios al transporte terrestre ....................................................... 10

3.2.4 Otros servicios.................................................................................. 10

3.3 Tipos especiales de puerto ................................................................. 11

3.3.1 Puerto deportivo ............................................................................... 11

3.3.2 Astillero naval ................................................................................... 11

3.3.3 Puerto pesquero ............................................................................... 11

3.4 El área portuaria .................................................................................. 11

3.5 Clasificación de las obras marítimas frente a la acción predominante de las oscilaciones del mar ................................................................................ 12

3.5.1 Obras marítimas Fijas de gravedad. ................................................ 12

3.5.2 Obras marítimas fijas estructurales. ................................................. 13

3.5.3 Obras marítimas Flotantes ............................................................... 14

4 LA OBRA MARÍTIMA ................................................................................ 15

4.1 Objetivo, Requisitos y Criterios de Proyecto ....................................... 15

4.2 Criterios generales de proyecto según la ROM 00 .............................. 15

4.2.1 Índices para determinar el carácter general ..................................... 16

4.2.2 Índices para determinar el carácter operativo .................................. 18

4.2.3 Cálculo de los Índices de Repercusión ............................................ 18

4.2.4 Vida útil mínima ................................................................................ 21

4.2.5 Probabilidad conjunta de fallo .......................................................... 21

4.2.6 Valores recomendados .................................................................... 21

4.2.7 Periodo de retorno............................................................................ 23

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4.2.8 Ejemplo de aplicación al proyecto de un puerto deportivo en la costa asturiana ................................................................................................... 23

4.3 Criterios generales de proyecto según la ROM 02 .............................. 24

5 OBRAS DE ABRIGO ................................................................................. 25

5.1 Introducción ......................................................................................... 25

5.2 Proyecto de un dique de abrigo .......................................................... 25

5.3 Implantación de diques de abrigo ....................................................... 26

5.4 Criterios generales .............................................................................. 26

5.4.1 Intervalo de tiempo para el análisis operativo .................................. 27

5.4.2 Verificación de los requisitos de proyecto ........................................ 27

5.4.3 Seguridad, servicio y uso y explotación ........................................... 27

5.4.4 Requisitos ambientales .................................................................... 27

5.4.5 Requisitos legales específicos ......................................................... 27

6 DIQUES DE ABRIGO................................................................................ 28

6.1 Partes del dique .................................................................................. 28

6.2 Interacción respecto al oleaje .............................................................. 28

6.2.1 Reflexión .......................................................................................... 28

6.2.2 Transmisión ...................................................................................... 29

6.2.3 Disipación ......................................................................................... 29

6.2.4 Altura de ola a pie de dique y en presencia de él ............................. 30

6.3 Diques en talud ................................................................................... 31

6.3.1 Partes de un dique en talud ............................................................. 31

6.3.2 Modos de fallo del dique en talud ..................................................... 32

6.3.3 Definición del nivel de daño ............................................................. 32

6.3.4 Estabilidad de los elementos del manto. Talud crítico ...................... 38

6.3.5 Algunas formulaciones empíricas para el cálculo de diques en talud .................................................................................................................. 40

6.3.6 Dimensiones de la superestructura .................................................. 42

6.3.7 Dique en talud sin superestructura ................................................... 44

6.3.8 Dique sumergido .............................................................................. 44

6.3.9 Ejemplo de cálculo de un dique en talud .......................................... 45

6.4 Diques verticales ................................................................................. 57

6.4.1 Introducción ...................................................................................... 57

6.4.2 Cajones flotantes.............................................................................. 59

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3

6.4.3 Cálculo de un dique vertical ............................................................. 59

6.5 Bases de cálculo ................................................................................. 62

6.6 Tipologías de diques en función del oleaje incidente .......................... 63

7 MUELLES ................................................................................................. 64

7.1 Tipos de muelles ................................................................................. 64

7.1.1 Muelles de gravedad ........................................................................ 64

7.1.2 Muelles pilotados.............................................................................. 65

7.1.3 Muelles de pantallas ......................................................................... 65

7.1.4 Muelles de recinto de tablestacas .................................................... 66

7.2 Configuraciones físicas recomendadas ............................................... 67

7.3 Cargas ................................................................................................. 67

7.3.1 Cargas permanentes ........................................................................ 67

7.3.2 Cargas hidráulicas............................................................................ 68

7.3.3 Cargas del terreno............................................................................ 68

7.3.4 Cargas variables de uso y explotación ............................................. 70

7.3.5 Tiro de bolardos ............................................................................... 71

7.3.6 Impactos de atraque ......................................................................... 71

7.4 Coeficientes de seguridad ................................................................... 71

7.5 Seguridad al vuelco ............................................................................. 72

7.6 Algunos modos de fallo ....................................................................... 73

7.7 Ejemplo de cálculo .............................................................................. 73

7.7.1 Peso del muelle ................................................................................ 74

7.7.2 Cargas hidráulicas............................................................................ 74

7.7.3 Empuje del terreno ........................................................................... 75

7.7.4 Resumen de cargas ......................................................................... 75

8 CAJONES FLOTANTES ........................................................................... 76

8.1 Contenido del proyecto de un cajón flotante ....................................... 76

8.2 Composición de un cajón .................................................................... 77

8.3 Diferencias entre ambos tipos de cajones ........................................... 82

8.4 Determinación de las dimensiones ..................................................... 83

8.4.1 Manga del cajón ............................................................................... 83

8.4.2 Longitud o eslora del cajón .............................................................. 83

8.4.3 Altura del cajón ................................................................................ 83

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4

8.4.4 Cota de coronación .......................................................................... 83

8.5 Acciones sobre el cajón ...................................................................... 84

8.5.1 Estructurales .................................................................................... 84

8.5.2 Otros valores representativos de las acciones ................................. 95

8.5.3 Valores de cálculo de las acciones .................................................. 97

8.5.4 Estabilidad ...................................................................................... 106

8.6 Construcción y fondeo de un cajón ................................................... 106

9 NIVELES DE CÁLCULO ......................................................................... 110

10 ANÁLISIS DE LA PROPAGACIÓN DEL OLEAJE ................................ 112

11 DETERIORO ........................................................................................ 115

11.1 Calidad del hormigón ..................................................................... 119

12 CONDICIONANTES ................................................................................. 0

12.1 Comportamiento del terreno .............................................................. 0

12.1.1 Roca y suelos granulares. ................................................................ 0

12.1.2 Suelos cohesivos blandos. ............................................................... 0

12.1.3 Interacción suelo-dique. ................................................................... 0

12.1.4 Banquetas y rellenos. ....................................................................... 1

12.1.5 Erosión superficial. ........................................................................... 1

12.2 Condicionantes morfológicos ............................................................. 1

12.3 Materiales y procesos constructivos .................................................. 2

12.3.1 Materiales de préstamo .................................................................... 2

12.3.2 Capacidad y dimensiones de la grúa ............................................... 2

12.3.3 Vertidos desde gánguil ..................................................................... 2

12.3.4 Paradas forzosas y esperas constructivas ....................................... 3

12.3.5 Equipos constructivos. ..................................................................... 4

12.4 Elección de dique según los condicionantes...................................... 4

13 MODELOS MATEMÁTICOS .................................................................... 7

13.1 Estudios de agitación portuaria .......................................................... 7

13.1.1 Exigencias al modelo ....................................................................... 7

13.1.2 Ejecución del estudio ....................................................................... 7

13.2 Estudios de resonancia en dársenas ............................................... 18

13.2.1 Ruido blanco .................................................................................. 19

14 ENSAYOS EN MODELO FÍSICO ........................................................... 20

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14.1 Introducción ..................................................................................... 20

14.2 Escalas del modelo .......................................................................... 20

14.2.1 Modelos de semejanza .................................................................. 20

14.2.2 Tipos de semejanza ....................................................................... 20

14.2.3 Relaciones entre las escalas .......................................................... 21

14.2.4 Modelo de semejanza .................................................................... 22

14.2.5 Modelos de fondo móvil ................................................................. 24

14.2.6 Construcción del modelo ................................................................ 26

15 LOGÍSTICA ............................................................................................ 30

15.1 Introducción ..................................................................................... 30

15.2 La plataforma logística ..................................................................... 32

15.3 Intermodalidad ................................................................................. 32

15.4 El puerto y las cadenas logísticas .................................................... 33

15.5 Actividades logísticas portuarias ...................................................... 34

15.6 Concepto de ZAL portuaria .............................................................. 34

15.7 Parámetros operativos de las Zonas de Actividades Logísticas ...... 37

15.8 Efectos generados por una ZAL ...................................................... 37

15.8.1 Efecto sobre las Empresas ............................................................ 38

15.8.2 Efectos sobre el entorno urbano – regional y medioambiental ....... 38

15.8.3 Impacto Global en el Sector Transporte ......................................... 38

15.9 Otras plataformas logísticas que pueden estar asociadas a los puertos 38

15.9.1 Centro de transportes ..................................................................... 38

15.9.2 Puerto seco .................................................................................... 38

15.10 Conclusiones ................................................................................... 39

16 BIBLIOGRAFIA ....................................................................................... 40

17 GLOSARIO ............................................................................................. 43

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6 2 INTRODUCCIÓN

2.1 Introducción Los presentes apuntes son nuevos, y se están actualizando permanentemente, por lo que conviene que estés atento a las nuevas versiones publicadas en el campus virtual.

Verás que existen capítulos aún no redactados; debes consultar con el Profesor si su contenido entra en examen, y de ser así, debes estudiarlos a partir de lo expuesto en clase y de las presentaciones suministradas.

2.2 Aclaración Los presentes apuntes están basados en las Recomendaciones para Obras Marítimas (R.O.M.) de Puertos del Estado, de cuya comisión de trabajo el profesor de la asignatura forma parte, y en experiencias obtenidas en proyectos y trabajos del autor.

En concreto, las R.O.M. que se van a resumir en estos apuntes, son las siguientes:

ROM 0.2: Acciones en el proyecto de obras marítimas y portuarias ROM 1.0: Criterios generales para obras y estructuras de abrigo ROM 1.1: Diques de abrigo ROM 2.1: Muelles ROM 2.2: Estructuras de atraque, amarre y fondeo ROM 3.1: Proyecto de la configuración marítima de los puertos, canales

de acceso y áreas de flotación. ROM 3.3: Señalización, balizamiento y sistemas de control en áreas

portuarias

2.3 Participantes en el programa ROM: Los técnicos que forman parte de la comisión técnica de la ROM son, por orden alfabético de apellidos, los siguientes:

Sergi Ametller, SENER Manuel Arana, Puertos del Estado José María Berenguer, BERENGUER INGENIEROS Alfredo Carrasco, Autoridad Portuaria Bahía de Algeciras Juan Carlos Carretero, Puertos del Estado Beatriz Colunga, Autoridad Portuaria de Vigo Jesús Corral, Universidad Politécnica de Cataluña Julio de la Cueva, Autoridad Portuaria de Gijón Mario de Miguel, Autoridad Portuaria de Gijón Javier Escartín, PROINTEC Francisco Esteban, FCC

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Enrique de Faragó, PROES Jorge Flores, KV CONSULTORES Xavier Gesé, Puertos del Estado Gonzalo Gómez Barquín, Puertos del Estado Miguel Ángel Gómez Caldito, ALATEC Marta Gómez Lahoz, Puertos del Estado Gregorio Gómez Pina, D.G. Costas. Ministerio del Medio Ambiente José Manuel González Herrero, ACCIONA INGENIERÍA Noelia González Patiño, DRAGADOS ACS Juan Ignacio Grau, Puertos del Estado Gregorio Iglesias, Universidad de Santiago de Compostela José Ramón Iribarren, SIPORT XXI Ana de Lope, Puertos del Estado Luis López González, SIPORT XXI Cristina López Arias, Autoridad Portuaria de Bilbao Miguel Ángel Losada, Universidad de Granada Enrique Maciñeira, Autoridad Portuaria de Coruña María Luisa Magallanes, EGENOR María Jesús Martín Soldevilla, Centro de Estudios Puertos y Costas David Martínez Lorente, SENER Josep Ramón Medina Folgado, Universidad Politécnica de Valencia José María Medina Villaverde, NAUTILUS INGENIERÍA MARÍTIMA,

Universidad Europea de Madrid Rafael Molina, TIPSA Pablo Molinero, DRAGADOS ACS José Luis Monsó de Prat, Instituto de Hidrodinámica Aplicada INHA Javier Mora, Autoridad Portuaria de Tenerife José Moyano, Autoridad Portuaria de Gijón Vicente Negro, Universidad Politécnica de Madrid Begoña Pérez Gómez, Puertos del Estado Carlos Pérez Quintero, Puertos de Andalucía Eloy Pita Olalla, INCREA Ignacio Rodríguez Sánchez-Arévalo, Puertos del Estado Antonio Marcos Ruiz Vega, Autoridad Portuaria Bahía de Cádiz Olga Sánchez Luzón, Autoridad Portuaria de Sevilla Carlos Sanchidrián, PROES Francisco Javier de los Santos, Autoridad Portuaria Bahía Algeciras Obdulio Serrano, Puertos del Estado Antonio Soriano, INGENIERÍA DEL SUELO Juan Carlos Suñé, Autoridad Portuaria Bahía de Algeciras Javier Uzcanga, Autoridad Portuaria de Barcelona José María Valdés, EPTISA César Vidal, Universidad de Cantabria José Luis Zatarain, Autoridad Portuaria de Santander

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Coordinador general del Programa ROM: Francisco José González Portal, Puertos del Estado

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9 3 EL PUERTO

El puerto es, por extensión, aquel espacio destinado y orientado especialmente al flujo de mercancías, personas, información o a dar abrigo y seguridad a aquellas embarcaciones o naves encargadas de llevar a cabo dichas tareas. Dentro de los puertos marítimos se pueden distinguir aquellos orientados a la carga y descarga de contenedores; de mercancías de distinto tipo, especialmente los pesqueros; al depósito de embarcaciones de recreo (puertos deportivos) u otros. Los puertos, asimismo, pueden clasificarse dentro de otras categorías, como según el uso civil o militar, el calado del que dispongan: puertos de aguas profundas, superior a los 45 pies (13,72 m), etc.

figura 1 Puerto de Roquetas

3.1 Clasificación zonal del puerto Desde el punto de vista funcional, las obras y las instalaciones de un puerto se pueden clasificar por su ubicación. Así, se distinguen cuatro zonas diferentes:

La zona marítima destinada al barco, en la que se disponen las obras de abrigo que protegen la zona de atraques del oleaje exterior, constituidas fundamentalmente por los diques; las obras de acceso que facilitan el acceso del barco al puerto en condiciones de seguridad, garantizando su maniobrabilidad, anchura y calado adecuados. Entre ellas están la señalización (radar, faros, balizas, radiofaros, boyas,

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etcétera), los diques de encauzamiento, canales dragados, esclusas; los espacios de fondeo (radas) con la función de mantener el barco en aguas tranquilas, sin obstruir el tráfico, a la espera de su turno de atraque en los muelles; y las dársenas que constituyen la superficie de aguas abrigadas aptas para la permanencia y operación de los barcos (de marea o de flotación, según estén o no sometidas a la acción de las mareas).

La zona terrestre, destinada fundamentalmente a la mercancía, incluye la superficie de operación terrestre constituida por los muelles, que además de facilitar el atraque y amarre de los barcos, sirven de soporte al utillaje y de acopio provisional de mercancías; y los depósitos que además de adecuar un espacio a las mercancías, sirven de regulación de los flujos marítimo-terrestres.

La zona de evacuación, destinada al transporte terrestre, en la que se debe diferenciar las vías de acceso al puerto desde la red de carreteras general, las de circunvalación o reparto y las de penetración a la zona de operación terrestre, con sus áreas de maniobra y estacionamiento.

Ocasionalmente puede ubicarse en los puertos una zona de asentamiento de industrias básicas: siderurgias, astilleros, petroquímicas, refinerías, etc. En algunos casos ha sido necesario crear puertos exclusivamente para su servicio, como el caso del puerto exterior de Huelva, orientado a la industria petroquímica.

3.2 Servicios prestados El conjunto de servicios que presta un puerto se pueden clasificar en función del ámbito al que van destinados.

3.2.1 Servicios al barco Entre los servicios al barco se incluyen: la consigna, el practicaje, el remolque, el avituallamiento, la carga de combustible, la descarga de residuos del lavado de tanques, la recogida de basuras, las reparaciones y mantenimiento, etc.

3.2.2 Servicios a la mercancía Para los servicios a la mercancía se incluyen: la consigna, la estiba, la aduana, la sanidad, la vigilancia, los servicios comerciales de los transitarios, consignatarios y otros agentes.

3.2.3 Servicios al transporte terrestre Los servicios al transporte terrestre son los de representación, actividades de transbordo y manipulación de mercancías.

3.2.4 Otros servicios Para terminar, el apartado de servicios varios, entre los que se encuentran los seguros, los bancarios, los mercantiles, los de comunicación, etc.

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3.3 Tipos especiales de puerto

3.3.1 Puerto deportivo Los puertos deportivos son aquellos especialmente dirigidos a abrigar durante estancias más o menos prolongadas o servir de base a las embarcaciones de recreo, que por su uso irregular deben pasar estancias prolongadas en zona de amarre o en dique seco.

Por las necesidades a cubrir de estos puertos, suelen presentar características diferenciadas respecto a los puertos mercantes o tradicionales como zona de varadero, dique seco, atarazanas o la existencia de restaurantes, tiendas y otros servicios enfocados a una clientela de cierto poder adquisitivo.

3.3.2 Astillero naval Los puertos o partes de los puertos que se encargan especialmente de la construcción o reparación de buques son los astilleros con instalaciones particulares de este tipo. Suelen ser representativos de los astilleros la existencia de grandes grúas, diques secos o diversas zonas de botadura para buques de distinto tamaño.

3.3.3 Puerto pesquero Aquellos encargados del manejo de mercancías perecederas y especialmente los destinados a la descarga del pescado, los puertos pesqueros, contienen en sus instalaciones edificios orientados a la compraventa de estas mercancías, las lonjas. Estos puertos, al ser lugar de origen para la entrada en el mercado de estos productos deben dotarse de la infraestructura logística y mercantil para distribuirlos a las zonas de consumo.

3.4 El área portuaria Por lo general, un área portuaria se proyecta para facilitar las operaciones portuarias y logísticas relacionadas con el transporte marítimo y su interconexión con otros modos de transporte y con la gestión integral del barco, incluyendo las operaciones relacionadas con la actividad náutica-deportiva, industrial y militar.

Un área portuaria tiene, entre otras, las siguientes infraestructuras relacionadas con:

la seguridad y el uso y la explotación del buque: superficie de agua abrigada mínima requerida, metros lineales de atraque y, en su caso, área de fondeo y otras áreas particulares, p.ej. varaderos, etc.,

el control de las oscilaciones del mar: diques de abrigo y estructuras marítimas,

el uso y la explotación terrestre del área: superficie de tierra mínima, especificando superficies de operación, estacionamiento y almacenamiento, y los movimientos de tráfico y mercancías previstos, incluyendo los sistemas de manipulación,

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la accesibilidad de los modos de transporte terrestre (tráfico viario y ferroviario).

En el primer grupo de infraestructuras se pueden diferenciar las siguientes subáreas: el canal de acceso, la bocana, la zona de maniobra y fondeo en su caso, las zonas de atraque y amarre, tales como muelles, pantalanes, etc. Sus dimensiones dependen, entre otros, de los caracteres general y operativo del área, de las características y frecuencia de escala de la flota de buques de proyecto, de los niveles de calidad del servicio considerados como admisibles y de las condiciones climáticas locales. Por lo general, será el oleaje el condicionante climático predominante, pero, en algunos casos, podrá haber otros condicionantes locales.

3.5 Clasificación de las obras marítimas frente a la acción predominante de las oscilaciones del mar

La ROM 1.0 establece la siguiente clasificación:

Obras Marítimas Principales Obras de abrigo Obras de gestión y protección del litoral Obras de atraque Obras de amarre y fondeo Plataformas exteriores Conducciones submarinas

Obras Marítimas Auxiliares Obras de dragado y relleno Obras de construcción y reparación de buques y flotadores

tabla 1 Clasificación de las obras marítimas según la ROM 1.0

3.5.1 Obras marítimas Fijas de gravedad. Son aquéllas cuyo agente predominante en su estabilidad es la gravedad.

Pueden pertenecer a este tipo las siguientes obras:

• Diques de abrigo, que incluyen entre otros: • Diques rompeolas de escollera o piezas prefabricadas • Diques verticales mediante cajones flotantes, bloques y hormigón

en masa. • Diques mixtos de escollera y cajones flotantes. • Diques mixtos especiales.

• Obras de gestión y protección del litoral, que incluyen entre otras: • Muros, revestimientos y taludes de elementos granulares o

prefabricados. • Espigones perpendiculares a la costa y exentos de elementos

granulares. • Paseos marítimos. • Protecciones de tubería submarina mediante elementos

granulares.

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• Obras de atraque, que incluyen entre otras: • Muelles de cajones flotantes, bloques de hormigón o de hormigón

en masa. • Obras de amarre y fondeo, que incluyen entre otras:

• Duques de Alba en cajón flotante. • Plataformas exteriores, que incluyen entre otras:

• Plataformas tipo “Ekofisk”.

figura 2 Plataforma tipo “Ekofisk”

3.5.2 Obras marítimas fijas estructurales. En este grupo se incluye cualquier obra que esté construida con elementos cuyo comportamiento sea estructural; es decir, elementos que se deforman para resistir y transmitir las cargas al terreno; por ejemplo: pilotes, pantallas continuas ranuradas o múltiples, recintos de tablestacas, muros. En el conjunto se encuentran entre otras, las siguientes tipologías:

• Diques de abrigo, que incluyen entre otros: Pantallas delgadas, permeables o impermeables, verticales e

inclinadas. Pantallas múltiples. Diques de recintos de tablestacas.

• Obras de gestión y protección del litoral, que incluyen entre otras: Muros en “L”, pantallas ancladas. Espigones de madera o metal. Paseos marítimos como muro estructural

• Obras de atraque, que incluyen entre otras: Muelles de pantallas ancladas, muros en “L”. Muelles o pantalanes sobre pilotes. Muelles de tablestacas, recintos tablestacados o con otros

elementos prefabricados. • Obras de amarre y fondeo, que incluyen entre otras:

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Duques de Alba con pilotes aislados o grupos de pilotes. • Plataformas exteriores, que incluyen entre otras:

Plataformas izadas. Plataformas pilotadas.

3.5.3 Obras marítimas Flotantes Son aquéllas que cumplen su función estando a flote o fondeadas. De acuerdo con esa definición están comprendidas las siguientes:

• Diques de abrigo, que incluyen entre otros: Grupos de neumáticos. Pontonas. Campos de boyas. Pantallas flotantes.

• Obras de gestión y protección del litoral, que incluyen entre otras: Pontonas. Campos de boyas.

• Obras de atraque, que incluyen entre otras: Pontonas-pantalanes flotantes.

• Obras de amarre y fondeo, que incluyen entre otras: Monoboyas. Sistemas de cadenas.

• Plataformas exteriores, que incluyen entre otras: Plataformas lastradas. Plataformas atirantadas. Plataformas ancladas Plataformas mixtas.

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15 4 LA OBRA MARÍTIMA

Toda obra marítima se construye para cumplir unas determinadas funciones, permitiendo o facilitando unas actividades económicas, repercutiendo socialmente e interfiriendo con el medio ambiente. Esta obra debe ser fiable, funcional y operativa durante el tiempo en que vaya a permanecer en servicio.

A lo largo de su vida, la obra pasa por diferentes estados de proyecto , estructurales, formales y de uso y explotación dependiendo de la variabilidad temporal y espacial de los factores de proyecto.

Por diversas razones o causas, la obra puede perder, progresivamente o de manera súbita, de forma temporal o definitiva, parcial o totalmente sus propiedades resistentes o estructurales (seguridad), estructurales y formales (servicio) y de uso y explotación (explotación) por mecanismos descritos en modos de fallo y de parada operativa.

4.1 Objetivo, Requisitos y Criterios de Proyecto El objetivo de proyecto es conseguir una obra, que en su conjunto, tramos y elementos, satisfaga los requisitos de seguridad, servicio y uso y explotación en cada una de las fases de proyecto,

• estudiando alternativas y determinando para ellas los factores de proyecto que,

o (1) definen la geometría de la obra y del terreno, o (2) caracterizan el medio físico y los materiales y o (3) valoran los agentes y sus acciones

• verificando que se alcanzan los niveles de fiabilidad, funcionalidad y operatividad recomendados en la sección 2.10 de la ROM 00.

Los criterios de proyecto se emplean para definir y verificar un Proyecto y sus alternativas; se consideran, al menos, los siguientes criterios,

• Espacio y tiempo • Temporalidad y vida • Condicionantes y bases de cálculo • Carácter general y carácter operativo • Procedimiento de cálculo • Fiabilidad, funcionalidad y operatividad • Valores recomendados

Las secciones 2.4 y siguientes de la ROM 00 se dedican al desarrollo de los criterios de Proyecto.

4.2 Criterios generales de proyecto según la ROM 00 El objetivo principal del Proyecto es definir el tramo de obra y verificar que satisface unas determinadas funciones con la fiabilidad, la funcionalidad y la

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operatividad requeridas. Para ello se establece un procedimiento general de cálculo. Éste se inicia definiendo la obra o tramo en el tiempo y en el espacio desde el punto de vista de la seguridad, el servicio y el uso y la explotación. Para conseguir este objetivo se definen los siguientes conceptos: carácter, provisionalidad, fases de proyecto y su duración, método de verificación de la obra marítima y de sus elementos y las probabilidades frente a un modo y frente al conjunto de modos de fallo y parada.

A partir de ellos se recomiendan, entre otros, la vida útil de la obra, la probabilidad conjunta de fallo frente a los modos de fallo principales adscritos a los estados límite últimos y de servicio, la operatividad mínima, el número medio de paradas operativas y la duración máxima.

figura 3 Criterios generales de proyecto según la ROM-00. Carácter general

figura 4 Criterios generales de proyecto según la ROM-00. Carácter operativo

4.2.1 Índices para determinar el carácter general Corresponde al promotor de la obra marítima, público o privado, especificar el carácter general de la obra. A falta de una definición específica, el carácter general de la obra se establecerá en función de los siguientes índices,

• Índice de repercusión económica, IRE

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• Índice de repercusión social y ambiental, ISA

Estos dos índices se establecen a priori, por tanto, constituyen una aproximación inicial o de partida al carácter general de la obra. En consecuencia, su evaluación debe realizarse con el alcance de un estudio previo. Ambos índices se obtienen suponiendo la ocurrencia de un modo de fallo relacionado con los estados límite último o de servicio.

4.2.1.1 Índice de repercusión económica, IRE Valora cuantitativamente las repercusiones económicas por reconstrucción de la obra, CRD, y por cese o afección de las actividades económicas directamente relacionadas con ella, CRI, previsibles, en el caso de producirse la destrucción o la pérdida de operatividad total de la misma. El IRE se define por la siguiente expresión:

𝐼𝑅𝐸 =𝐶𝑅𝐷 + 𝐶𝑅𝐼

𝐶𝑜 [1]

donde C0, es un parámetro económico de adimensionalización.

En función del valor del Índice de Repercusión Económica IRE, las obras marítimas se clasificarán en tres tipos correspondientes a tres subintervalos Ri, i =1,2, 3,

• R1, obras con repercusión económica baja: IRE ≤ 5 • R2, obras con repercusión económica media: 5 < IRE ≤ 20 • R3, obras con repercusión económica alta: IRE > 20

4.2.1.2 Índice de repercusión social y ambiental, ISA Estima de manera cualitativa el impacto social y ambiental esperable en el caso de producirse la destrucción o la pérdida de operatividad total de la obra marítima, valorando la posibilidad y alcance de,

• pérdidas de vidas humanas, • daños en el medio ambiente y en el patrimonio histórico-artístico y • de la alarma social generada, considerando que el fallo se produce una

vez consolidadas las actividades económicas directamente relacionadas con la obra.

El ISA se define por el sumatorio de tres subíndices:

𝐼𝑆𝐴 = �𝐼𝑆𝐴𝑖

3

𝑖=1

[2]

Donde son:

• ISA1, es el subíndice de posibilidad y alcance de pérdida de vidas humanas;

• ISA2, el subíndice de daños en el medio ambiente y en el patrimonio histórico-artístico, e

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• ISA3, el subíndice de alarma social.

En función del valor del índice de repercusión social y ambiental ISA, las obras marítimas se clasificarán en cuatro tipos correspondientes a cuatro subintervalos, Si, i =1, 2, 3, 4,

• S1, obras sin repercusión social y ambiental significativa, ISA < 5 • S2, obras con repercusión social y ambiental baja, 5 ≤ ISA < 20 • S3, obras con repercusión social y ambiental alta, 20 ≤ ISA < 30 • S4, obras con repercusión social y ambiental muy alta, ISA ≥ 30

4.2.2 Índices para determinar el carácter operativo Corresponderá al promotor de la obra marítima, público o privado, especificar su carácter operativo.

A falta de una determinación específica, el carácter operativo de una obra marítima se establecerá en función de los siguientes índices,

• Índice de repercusión económica operativo, IREO • Índice de repercusión social y ambiental operativo, ISAO

4.2.2.1 Índice de repercusión económica operativo, IREO Valora cuantitativamente los costes ocasionados por la parada operativa del tramo de obra.

En función del valor del Índice de Repercusión Económica Operativo IREO, las obras marítimas se clasificarán en tres tipos correspondientes a tres subintervalos, RO,i, i=1, 2, 3,

• RO,1, obras con repercusión económica operativa baja: IREO ≤ 5 • RO,2, obras con repercusión económica operativa media: 5 < IREO ≤ 20 • RO,3, obras con repercusión económica operativa alta: IREO >20

4.2.2.2 Índice de repercusión social y ambiental operativo, ISAO De forma similar al ISA, se calcula como:

𝐼𝑆𝐴𝑂 = �𝐼𝑆𝐴𝑂𝑖

3

𝑖=1

[3]

con significados y valoraciones equivalentes en los tres casos.

4.2.3 Cálculo de los Índices de Repercusión La importancia económica, y social y ambiental del tramo de obra se valora mediante su carácter general y operativo. Corresponde al promotor de la obra marítima, público o privado, especificar el carácter del tramo de obra. A falta de una definición específica, el carácter se determinará en función de unos índices cuyo valor se calculará de forma aproximada según el método descrito en los apartados siguientes.

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4.2.3.1 Cálculo aproximado del IRE El IRE se define mediante la expresión [1], en la que:

• CRD es el coste de inversión de las obras de reconstrucción de la obra marítima a su estado previo, en el año en que se valoren los costes por cese o afección de las actividades económicas directamente relacionadas con la obra. A falta de estudios de detalle, simplificadamente, podrá considerarse que este coste es igual a la inversión inicial debidamente actualizada al año citado.

• CRI son las repercusiones económicas por cese e influencia de las actividades económicas directamente relacionadas con la obra, ya sean oferentes de servicios creados tras su puesta en servicio o demandantes y causadas por daños en los bienes defendidos. Se valorará en términos de pérdida de Valor Añadido Bruto (VAB), a precios de mercado durante el periodo que se estime dure la reconstrucción, tras la destrucción o pérdida de operatividad de la obra, considerando que ésta se produce una vez consolidadas las actividades económicas directamente relacionadas con la obra.

• C0 es un parámetro económico de adimensionalización. Su valor depende de la estructura económica y del nivel de desarrollo económico del país donde se vaya a construir la obra, variando, en consecuencia, con el transcurso del tiempo, tomándose, en España, para el año horizonte en los que se valoran los costes CRD y CRI, C0 = 3 Meuros.

4.2.3.1.1 Evaluación aproximada de CRI / CO En aquellos casos en los cuales no se realice una determinación detallada de CRI, bien por razones de complejidad desproporcionada respecto a la magnitud de la obra, bien por falta de estudios previos, el cociente CRI / C0, podrá estimarse cualitativamente y de forma aproximada, mediante la ecuación siguiente:

𝐶𝑅𝐼𝐶0

= 𝐶 · (𝐴 + 𝐵) [4]

donde,

• A valora el ámbito del sistema económico y productivo, • B, la importancia estratégica del sistema económico y productivo, y • C, la importancia de la obra para el sistema económico y productivo al

que sirve.

Estos coeficientes se determinarán de la siguiente manera:

• A: se valorará asignando los siguientes valores en función de que aquel sea un ámbito,

o Local, (1) o Regional, (2) o Nacional/Internacional, (5)

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• B: se valorará asignando los siguientes valores en función de que aquella sea,

o Irrelevante, (0) o Relevante, (2) o Esencial, (5)

• C: se valorará asignando los siguientes valores en función de que aquella sea,

o Irrelevante, (0) o Relevante, (1) o Esencial, (2)

En cuanto al ISA, se pueden valorar sus factores ISAi como:

• ISA1: Se asignarán los siguientes valores en función de dicha posibilidad y alcance1:

o Remoto, (0), es improbable que se produzcan daños a personas o Bajo, (3), la pérdida de vidas humanas es posible pero poco

probable (accidental),afectando • a pocas personas o Alto, (10),la pérdida de vidas humanas es muy probable pero

afectando a un número no elevado de personas2 o Catastrófico, (20), la pérdida de vidas humanas y daños a las

personas es tan grave que afecta a la capacidad de respuesta regional.

• ISA2: Se asignarán los siguientes valores en función de la posibilidad,persistencia e irreversibilidad de daños en el medio ambiente o en el patrimonio histórico-artístico,

o Remoto, (0), es improbable que se produzcan daños ambientales o al patrimonio.

o Bajo, (2), daños leves reversibles (en menos de un año) o pérdidas de elementos de escaso • valor.

o Medio, (4), daños importantes pero reversibles (en menos de cinco años) o pérdidas de elementos significativos del patrimonio.

o Alto, (8),daños irreversibles al ecosistema o pérdidas de unos pocos elementos muy importantes del patrimonio.

o Muy Alto, (15) daños irreversibles al ecosistema, implicando la extinción de especies protegidas o la destrucción de espacios naturales protegidos o un número elevado de elementos importantes del patrimonio.

• ISA3: Se asignarán los siguientes valores en función de la intensidad de la alarma social generada,

o Bajo, (0), no hay indicios de que pueda existir una alarma social significativa asociada al fallo de la estructura

1 En la evaluación de este subíndice se deberá tener en cuenta la existencia, o no, de sistemas y planes de evacuación de las instalaciones. 2 P.ej. daños del tipo de accidente de tráfico grave.

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o Medio, (5), alarma social mínima asociada a valores de los subíndices ISA1 e ISA2 altos.

o Alto, (10), alarma social mínima debida a valores de los subíndices ISA1, catastrófico e ISA2, muy alto.

o Máxima, (15), alarma social máxima

4.2.4 Vida útil mínima La duración de la fase de proyecto servicio, Vm, o vida útil será, como mínimo, el valor consignado en la tabla 2, en función del IRE, índice de repercusión económica de la obra marítima.

tabla 2 Vida útil mínima en la fase de proyecto servicio

4.2.5 Probabilidad conjunta de fallo La probabilidad conjunta de fallo pf,ELU, del tramo de obra, frente a los modos de fallo principales adscritos a los estados límite últimos no podrá exceder los valores consignados en la tabla 3,en su vida útil. En cuanto a los estados límites de servicio, la probabilidad conjunta de fallo máxima pf,ELS, del tramo de obra frente a los modos de fallo principales adscritos a los estados límite de servicio, no podrá exceder los valores consignados en la tabla 4, durante la fase de proyecto servicio.

tabla 3 Máxima probabilidad conjunta en la fase de servicio para los E.L.U.

tabla 4 Máxima probabilidad conjunta en la fase de servicio para los E.L.S.

4.2.6 Valores recomendados La ROM2.0-11 recomienda los valores siguientes:

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tabla 5 Índices de Repercusión Económica (IRE) y vidas útiles mínimas (Vmín)

recomendados para las obras de atraque y amarre en función de su uso. Tabla 3.4.2.1 de la ROM2.0-11

tabla 6 Índices de Repercusión Social y Ambiental (ISA) y máximas probabilidades

conjuntas de fallo durante la vida útil correspondientes a modo de fallo adscritos a Estados Límites Últimos (pf, ELU) y a Estados Límite de Servicio (pf, ELS), recomendados para las obras de atraque y amarre en función de su uso. Tabla 3.4.2.2 de la ROM 2.0-11

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4.2.7 Periodo de retorno Para una vida útil superior a 10 años, la relación entre probabilidad de fallo, pn.V, vida útil de la obra, V, y periodo de retorno, TR, es la siguiente:

𝑝𝑛.𝑉 = 1 − �1 −1𝑇𝑅�𝑉

[5]

4.2.8 Ejemplo de aplicación al proyecto de un puerto deportivo en la costa asturiana

Para este proyecto, los valores de los coeficientes que determinan el IRE son:

• Ámbito del sistema económico: Local ► A = 1 • Importancia estratégica del sistema: Relevante ► B = 2 • Importancia económica de la obra: Relevante ► C = 1

Por tanto, el valor del cociente CRI/C0 será de 3 que se sumará con el cociente entre CRD y C0 cuyo valor será de 10. En consecuencia, el valor del IRE estará comprendido entre 5 y 20 y la obra tendrá una repercusión económica media.

El otro índice que hay que calcular es el de la repercusión social y ambiental, ISA. Este índice estima de manera cualitativa el impacto social y ambiental esperable en el caso de producirse la destrucción o la pérdida de operatividad total de la obra marítima. Para ello valora la posibilidad de pérdidas de vidas humanas (ISA1), los daños en el medio ambiente y en el patrimonio histórico-artístico (ISA2) y el alcance de la alarma social generada (ISA3). El ISA se define como la suma de los factores enunciados.

Los valores para estos tres factores en función de la posibilidad y alcance de cada uno de ellos son los siguientes:

• Remoto, es improbable que se produzcan daños a personas ► ISA1 = 0 • Bajo, daños leves reversibles ► ISA2 = 2 • Bajo, no hay indicios de que pueda existir una alarma social significativa

asociada al fallo de la estructura ► ISA3 = 0

De lo cual se obtiene que el valor del ISA es de 2, con lo que la obra objeto del proyecto es una obra sin repercusión social y ambiental significativa.

Una vez obtenidos ambos índices, a partir de ellos se puede obtener la vida útil y la probabilidad conjunta de fallo adscritos a los estados límite últimos. Considerando un IRE comprendido entre 5 y 20 resulta que vida útil mínima, V, es de 25 años, y con un ISA menor de 5 la probabilidad de fallo para los estados límite últimos, pn,V, es de 0.20.

Como el carácter general de la obra es IRE ≤ 20 e ISA < 20, y se verifica mediante un método de nivel I, es suficiente evaluar su seguridad frente a los modos de fallo principales. Estos modos de fallo están adscritos a estados límite últimos y su causa es la ocurrencia de un agente del medio físico. En

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consecuencia, la probabilidad de fallo de la obra se podrá aproximar por la probabilidad de excedencia del valor del agente predominante.

Sustituyendo en la expresión [5] los valores obtenidos resulta un valor para el periodo de retorno de 113 años. Con este periodo de retorno, se entra en el régimen extremal (figura 5), obteniéndose una altura de ola de cálculo cuyo valor es Hd = 8.0 m.

figura 5 Régimen extremal

En función de los parámetros α, β y γ, de la función de distribución de Weibull, y del número medio de temporales por año, λ, la altura de ola de cálculo se puede obtener de forma analítica como:

𝐻𝑑 = 𝛽 �−𝑙𝑛 �1

𝜆 · 𝑇𝑅��1𝛾

+ 𝛼 [6]

El Periodo de Retorno es un modo intuitivo de evaluar como de raro o poco frecuente es un suceso. No obstante, es muy importante recordar que TR es un tiempo promedio.

4.3 Criterios generales de proyecto según la ROM 02 Resultan ser mucho más sencillos que para la ROM 00. El criterio de la ROM 0.2 se aplica en el ejemplo contenido en el apartado 6.3.9.

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5 OBRAS DE ABRIGO

5.1 Introducción En el ámbito marítimo un área abrigada es una superficie de agua y tierra a resguardo de las acciones de las dinámicas atmosférica y marina. Dependiendo del nivel de protección y de las características de las instalaciones se pueden distinguir dos tipos de área abrigada: portuaria y litoral. La primera de ellas se dedica principalmente a la actividad portuaria, mientras que la segunda es específica del uso y gestión del litoral como borde tierra-mar.

El objetivo del Proyecto de un área abrigada es conseguir que ésta responda a los criterios de optimización funcional, económica y ambiental tanto de las obras necesarias como de su uso y explotación, y que en su conjunto, tramos y elementos satisfagan los requisitos de fiabilidad, aptitud para el servicio o funcionalidad3 y operatividad exigidos en cada una de las fases de proyecto, de aquí en adelante denominados requisitos de proyecto.

5.2 Proyecto de un dique de abrigo Para controlar las oscilaciones del mar, en particular el oleaje, puede ser necesaria la construcción de obras marítimas de abrigo, o diques de abrigo, cuya presencia interfiere con aquéllas.

La superposición de las oscilaciones incidentes, y las generadas y transformadas por la presencia de la obra, constituye el conjunto de oscilaciones que afecta al área abrigada y condiciona sus niveles de uso y explotación, seguridad y servicio.

El proyecto de un área abrigada y de las obras de abrigo necesarias deberá ser el resultado de, al menos, la siguiente secuencia de actividades:

1) Especificar los criterios generales definiendo la finalidad de la obra, los condicionantes funcionales, los plazos temporales y unidades espaciales (tramos) de la obra y, en cada fase de proyecto, el carácter general y el carácter operativo de la obra y de cada uno de sus tramos, así como los requisitos de proyecto.

2) Describir y caracterizar en el emplazamiento el área abrigada. 3) Describir y caracterizar los factores de proyecto en el emplazamiento

que definen la geometría, el medio físico, el terreno y los materiales, identificando y valorando los agentes y acciones y sus escalas temporales y espaciales, especificando, en su caso, los años meteorológicos y los ciclos de solicitación y operatividad.

A partir de ellas se recomienda:

1. Realizar los Estudios Previos con el objetivo de definir diferentes alternativas para las disposiciones en planta del área abrigada y para la

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tipología de los diques de abrigo en función tanto de los requerimientos del uso y explotación como de los condicionantes del terreno, morfológicos, climáticos, medioambientales, de los materiales y los métodos constructivos, de conservación y mantenimiento existentes localmente y la aptitud de desmantelamiento.

2. Predimensionar en planta y alzado la obra y determinar sus escalas espaciales (tramos).

3. Estudiar el comportamiento hidrodinámico, geotécnico, estructural y constructivo de la obra y de sus tramos frente a los factores de proyecto, así como su interacción con el entorno litoral, identificando los modos de fallo frente a la seguridad y el servicio, y los modos de parada frente al uso y la explotación.

4. Verificar que en el conjunto de la obra, sus tramos y elementos se cumplen los requisitos de proyecto en cada una de las fases para todos los modos de fallo y parada.

5. Optimizar funcional, económica y ambientalmente el área abrigada y los diques de abrigo teniendo en cuenta tanto los costes de primera construcción como los de conservación y, eventualmente, reparación en la vida útil y de desmantelamiento, seleccionando alternativas.

5.3 Implantación de diques de abrigo Cuando a causa de las dinámicas atmosférica y marina no se satisfagan los requisitos de proyecto en el área o en alguna de sus infraestructuras, se recomienda considerar la implantación de uno o más diques de abrigo.

5.4 Criterios generales Para el dique en su conjunto y para cada uno de sus tramos, el promotor deberá definir:

1) la temporalidad de la obra y la previsión de entrada en servicio de los diferentes elementos que la componen,

2) el carácter operativo y el carácter general, y en función de ellos, 3) la duración de cada una de las fases de proyecto, 4) los requisitos de fiabilidad y funcionalidad en cada una de ellas, 5) el nivel de operatividad, el número medio de paradas operativas y la

duración máxima de una parada operativa en el intervalo de tiempo y, en su caso,

6) el plan de desmantelamiento y de restauración de la ribera del mar y su entorno ambiental.

En los casos en los que el promotor de la obra no haya definido algunos o ninguno de los criterios generales indicados en el apartado anterior, o cuando el carácter general y el operativo propuestos sean injustificadamente diferentes de los habituales en este tipo de obras, el proyectista determinará para cada

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tramo de la obra el carácter general y el operativo, y en función de ellos los restantes requisitos de proyecto.

5.4.1 Intervalo de tiempo para el análisis operativo El promotor definirá los intervalos de tiempo para la verificación de los requisitos de seguridad, el servicio y el uso y la explotación, de la obra y de sus tramos en función, entre otros, de los estudios del rendimiento económico y operativo. Por lo general, la unidad de intervalo de tiempo para la verificación será el año y la vida útil se especificará en años.

5.4.2 Verificación de los requisitos de proyecto Un proyecto de obra de nueva construcción deberá verificar los requisitos estructurales, formales y de uso y explotación, los ambientales y los legales. Esta verificación se realizará teniendo en cuenta el comportamiento e interacción de los diques de abrigo con los agentes predominantes.

5.4.3 Seguridad, servicio y uso y explotación Se verificarán estos requisitos, al menos, en condiciones de trabajo normales y extremas, y en su caso en condiciones de trabajo excepcionales.

5.4.4 Requisitos ambientales Los requerimientos ambientales de las obras marítimas y de los diques de abrigo se recogen en la normativa ambiental de aplicación y con carácter específico en la ROM 5.0. Los requerimientos relacionados con la calidad de las aguas y la morfodinámica litoral se ajustarán a lo especificado en las ROM 5.1 y 5.2 respectivamente.

5.4.5 Requisitos legales específicos Dependiendo de la localización del área abrigada y del entorno administrativo habrá requerimientos legales específicos que serán de obligado cumplimiento y por tanto deben incluirse entre los condicionantes de proyecto y considerarse en cada una de las fases del mismo.

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28 6 DIQUES DE ABRIGO

6.1 Partes del dique Independientemente de su tipo, la sección transversal de un dique de abrigo se puede describir considerando las siguientes partes (ver figura 2):

Cimentación, que determina la forma en que la estructura transmite los esfuerzos al terreno.

Cuerpo central, que controla la transformación del flujo de energía del oleaje incidente y transmite a la cimentación la resultante de las acciones.

Superestructura, que controla el rebase sobre la coronación y, en su caso, ofrece un camino de rodadura.

figura 6 Partes de la sección de un dique

6.2 Interacción respecto al oleaje Según sean la geometría y la disposición de los elementos que conforman la sección de un dique de abrigo, se pueden potenciar unos procesos de transformación del movimiento oscilatorio frente a otros. En los subapartados siguientes se analizan brevemente estos procesos y su dependencia de los elementos tipológicos.

6.2.1 Reflexión Siempre que haya un cambio brusco de las propiedades geométricas del medio en el que se propaga el tren de ondas con el resultado de la modificación de la celeridad de fase del tren y, en consecuencia, del número de onda y de la dirección de propagación, se produce reflexión de la energía oscilatoria.

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Así, los cambios bruscos de la profundidad de agua en una berma de pie o de las características hidráulicas del núcleo en un dique de escollera, o la presencia de una pared impermeable de un dique vertical, entre otros, provocan la reflexión hacia el mar de cierta parte de la energía incidente.

Análogamente, cuando el tren de ondas se transmite a través del dique, lo abandona o se propaga por un canal de navegación, se refleja parte de la energía propagante tanto en la sección aguas arriba como en la sección aguas abajo.

En general, en los diques de abrigo la reflexión no ocurre en un punto o superficie fija sino que hay numerosas contribuciones que ocurren simultáneamente durante el proceso de la propagación.

figura 7 Reflexión en un dique en talud

6.2.2 Transmisión La transmisión de la energía oscilatoria a sotamar del dique se puede producir por rebase de su coronación, propagación a través del cuerpo central, como es el caso de los diques granulares, y por el terreno y cimentación cuando éstos sean permeables.

En el primer caso, la magnitud de la energía transmitida depende de la relación entre la altura de la coronación o francobordo, Fc, y la altura de la lámina de agua que alcanza la coronación (ésta se puede expresar en términos de la altura de ola a pie de dique y en presencia de él H*3), es decir, del francobordo relativo, Fc / H.

En el segundo caso la magnitud de la energía transmitida, bien a través del cuerpo del dique bien por la cimentación y el terreno, depende de sus propiedades hidráulicas y de la anchura o longitud de propagación B, expresada en función de la longitud de onda o su equivalente el número de onda, kB ó B/L.

6.2.3 Disipación La disipación de la energía oscilatoria se produce principalmente por dos mecanismos, la rotura y la fricción por los contornos (superficie y fondo) e 3 Lo que quiere decir que la ola incidente está afectada por la reflexión del dique

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interior del medio por el que se propaga. El mecanismo más eficaz de disipación es la rotura de la ola en decrestamiento y en voluta, por el que se puede conseguir que se disipe más del 90% de la energía incidente. Por otro lado, las roturas de ola en colapso y en oscilación son menos eficientes y, en general, no disipan más del 60% de la energía. El destino de la energía remanente es la reflexión, la disipación interna por fricción o la transmisión a sotamar, como muestra la figura 8.

figura 8 Procesos de transformación de la energía incidente en un dique en talud

figura 9 Flujo de energía en presencia de la obra

Aunque no es la única manera posible, la rotura de la ola se produce por el incremento del peralte al propagarse por un talud. El tipo de rotura que se produce en el talud se puede identificar a través del número de Iribarren, que se define como el cociente de la pendiente del talud y el peralte (pendiente) de la ola sobre el talud,

𝐼𝑟 =𝑡𝑎𝑛(𝛼)

�𝐻𝐿

[7]

6.2.4 Altura de ola a pie de dique y en presencia de él Con amplia generalidad, se puede admitir que la presencia del dique provoca la reflexión de una parte de la energía del tren de ondas de altura HI y periodo Tz.

A pie de dique, debido a la interferencia de los trenes incidente y reflejado, el movimiento oscilatorio es parcialmente estacionario. En teoría lineal, el periodo

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del tren incidente, reflejado y parcialmente estacionario es el mismo, es decir Tz, sin embargo, la altura de ola H* de éste depende de la geometría del frente del dique y del desfase entre ambos trenes.

H* es una altura de ola a pie de dique y en presencia de él. En general, esta altura de ola se puede expresar por

𝐻∗ = 𝜇 · 𝐻𝑖 [8]

donde μ es un coeficiente que cuantifica la magnitud de la interferencia lineal de los trenes incidente y reflejado. El valor de μ no sólo depende de la tipología, sino también del tramo y de la disposición en planta de la obra y el entorno.

6.3 Diques en talud Con carácter general un dique en talud (figura 10, figura 11) se puede construir para abrigar frente a cualquier régimen de oleaje (olas sin romper, rompiendo o rotas).

Siempre que sea posible se recomienda utilizar piedra natural como elemento del manto principal y adoptando un ángulo del talud α del lado de barlomar tal que se encuentre en el intervalo [1.5 ≤ 𝑐𝑜𝑡𝛼 ≤ 3.0]. En su defecto, sin perjuicio de que puedan utilizarse otro tipo de piezas artificiales, se recomienda utilizar piezas ligeramente paralelepipédicas (a·a·1.3a) de hormigón en masa.

En este caso, se recomienda adoptar taludes con ángulos que cumplan [1.5 ≤ 𝑐𝑜𝑡𝛼 ≤ 2.0].

Para piezas artificiales de hormigón paralelelpipédicas, se recomienda iniciar los tanteos de predimensionamiento “a inicio de avería” con un peso mínimo de la pieza tal que cumpla:

𝑊𝛾𝑤𝑅𝑠𝐻∗3

> 0.020

𝐻∗ ≅ 1.5𝐻𝑖

𝑐𝑜𝑡(𝛼) = 1.5

𝑅𝑠 =𝑆𝑠

(𝑆𝑠 − 1)3

𝑆𝑠 =𝛾𝑠𝛾𝑤

[9]

donde H* es una altura de ola a pie de dique y en presencia de él, representativos de un estado meteorológico de condiciones de trabajo extremas.

6.3.1 Partes de un dique en talud La figura 10 muestra las distintas zonas de las que se compone un dique en talud:

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1) El manto principal, que es el dispositivo que defiende la estructura contra el ataque del oleaje

2) Las capas de filtro, que impiden la migración del núcleo a través del manto

3) El núcleo, que sostiene la estructura, proporciona cierto grado de impermeabilidad y ahorra materiales menos económicos

4) El espaldón, que da apoyo horizontal al manto en la coronación y limita el rebase del oleaje

5) La banqueta, que apoya el manto y defiende contra los fenómenos de socavación

figura 10 Sección tipo de un dique en talud

figura 11 Dique en talud (ROM1.0-09)

6.3.2 Modos de fallo del dique en talud

6.3.3 Definición del nivel de daño El daño a las capas del manto principal se caracteriza tanto por:

• contaje del número de unidades desplazadas o

• medición del perfil de superficie erosionada del manto. En ambos casos el daño se relaciona con un estado específico de la mar durante el tiempo especificado.

El método de recuento se basa en una clasificación de los movimientos de los bloques del manto, por ejemplo:

• No hay movimiento.

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• Las unidades individuales oscilan. • Las unidades individuales son desplazadas de su posición original una

distancia mínima determinada, por ejemplo Dn o ha (longitud o altura de la unidad)

Los desplazamientos pueden ser en términos de unidades expulsadas del manto o de unidades que deslizan a lo largo de la pendiente para llenar un vacío. En caso de pendientes pronunciadas, los desplazamientos también podrían ser consecuencia del deslizamiento del manto debido a la compactación o pérdida de apoyo.

El daño en términos de unidades desplazadas se da generalmente como:

• el desplazamiento relativo, D, definido como la proporción de unidades desplazadas con relación al número total de unidades, o preferiblemente,

• al número de unidades dentro de una zona específica en torno al nivel medio del mar.

La razón para limitar el daño a una zona específica es que, de no hacerlo así, sería difícil comparar diversas estructuras porque el daño estaría relacionado con totales diferentes para cada una de ellas.

Debido a que prácticamente todos los movimientos de los bloques del manto tienen lugar dentro de los niveles ± Hs alrededor del nivel medio del mar, el número de unidades dentro de esta zona se utiliza a veces como el número de referencia.

Sin embargo, debido a este número cambia con Hs, se recomienda especificar un valor de Hs correspondiente a un nivel de daño determinado, según lo propuesto por (Burcharth & Liu, 1992) o utilizar el número de unidades dentro de los niveles de NMM ± n Dn, donde n es elegido de tal manera que casi todos los movimientos tienen lugar dentro de estos niveles. Por ejemplo, para dolos se utiliza n = 6.

figura 12 Ejemplo de dique en talud (ROM 0.1-09)

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6.3.3.1 Nod El daño, D, puede estar relacionado con cualquier definición de los movimientos. El número relativo de las unidades que se mueven también puede estar relacionado con el número total de unidades dentro de una franja vertical de anchura Dn que se extiende desde el fondo hasta la parte superior del manto. Para esta definición de desplazamiento (van der Meer J. , 1988) utilizó el término para Nod unidades desplazadas fuera del manto y Nor para las unidades que se mueven. La desventaja de Nod y Nor es la dependencia de la longitud del manto.

6.3.3.2 Ae La caracterización de daño basada en el área Ae de la sección transversal erosionada en torno al nivel medio fue utilizada por (Iribarren, 1938) y (Hudson, Design of Quarry-Stone Cover Layers for Rubble-Mound Breakwaters; Hydraulic Laboratory Investigation. Research Report No. 2-2, 1958).

Hudson define D como la erosión en tanto por ciento del volumen original.

Iribarren define el límite de daño grave el que se produzca cuando la profundidad de la erosión en la capa principal de protección alcanza el valor (el ancho de la capa) Dn.

(Broderick, 1.983) define un parámetro de daño adimensional para la escollera y el manto como:

𝑆 =𝐴𝑒𝐷𝑛502 [10]

que es independiente de la longitud del manto y tiene en cuenta los acuerdos verticales, pero no los asentamientos y deslizamientos paralelos al manto.

S puede ser interpretado como el número de cuadrados de lado Dn50 que encajan en el área erosionada, o como el número de cubos con lado igual a Dn50 dentro de un ancho de banda Dn50 del manto.

El parámetro daño S es menos adecuado en el caso de mantos de bloques complejos como dolos y tetrápodos, debido a la dificultad de definir el perfil de la superficie.

Una visión general de los parámetros de daño se da en la tabla 7.

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tabla 7 Definición del daño relativo (Coastal Engineering Manual)

Si no se tienen en cuenta los asentamientos la siguiente relación entre Nod y S es válida:

𝑁𝑜𝑑 = 𝐺(1 − 𝑝)𝑆 [11]

donde p es la porosidad del manto y G es un factor que depende de su gradación.

La gama de p es de aproximadamente 0.4 a 0.6 con los valores más bajos en la roca y el mayor con dolos. G = 1 para mantos de bloques de hormigón uni-talla y 1.2 a 1.6 para mantos de piedra. Se ve que Nod es aproximadamente igual a S / 2. Por desgracia la ecuación [11] no es aplicable en general porque la experiencia muestra que la relación depende del talud del manto. La figura 14 muestra ejemplos de las relaciones entre los Nod y S determinados a partir de ensayos con modelo.

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figura 13 Area erosionada

figura 14 Ejemplos de relaciones experimentales entre Nod y S

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figura 15 Definición del daño relativo (Coastal Engineering Manual)

figura 16 Ejemplo de cálculo del nivel de daño

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figura 17 Clasificación de daños y valores de los parámetros D, Nod y S relacionados con el

daño

6.3.4 Estabilidad de los elementos del manto. Talud crítico El profesor Iribarren (Iribarren Cavanillas & Nogales y Olano, 1954) estudió las condiciones de equilibrio de un elemento del manto de escollera exterior, teniendo en cuenta que al romper la ola sobre esta, no se anula toda la cantidad de movimiento, y que el agua pasa a través del manto chocando

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contra la segunda capa, en la que se supone se anula el resto de la cantidad de movimiento

Al romper una ola sobre la capa exterior de un dique de talud, la anulación de la cantidad de movimiento provoca que cada canto esté sometido a la presión y subpresión producida por el agua, a la acción de la gravedad y a las fuerzas de rozamiento.

figura 18 Estabilidad de un elemento del manto principal (Iribarren)

El primer concepto fundamental que hay que estudiar es la acción que el oleaje ejerce sobre los cantos del manto exterior.

Al llegar el oleaje al dique, ejerce una presión dinámica sobre los elementos, tratando de empujarlos hacia arriba; se produce así un proceso por el cual los elementos de la zona inferior van siendo arrastrados hacia la parte superior. A este proceso se le denomina equilibrio hacia arriba.

Si se aumenta el talud, al incidir el oleaje sobre los elementos ya no es capaz de arrastrarlos hacia arriba, porque el momento estabilizador del peso es mayor que el momento volcador que ejerce la presión dinámica del oleaje. Pero el flujo del agua que vuelve al mar tras haber roto sobre el dique ejerce también una presión sobre los cantos, aunque menor que la presión que ejerce la ola rompiente, pero que se ve favorecida por el peso de los elementos, que ejerce ahora una acción desestabilizadora. Por ello el reflujo de la ola es capaz de mover los cantos superiores del talud y desplazarlos hacia la parte inferior, produciéndose así un fenómeno natural por el cual los taludes rígidos tienden a tenderse. Este es el equilibrio hacia abajo.

Parece evidente que si el mar tiende a rigidizar los taludes tendidos y a tender los taludes demasiado verticales, el diseño más lógico será precisamente el proyectar un talud que coincida con el talud crítico. Este talud de equilibrio crítico, que separa el comportamiento entre equilibrio hacia abajo y hacia arriba, depende de un factor principal, que es la imbricación de los cantos. Esta imbricación depende del tipo de pieza de que se disponga; así, el talud crítico será mayor (más empinado) para bloques paralelepípedos que para escolleras

APUNTES DE PUERTOS


40

naturales y mayor aún para tetrápodos (figura 19), en los cuales la imbricación es máxima, permitiendo por ello disponer taludes bastante verticales sin que los tetrápodos puedan ser desplazados por el oleaje ni hacia arriba ni hacia abajo.

figura 19 Tetrápodos

Los taludes críticos se han obtenido en ensayos de laboratorio sometiendo a diques de escollera a distintas combinaciones de altura de ola – período (H-T), y se ha observado que el talud crítico es uno sólo para un tipo de canto dado, cualquiera que sea la combinación de altura de ola – período a que se someta al dique dentro de un régimen H-T que está truncado, es decir, en el que se eliminaron los temporales extraordinarios.

El temporal extraordinario no modifica el talud crítico, sino que lo que provoca es la avería del dique.

6.3.5 Algunas formulaciones empíricas para el cálculo de diques en talud

Las formulaciones empíricas que sugiere el Coastal Engineering Manual se recogen en la tabla 8.

Armor Unit Non-Overtopped Overtopped Submerged Rock Hudson (1974)

van der Meer (1988) Powell & Allsop (1985)

Vidal et al. (1992) van der Meer (1991)

Vidal et al. 1992 Concrete cubes van der Meer (1988b) Tetrapods van der Meer (1988b) Dolosse Burcharth & Liu (1992)

APUNTES DE PUERTOS


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Armor Unit Non-Overtopped Overtopped Submerged ACCROPODES ® van der Meer (1988b)

Burcharth et al. (1998)

CORE-LOC ® Melby &Turk (1994) Turk & Melby (1997)

Tribars SPM (1984) Rock and dolosse Carver & Heimbaugh

(1989) tabla 8 Ecuaciones empíricas sugeridas por el CEM

6.3.5.1 Hudson (Hudson, 1974) Esta formulación se diseñó para escollera y manto principal en dos capas en diques no rebasables, para oleaje irregular, con incidencia normal.

𝐻∆𝐷𝑛50

= [𝐾𝐷𝑐𝑜𝑡(𝛼)]13 [12]

En la ecuación [12] son:

H Altura de ola de cálculo (Hs o H1/10) Dn50 Longitud del cubo equivalente de la

pieza media de escollera M50 Masa media de las rocas [= 𝜌𝑠𝐷𝑛503 ]

ρs Densidad de la roca

ρw Densidad del agua

∆ = �𝜌𝑠𝜌𝑤� − 1

α Ángulo del manto

KD Coeficiente de estabilidad Hudson define el número de estabilidad como

𝑁𝑠3 = 𝐾𝐷𝑐𝑜𝑡(𝛼) [13]

En el Shore Protection Manual de 1.977 (USACE, Shore Protection Manual, 1977) se proporcionan los siguientes valores para KD, basado enteramente en modelos físicos con oleaje regular, para H = Hs y taludes del manto principal 1.5 ≤ 𝑐𝑜𝑡(𝛼) ≤ 3.0:

tabla 9 Coeficiente de estabilidad (1)

En el Shore Protection Manual de 1.984 (USACE, Shore Protection Manual, 1984) se proporcionan los siguientes valores, para H = H1/10:

APUNTES DE PUERTOS


42

tabla 10 Coeficiente de estabilidad (2)

En las tablas anteriores, breaking waves significa olas limitadas por el fondo, es decir, que la rotura del oleaje ocurre frente al manto principal.

La formulación de KD por el SPM (1984) introduce un considerable factor de seguridad al emplear H1/10 en vez de Hs (según la distribución de Rayleigh, 𝐻1/10 = 1.27 · 𝐻𝑠).

Incertidumbres

El coeficiente de variación de la formulación de (Hudson, 1974) fue estimado en un 18% por (van der Meer J. , 1988). (Melby & Mlaker, 1997) señalaron una variabilidad para KD de un 25% para escollera y un 20% para dolos.

figura 20 Ensayo en modelo físico

6.3.5.2 Van der Meer (1988)

6.3.6 Dimensiones de la superestructura Las dimensiones de la superestructura o espaldón influyen de manera notable en el modo de controlar el flujo de energía. Así, es posible encontrar diques en

APUNTES DE PUERTOS


43

talud con una superestructura de pequeñas dimensiones y ubicado en un nivel en el que la acción del oleaje es despreciable (figura 21).

figura 21 Dique en talud con camino de rodadura

En España, es habitual dimensionar el dique en talud con una superestructura de grandes dimensiones que controla una parte sustancial de la energía incidente; para facilitar su construcción se suele apoyar por encima de la bajamar, pudiendo, en ese caso, disponer de tacones o zarpas. El espaldón se suele coronar con un parapeto y botaolas (figura 22).

figura 22 Botaolas en la coronación de un espaldón

En el caso de disponer de un espaldón, para que el dique sea “irrebasable” es recomendable que las cotas de coronación del manto principal y del espaldón medidas sobre el nivel del mar del cálculo, satisfagan las condiciones:

𝐹𝑡𝐻∗

≥ 0.60

𝐹𝑐𝐻∗

≥ 1.0 [14]

APUNTES DE PUERTOS


44

donde los francobordos del manto principal y del espaldón Ft y Fc respectivamente, están medidos en vertical con respecto al nivel del mar simultáneo y compatible con el estado de mar en el que se puede presentar la altura de ola H* (como una primera estimación se puede considerar H* = 1,5HI).

6.3.7 Dique en talud sin superestructura La ausencia de una superestructura da lugar a los diques rompeolas sin espaldón (figura 23). No es habitual en España la construcción de diques principales sin espaldón aunque es frecuente su utilización en contradiques y espigones.

Para que el dique sea irrebasable es recomendable que la cota de coronación del manto principal satisfaga la condición:

𝐹𝑡𝐻∗

> 0.90 [15]

medida en vertical con respecto al nivel del mar simultáneo y compatible con el estado de mar en el que se puede presentar la altura y el periodo de ola, H* y T.

En el caso de que el dique sea rebasable, el flujo de energía transmitido a sotamar del dique depende de los valores relativos de francobordo Ft/H*, peralte de la ola H*/L, altura de la ola H*/h y anchura de la coronación Bc/L.

Esta tipología es la que habitualmente se emplea en la construcción de espigones perpendiculares a la costa para el control del transporte de sedimentos en la zona de rompientes en playas, o en las desembocaduras de los ríos, actuando también, en este caso, como espigones de encauzamiento, diques exentos para proteger de la acción del oleaje un tramo de costa, etc.

En general, estos espigones no llevan superestructura; en algunas ocasiones se coloca una placa de hormigón para facilitar el acceso sobre ellos.

figura 23 Dique en talud sin superestructura

6.3.8 Dique sumergido El dique sumergido se esquematiza en la figura 24 y se emplea para limitar la energía de las olas que arriban a la playa.

APUNTES DE PUERTOS


45

figura 24 Dique sumergido

6.3.9 Ejemplo de cálculo de un dique en talud

6.3.9.1 Introducción Vamos a ubicar un dique en Alicante (por ejemplo). A continuación veremos cómo calcularlo.

6.3.9.2 Altura de ola de cálculo

6.3.9.2.1 Periodo de retorno Se seguirá el criterio de la ROM0.2-90. Se obtienen la vida útil, n, y el riesgo asumido, E. A partir de la relación de Borgmann, para vidas útiles de más de 10 años, se despeja el periodo de retorno, PR:

𝐸 = 1 − �1 −1𝑃𝑅

�𝑛

Despejando,

𝑃𝑅 =1

1 − (1 − 𝐸)1𝑛

La vida útil se obtiene de la tabla 2.2.1.1. de la ROM0.2-90 (página 47), mostrada en este mismo apartado. El riesgo lo tomamos de la tabla 3.2.3.1.2., en la página 69 de la misma publicación. Se muestra también a continuación.

Se supone que tenemos una infraestructura de carácter general y nivel 1, con lo que la vida útil es n = 25 años.

En cuanto al riesgo, la repercusión económica se supone alta y el riesgo de pérdida de vidas humanas es reducido, con lo cual E = 0.25 (para iniciación de averías).

Se tiene así:

0.25 = 1 − �1 −1𝑃𝑅

�25

APUNTES DE PUERTOS


46

𝑃𝑅 =1

1 − (1 − 0.25)125

Y se obtiene PR = 87 años. La tabla siguiente contiene una colección de resultados.

tabla 11 Periodos de retorno en función de la relación de Borgmann

tabla 12 Vidas útiles (ROM 0.2-90)

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 1000.1 96 143 191 238 286 333 381 428 476 523 570 618 665 713 760 808 855 903 9500.15 63 93 124 155 186 216 247 278 309 339 370 401 432 462 493 524 555 586 6160.2 46 68 91 113 135 158 180 203 225 247 270 292 315 337 360 382 404 427 4490.25 36 53 71 88 105 123 140 157 175 192 210 227 244 262 279 296 314 331 3490.3 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 2810.35 24 36 47 59 71 82 94 105 117 129 140 152 163 175 187 198 210 222 2330.4 21 30 40 50 60 70 79 89 99 109 118 128 138 148 158 167 177 187 1970.45 18 26 34 43 51 60 68 76 85 93 101 110 118 126 135 143 152 160 1680.5 15 23 30 37 44 51 59 66 73 80 88 95 102 109 116 124 131 138 1450.55 14 20 26 32 39 45 51 57 64 70 76 82 89 95 101 107 114 120 126

Vida útil [años]

Ries

go

APUNTES DE PUERTOS


47

tabla 13 Riesgos admisibles (ROM 0.2-90)

6.3.9.2.2 Obtención de la altura de ola de cálculo Se obtiene el régimen extremal de la boya más cercana, en este caso, la de Alicante (ver figura 25).

APUNTES DE PUERTOS


48

figura 25 Ubicación de la boya de Alicante

figura 26 Régimen extremal de la boya de Alicante

Se obtiene un valor Hd = 5.80 m (esto también se puede hacer analíticamente, a partir de la función de Weibull). El periodo de pico se obtiene a partir de la formulación indicada al pie de la página del régimen extremal de oleaje. En este caso es:

𝑇𝑃 = 5.11 · 𝐻𝑠0.44,

APUNTES DE PUERTOS


49

lo que nos da un periodo de pico Tp = 11.07 s. El periodo medio se obtiene de

la ROM 0.3 -91, por la que sabemos que 𝑇𝑝 𝑇𝑚� = 1.20. Así, Tm = 9.23 s. Y de

la teoría lineal, L0 = 132.90 m, valor que se utilizará más adelante.

Ahora se trata de propagar el oleaje hasta la zona del dique, lo que se realiza con el modelo matemático de propagación de oleaje de que se disponga. En este caso, se utilizará el modelo CMS Wave.

figura 27 Cálculo del periodo de pico

APUNTES DE PUERTOS


50

6.3.9.3 Altura de ola de cálculo a pie de dique

figura 28 Carta náutica

figura 29 Modelos digitales de elevaciones de la malla general (izquierda) y anidada

(derecha)

figura 30 Cálculo del espectro de energía

APUNTES DE PUERTOS


51

figura 31 Espectro de energía

figura 32 Ola propaganda

figura 33 Perfil para obtención de la altura de ola

APUNTES DE PUERTOS


52

figura 34 Altura de ola a lo largo del dique

6.3.9.4 Dimensionamiento del dique Una vez obtenida la altura de ola al pie del dique, se procede al dimensionamiento de la sección transversal.

6.3.9.4.1 Parámetros

6.3.9.4.1.1 Permeabilidad

figura 35 Coeficientes de permeabilidad (van der Meer, 1.988)

6.3.9.4.1.2 Nivel de daño Clasificación de daños y valores relacionados de los parámetros D, Nod y S

Sin daños No hay desplazamiento de ninguna unidad. S puede no ser igual a cero, debido a la existencia de asientos

Inicio de daños Algunas unidades se desplazan. Este nivel de daños

APUNTES DE PUERTOS


53

corresponde a No damage level del Shore Protection Manual (1.977 y 1.984), en relación al coeficiente de estabilidad de la fórmula de Hudson.

Daño intermedio (de moderado a severo)

Se desplazan las unidades del manto, pero sin dejar el filtro expuesto al oleaje

Fallo El filtro queda expuesto al oleaje

figura 36 Parámetros de daño /1

figura 37 Parámetros de daño /2

6.3.9.4.2 Manto principal Existen multitud de formulaciones empíricas para el cálculo del manto principal. En sucesivas ediciones del presente documento se mostrarán diferentes resultados.

APUNTES DE PUERTOS


54

6.3.9.4.2.1 Formulación de van der Meer para escollera, en dos capas (van der Meer, 1. 988)

6.3.9.4.2.2 Formulación de van der Meer para bloques paralelepipédicos de

hormigón en dos capas (van der Meer, 1.988)

6.3.9.4.2.3 Aplicación al ejemplo Los datos al pie del dique son:

Hs = 4.50 m (de la figura 34)

ρs = 2.300 kg/m3

ρw = 1.026 kg/m3

∆ = 1.24

APUNTES DE PUERTOS


55

sm = 4.501.56·𝑇²

= 0.034

Se ha de establecer el índice de daños. Para inicio de daños, se tiene Nod = 0; para daño intermedio, se puede considerar Nod = 1, y para fallo, Nod = 2 (ver figura 37).

El número de olas se puede evaluar en función de la duración del temporal y el periodo medio. Por ejemplo, para un temporal de 1.0 día de duración,

𝑁𝑧 =1.0 · 24 · 3600

9.23= 9360

Con estos valores, se tiene:

𝐻𝑠∆𝐷𝑛

= �6.7 · 𝑁𝑜𝑑0.4

𝑁𝑧0.3 + 1.0� 𝑠𝑚−0.1

4.501.24𝐷𝑛

= �6.7 · 10.4

93600.3 + 1.0�0.034−0.1

De esta expresión se ha de obtener Dn, y de este valor, el peso medio del bloque.

Así, Dn = 1.81 m. El peso medio del bloque será W50 = 2.3*1.813 = 13.63 Tn.

Por tanto, el manto principal del dique se construirá con dos capas de bloques paralelepipédicos de 15.0 Tn (subimos a un peso más sencillo de construir).

6.3.9.4.3 Filtros La misión del filtro es impedir la fuga del núcleo por entre los intersticios del manto. La condición de filtro es:

𝑊𝑓 =𝑊50

15~𝑊50

20

Así, dado que el núcleo presenta un peso entre 10 y 100 kg, normalmente, se puede suponer que el tamaño medio es de 50 kg. Por tanto, han de colocarse las capas de filtro suficientes para que el núcleo no salga a través del filtro inferior, ni el filtro superior a través del manto. Puede ocurrir que ambos filtros sean el mismo, si solo se dispone uno.

Manto Filtro 1 Filtro 2 15,000.00 750.00 37.50

kg kg kg Se observa que el filtro 2 sería de 37.50 kg, tamaño incluso menor que el núcleo, por lo cual no sería precisa su colocación, siendo suficiente con dos capas de 750.00 kg.

6.3.9.4.3.1 Otras condiciones de filtro

6.3.9.4.3.1.1 Retención Aparte de la expresión anterior, se puede comprobar que:

APUNTES DE PUERTOS


56

𝑑15(𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜)

𝑑85(𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒)< 4 ~ 5

6.3.9.4.3.1.2 Permeabilidad La permeabilidad del filtro debe ser adecuada, para no aumentar las presiones hidráulicas. Para ello se debe cumplir:


𝑑15(𝑐𝑎𝑝𝑎 𝑏𝑎𝑠𝑒)> 4 ~ 5

6.3.9.4.3.1.3 Estabilidad interna Si el material de filtro está mal graduado, puede haber pérdida de partículas finas, causando inestabilidad interna. Para evitar eso, debe cumplirse:


𝑑10(𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜)< 10

6.3.9.4.3.2 Espesor de la capa de filtro Las capas filtrantes construidas con grava gruesa o un material más grueso deben tener un espesor mínimo por lo menos dos a tres veces el diámetro de las piedras más grandes en la distribución granulométrica para resultar eficaces.

El mínimo espesor de capa en un filtro de grava debe ser de al menos 20 cm, y las capas de filtros de arena deben tener un espesor mínimo de al menos 10 cm (Pilarczyk 1990).

Estas directrices sobre espesores se asumen controladas por encima de las aguas. En la colocación bajo el agua, la capa de asiento debe tener un espesor de al menos dos a tres veces el tamaño de los elementos más grandes usados en ella, pero nunca menos de 30 cm de espesor para garantizar que las irregularidades están completamente cubiertas.

Otras consideraciones, como las aguas poco profundas, la exposición durante el procedimiento de construcción, y grandes esfuerzos hidrodinámicos, etc., pueden sugerir filtros más gruesos, pero no hay reglas generales al respecto. A menudo se emplea un espesor mínimo de 50 cm.

6.3.9.4.4 Cota de coronación del espaldón Se calculará limitando el rebase permitido. Para ello se emplea la tabla 14.

APUNTES DE PUERTOS


57

tabla 14 Limitación del rebase

6.4 Diques verticales

6.4.1 Introducción Un dique vertical de pared impermeable, de comportamiento gravitatorio, se caracteriza por la reflexión prácticamente total de la energía del oleaje, sin intentar variar su comportamiento, ni laminarla por transmisión o disipación de energía.

En el dique vertical usualmente se distinguen tres partes principales (véase su equivalencia en la figura 38):

1. Banqueta de cimentación con su correspondiente enrase de grava. 2. Berma de protección del dique. 3. Bloque de guarda anti-socavación, pudiendo estar embebido en la

berma delantera de protección. 4. Monolito (cajón o tipología especial)

APUNTES DE PUERTOS


58

5. Espaldón, con sus múltiples soluciones estructurales, funcionales e hidráulicas para minimizar el rebase cuando la función es de dique muelle.

El cuerpo del dique suele estar formado por cajones flotantes (ver 6.4.2). El cajón es hueco, de hormigón, y suele tener una altura máxima en torno a los 25 m, debido a criterios constructivos y de flotabilidad. Su francobordo suele ser reducido. La eslora de un cajón suele oscilar entre 40 y 60 m, con mangas entre 20 y 30 m y puntales entre 20 y 25 m.

La banqueta tiene las funciones siguientes:

• Transmitir las tensiones al terreno • Disminuir la profundidad de la cimentación • Proporcionar una superficie regular de apoyo. En este sentido es preciso

cuidar mucho la superficie de contacto con la solera del cajón, para evitar cargas de punzonamiento excesivas que pudieran romparla

Se puede ejecutar con dos tipos de material:

• Escollera • Todo - uno

Normalmente se ejecuta de escollera para disponer de una mayor resistencia, pero si su tamaño aumenta se realiza con todo-uno, lo que la hace más económica.

Como el cajón flotante necesita una superficie lisa como apoyo, para evitar que se concentren las tensiones en algún pun de la banqueta, se prevé un enrase de grava de poco espesor.

En cuanto a la berma, tiene por objeto evitar que el oleaja puede erosionar con facilidad la banqueta. Suele ser de escollera de mayor tamaño que la de la banqueta.

Sin embargo existe siempre un punto crítico donde la erosión es máxima (socavación o scour). Para evitarla se sitúa un bloque cúbico, denominado "bloque de guarda" (3 en la figura 38).

APUNTES DE PUERTOS


59

figura 38 Sección de un dique vertical

6.4.2 Cajones flotantes Por su importancia, se ha dedicado un capítulo único a los cajones flotantes, el 7.

6.4.3 Cálculo de un dique vertical El dique vertical se calcula fundamentalmente a deslizamiento y vuelco. El principal problema reside en analizar las fuerzas que el oleaje transmite al dique, y el siguiente en conocer el comportamiento de la banqueta, con objeto de calcular correctamente el coeficiente de seguridad al vuelco.

Otro problema es el estructural, consistente en armar al cajón de forma que las celdas resistan los esfuerzos a que están sometidas. Ello no forma parte de lo expuesto en este documento.

APUNTES DE PUERTOS


60

6.4.3.1 Fuerzas que actúan sobre el cajón

figura 39 Fuerzas básicas que actúan sobre el cajón

figura 40 Fuerzas actuantes sobre el cajón

APUNTES DE PUERTOS


61

6.4.3.2 Esfuerzos debidos al oleaje Se ilustra aquí el método de (Goda, 1974) y (Tanimoto, Moto, Ishizuka, & Goda, 1976)

Goda determina que el oleaje al incidir sobre una estructura presenta un esquema de presiones como el mostrado en la figura 41.

figura 41 Esquema de presiones en un dique vertical, según Goda (1.985)

La altura de ola significante, según Goda, es:

𝐻0∗ = 𝐾𝑟𝐾𝑑𝐻0

𝜂∗ = 0.75(1 + 𝑐𝑜𝑠𝛽)𝜆1𝐻𝑑

𝑝1 = 0.5(1 + 𝑐𝑜𝑠𝛽)(𝜆1𝛼1 + 𝜆2𝛼∗𝑐𝑜𝑠²𝛽)𝜌𝑤𝑔𝐻𝑑

𝑝2 = ��1 +ℎ𝑐𝜂∗� 𝑝1 𝑓𝑜𝑟 𝜂∗ > ℎ𝑐

0 𝑓𝑜𝑟 𝜂∗ ≤ ℎ𝑐

𝑝3 = 𝛼3𝑝1

𝑝𝑢 = 0.5(1 + 𝑐𝑜𝑠𝛽)𝜆3𝛼1𝛼3𝜌𝑤𝑔𝐻𝑑

[16]

donde son:

APUNTES DE PUERTOS


62

6.5 Bases de cálculo El dimensionamiento de un dique de abrigo se fundamenta en su comportamiento e interacción en planta y alzado con los agentes de proyecto:

• gravitatorios, • del medio físico, • terreno, uso y explotación, • materiales y • los derivados de los procesos constructivos,

y se concreta en los modos de fallo y parada. A partir del estudio del comportamiento de la obra se pueden describir y clasificar según su origen las distintas formas o mecanismos que conducen al fallo o parada operativa de la obra, o modos de fallo o parada, en función de los agentes de proyecto preponderantes en el fallo o parada operativa.

A estos efectos, se considerarán los siguientes comportamientos de la obra de abrigo y de cada uno de sus tramos, considerando tanto el análisis en planta como en alzado:

• Comportamiento hidráulico y comportamiento frente a otros agentes del medio físico

APUNTES DE PUERTOS


63

• Comportamiento estructural • Comportamiento geotécnico • Comportamiento derivado de los procesos constructivos • Comportamiento morfodinámico • Comportamiento ambiental: evaluando la incidencia de la obra de abrigo

en diversos parámetros de calidad ambiental, como la calidad de las aguas en el entorno portuario y litoral, de acuerdo con la Directiva Marco del Agua y las especificaciones de la ROM 5.1-05.

6.6 Tipologías de diques en función del oleaje incidente Las tipologías recomendadas para los diferentes tipos de dique, se muestran en la tabla 15, en función de los parámetros del oleaje incidente.

tabla 15 Tipologías recomendadas

APUNTES DE PUERTOS


64 7 MUELLES

7.1 Tipos de muelles

7.1.1 Muelles de gravedad

figura 42 Muelle de bloques

figura 43 Muelle de cajones

APUNTES DE PUERTOS


65

7.1.2 Muelles pilotados

figura 44 Muelle de pilotes

7.1.3 Muelles de pantallas

figura 45 Muelle de pantallas

APUNTES DE PUERTOS


66

7.1.4 Muelles de recinto de tablestacas

figura 46 Muelle de recinto de tablestacas

APUNTES DE PUERTOS


67

7.2 Configuraciones físicas recomendadas

tabla 16 Configuraciones físicas del atraque que suelen ser más convenientes en función

del tipo de tráfico. Tabla 2.3.1 de la ROM 2.0

7.3 Cargas

7.3.1 Cargas permanentes El valor característico de las acciones se deducirá aplicando a las dimensiones reales de los distintos elementos los pesos específicos correspondientes.

Según el material considerado tendremos los siguientes pesos específicos:

• Hormigones:

- Armado: γ = 2,50 T/m3

- En masa: γ = 2,30 T/m3

• Aceros:

- En armaduras: γ = 7,85 T/m3

• Agua de mar:

- γ = 1,030 T/m3 (mar Mediterráneo)

APUNTES DE PUERTOS


68

• Rellenos:

- Escollera en banqueta de cimentación:

γd = 1,80 t/m3

γsat = 2,10 t/m3

φ = 35º

• Pedraplén:

- En el trasdós del muelle de bloques.

γsat = 1,90 t/m3

φ = 35º

C = 20 kpa

7.3.2 Cargas hidráulicas Son las producidas por el empuje del agua del mar, tanto en el trasdós como en el intradós y la cimentación del muelle.

7.3.3 Cargas del terreno Se definen como cargas de terreno a las presiones, empujes y demás esfuerzos ejercidos por un relleno o terreno natural sobre los distintos elementos de la estructura, o las reacciones que tales estructuras pueden originar en el terreno para lograr su equilibrio.

Para la obtención de los coeficientes de empuje se utilizará la teoría de Coulomb, de la que se deduce la siguiente formulación:

𝐾𝑎 =

⎣⎢⎢⎢⎢⎡

𝑠𝑒𝑐(𝛼) · 𝑐𝑜𝑠(𝜑 − 𝛼)

�𝑐𝑜𝑠(𝛼 + 𝛿) + �𝑠𝑒𝑛(𝜑 + 𝛿) · 𝑠𝑒𝑛(𝜑 − 𝛽)𝑐𝑜𝑠(𝛽 − 𝛼) ⎦

⎥⎥⎥⎥⎤2

𝐾𝑎ℎ = 𝐾𝑎𝑐𝑜𝑠(𝛼 + 𝛿)

α: ángulo de inclinación del trasdós del muro con la horizontal

β: ángulo que forma el terreno de trasdós con la horizontal

φ: ángulo de rozamiento interno del relleno

δ : ángulo de rozamiento relleno – muro

Ka : coeficiente de empuje activo

Kah: coeficiente de empuje activo horizontal

APUNTES DE PUERTOS


69

El ángulo de rozamiento terreno-estructura, de acuerdo con la Tabla 3.7.1. de la ROM 0.5-05, se tomará igual a 2/3 del ángulo de rozamiento interno del relleno del trasdós.

figura 47 Geometría y solución del problema resuelto analíticamente por Coulomb. Figura

3.7.12 de la ROM0.5

7.3.3.1 Inclinación de los empujes En la ROM 0.5 se define la inclinación del empuje efectivo de las tierras mediante el ángulo “δ” que forman entre sí el empuje y la normal al paramento. Ese ángulo se considera positivo cuando la acción del terreno contra el muro empuja a éste más hacia abajo que lo que indica la normal. El sentido positivo de “δ” se indica en varias figuras del apartado 3.7.

El valor de “δ” es, en general, un parámetro que el ingeniero debe decidir siguiendo las recomendaciones que se dan en el apartado 3.7.3.3 de la ROM 0.5.

El empuje pasivo, en general, será tanto mayor cuanto menor sea el ángulo “δ”. Normalmente el valor de “δ” será negativo, pero en cada obra deberá comprobarse que el desplazamiento relativo necesario para que se produzca esa dirección del empuje es compatible con las coacciones externas.

APUNTES DE PUERTOS


70

En cualquier caso, sea el empuje límite activo o pasivo, el valor absoluto de “δ” no superará el ángulo de resistencia del contacto tierras-muro. En la tabla 17 se indican los valores orientativos de ese ángulo que el ingeniero puede utilizar a falta de mejor información. Si la estructura o el terreno están sujetos a vibraciones importantes deberá considerarse δ = 0.

tabla 17 Valores máximos del ángulo de rozamiento entre el paramento del muro y el

terreno, en función del ángulo de rozamiento del terreno, φ. Tabla 3.7.1 de la ROM 0.5

7.3.4 Cargas variables de uso y explotación

7.3.4.1 Sobrecargas de operación y almacenamiento Vienen definidas por la ROM 2.0 en su apartado 4.6.4.

En función de su origen se diferencian los siguientes agentes de uso y explotación:

• Estacionamiento y almacenamiento de mercancías (qv,1). Sobrecarga vertical uniformemente repartida (qv,1r) . Combinación de cargas concentradas verticales (qv,1p).

• Manipulación de mercancías y embarque y desembarque de pasajeros (qv,2).

• Tráfico terrestre (qv,3). • Operaciones de los buques (qv,4).

Un punto a tomar en consideración es el efecto de las sobrecargas sobre el empuje activo. Las sobrecargas que actúan sobre la superficie del terreno en el trasdós del muro aumentan el valor del empuje activo. Ello se puede calcular mediante el apartado 3.7.5.6 de la ROM 0.5.

APUNTES DE PUERTOS


71

figura 48 Efecto de una sobrecarga uniforme en el empuje activo horizontal. Figura 3.7.17

de la ROM 0.5

7.3.4.2 Sobrecargas de equipos e instalaciones Se definen en el apartado 4.6.4.2 de la ROM 2.0. Salvo que se conozcan los equipos que operarán en el muelle, se pueden utilizar aquellos de forma supletoria.

7.3.4.3 Sobrecargas de equipos de movilidad restringida Se definen en el apartado 4.6.4.2.1.1.1 de la ROM 2.0.

7.3.5 Tiro de bolardos El tiro de bolardos está producido por el esfuerzo que las amarras del buque transmiten al dispositivo de amarre en el cantil del muelle.

7.3.6 Impactos de atraque

7.4 Coeficientes de seguridad Se adjunta a continuación la tabla 18, donde se resumen los coeficientes de seguridad mínimos recomendados frente a cada modo de fallo, para obras con ISA bajo.

APUNTES DE PUERTOS


72

tabla 18 Coeficientes de seguridad mínimos recomendados para el proyecto de muelles de

gravedad. ISA bajo (5 a 19). Tabla 4.2.1 de la ROM 0.5

7.5 Seguridad al vuelco

figura 49 Comprobación de seguridad frente al vuelco. Figura 3.7.34 de la ROM 0.5

APUNTES DE PUERTOS


73

7.6 Algunos modos de fallo

figura 50 Esquema de algunos modos de fallo. Figura 3.7.32 de la ROM 0.5

7.7 Ejemplo de cálculo Sea un muelle constituido por un bloque de hormigón de 6 m de ancho en la base, en un mar sin carrera de marea, con un calado de 5 m y un francobordo de 1.0m. Calcular el coeficiente de seguridad a deslizamiento y vuelco sin considerar sobrecargas de uso. Supóngase un suelo rígido.

APUNTES DE PUERTOS


74

7.7.1 Peso del muelle base 6 m calado 5 m francobordo 2 m Volumen 42 m3

Peso especifico 2.3 T/m3

Peso propio 96.6 T Brazo 3 m

W = 96.6 Mw = 289.8 mT

7.7.2 Cargas hidráulicas

H = 5 m γ = 1.023 t/m3 B = 6

gH = 5.115 T/m

H = 12.79 T V = 30.69 T Mh = 21.31 mT Mv = 92.07 mT

APUNTES DE PUERTOS


75

7.7.3 Empuje del terreno α = 0.00 º

β = 0.00 º φ = 35.00 º δ = 23.33 º γ = 2.10 T/m3 Η = 7.00 m

sec(a) 1.00

Ka = 0.24 cos(f-a) 0.82

Kah = 0.22

cos(a+d) 0.92 sen(f+d) 0.85

Eat = 12.57 T sen(f-b) 0.57

Eah = 11.55 T

cos(b-a) 1.00

Eav= 4.981 T sen(a+d) 0.396

H = 11.55 T Mh = 26.94 mT

V = 4.981 T Mv = 29.88 mT

7.7.4 Resumen de cargas

V H M E V E V E V

Peso propio 96.60 289.80 Hidráulica 30.69 12.79 12.79 21.31 113.38 Terreno 4.98 11.55 29.88 26.94 Total 101.58 30.69 12.79 24.33 341.00 140.32

Cargas E = 114.37 T Cargas V = 55.02 T Momento E = 341.00 mT Momento V = 140.32 mT

CSD = 2.08 CSV = 2.43

APUNTES DE PUERTOS


76 8 CAJONES FLOTANTES

Un cajón flotante es una estructura especial que permite una ejecución más rápida y económica de un dique vertical. La mayor parte de este capítulo se recoge en (Puertos del Estado, 2006).

figura 51 Perspectiva de un cajón

8.1 Contenido del proyecto de un cajón flotante El proyecto de un cajón flotante forma parte normalmente de una obra portuaria de mayor alcance (muelle, diques, etc) y como tal, constará de los siguientes documentos:

• Una memoria en la que se describa el objeto de las obras, recoja los antecedentes y situación previa a las mismas, las necesidades a satisfacer y la justificación de la solución adoptada, detallándose los factores de todo orden a tener en cuenta.

o Un anejo de cálculo justificativo del diseño propuesto en cuanto a formas y armaduras dispuestas.

o Un estudio geotécnico de los terrenos sobre los que la obra se va a emplazar.

o Un programa de desarrollo de los trabajos o plan de obra de carácter indicativo con previsión de tiempo y coste.

• Planos de conjunto y detalle necesarios para que la obra quede perfectamente definida, así como los que delimiten la ocupación de

APUNTES DE PUERTOS


77

terrenos y la restitución de servidumbres y demás derechos reales, en su caso, y servicios afectados por su ejecución.

• Pliego de Prescripciones Técnicas Particulares donde se hará la descripción de las obras y se regulará los materiales, su ejecución con expresión de la forma en que ésta se llevará a cabo, de la medición de las unidades ejecutadas y el control de calidad y de las obligaciones de orden técnico que correspondan la contratista.

• Un presupuesto con expresión de los precios unitarios y de los descompuestos en su caso, estado de mediciones y los detalles necesarios para su valoración.

• Demás documentos necesarios por normas de carácter legal o reglamentario.

8.2 Composición de un cajón Un cajón está constituido por los siguientes elementos:

• Solera: Losa maciza de hormigón normalmente de planta rectangular. • Fuste: Prisma recto con aligeramientos en toda su altura. En planta la

longitud del fuste suele coincidir con la de la solera. • Zapatas: Zonas voladas de la solera con respecto al fuste.

Los aligeramientos en el fuste hacen que el sólido resultante tenga una densidad inferior a la del agua y sea susceptible de flotar.

Básicamente se han utilizado aligeramientos rectangulares, cuadrados o circulares, éstos últimos con centros en los vértices de una malla de triángulos equiláteros.

En la figura 51 puede verse un cajón con aligeramientos rectangulares y la terminología más usual para diferenciar sus partes. Sus principales características dimensionales son las que se indican a continuación:

• Espesor de la solera: 0,40 – 1,00 m • Vuelo de las zapatas: 0,50 – 1,50 m • Espesor de las zapatas: normalmente se mantiene al mismo espesor

que en la solera. • Separación entre paredes interiores: 3,50 – 4,50 m • Espesor de las paredes exteriores: 0,40 – 0,60 m • Espesor de las paredes interiores: 0,20 – 0,30 m

APUNTES DE PUERTOS


78

figura 52 Planta de un cajón flotante con aligeramientos cuadrados. (Puertos del Estado,

2006)

APUNTES DE PUERTOS


79

figura 53 Secciones del cajón de la figura 51. (Puertos del Estado, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


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figura 54 Detalle. Modificado de (Puertos del Estado, 2006)

En la unión de las paredes exteriores con las interiores se utilizan acartelamientos con relación base/altura comprendida entre 1:1 y 2:1 (figura 54). La altura suele variar entre 0,20 – 0,25m. En la unión de las paredes interiores también se disponen chaflanes con relación base/altura 1:1 y altura variable entre 0,20 –0,25m

figura 55 Armado habitual de las cartelas. (Puertos del Estado, 2006)

En la figura 55 puede verse un cajón con aligeramientos circulares y la terminología más usual para diferenciar sus partes.

APUNTES DE PUERTOS


81

Las principales características dimensionales del cajón con aligeramientos circulares del ejemplo se indican a continuación:

• Espesor de la solera: 0,40 – 1,00 m. • Vuelo de la zapata: 0,50 – 1,50 m. • Espesor de las zapatas: normalmente se mantiene al mismo espesor

que en la solera. • Diámetro de los aligeramientos circulares: 2,50 – 3,80 m. • Espesor mínimo de hormigón entre aligeramientos: 0,15 m. • Espesor mínimo de hormigón en las caras exteriores excepto en lado

mar: 0,20 m. • Espesor mínimo de hormigón en la cara exterior lado mar: 0,40 – 0,60

m.

No hay diferencias importantes en cuanto al comportamiento entre un cajón con aligeramientos cuadrados o circulares.

El cajón con aligeramientos cuadrados es menos masivo que el cajón con aligeramientos circulares por tanto,

para una misma geometría externa, tiene menor calado

figura 56 Planta de cajón flotante con aligeramientos circulares. (Puertos del Estado, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


82

figura 57 Secciones del cajón de la figura 56. (Puertos del Estado, 2006)

8.3 Diferencias entre ambos tipos de cajones Para una misma geometría externa:

• Cajón con aligeramientos cuadrados o Presenta menores calados o Es más débil frente a los esfuerzos de flexión

• Cajón con aligeramientos circulares o Al ser más masivo, presenta mayores calados o Es más robusto respecto a los esfuerzos de flexión

APUNTES DE PUERTOS


83

8.4 Determinación de las dimensiones

8.4.1 Manga del cajón La anchura del cajón viene fundamentalmente determinada por las condiciones resistentes exigibles a la estructura, normalmente el muelle o dique en que se van a utilizar los cajones. Esta comprobación suele hacerse por metro lineal de estructura y es independiente de la longitud del cajón. En otros casos la anchura del cajón puede fijarse por condiciones de estabilidad naval, calado máximo admisible, o condicionantes de explotación.

8.4.2 Longitud o eslora del cajón La longitud del cajón depende de los siguientes factores:

• Capacidad del dique flotante o instalación para la fabricación de los cajones.

• Condicionantes marítimos para su remolque y fondeo: corrientes, oleaje, viento, etc.

• Condicionantes impuestos por la posibilidad de asientos diferenciales del cimiento.

En general no es usual hacer cajones de menos de 25 metros de longitud.

8.4.3 Altura del cajón La altura del cajón depende de los siguientes factores:

• Capacidad del dique flotante o instalación para la fabricación de los cajones.

• Estabilidad naval del cajón. • Calado necesario para la botadura del cajón y calados existentes en su

lugar de fabricación. • Calado existente en su lugar de fondeo, y en la zona de transporte.

8.4.4 Cota de coronación Debe fijarse de forma que pueda permitir unas condiciones de trabajo aceptables tanto en el relleno de sus celdas como en la construcción de la superestructura o espaldón en el caso de dique. A este respecto hay que tener en cuenta los posibles asientos del cajón que pueden ser importantes cuando la banqueta de asiento es de varios metros de espesor.

También es importante, en el caso de diques y estructuras expuestas, el oleaje existente en la zona de ubicación de las obras. En aguas abrigadas, se recomiendan las siguientes cotas mínimas de coronación:

• Mediterráneo: 1 metro sobre el nivel medio del mar. • Cantábrico y Atlántico, salvo Canarias: 3-3,50 metros sobre la Bajamar

Máxima Viva Equinoccial (B.M.V.E.).

APUNTES DE PUERTOS


84

• Canarias: 2-2,50 metros sobre la Bajamar Máxima Viva Equinoccial (B.M.V.E.).

Sin perjuicio de los valores mínimos anteriores, siempre que sea posible, los cajones se coronarán por encima de la pleamar, teniendo en cuenta los posibles asientos. La cota de coronación, en cualquier caso, deberá fijarse teniendo en cuenta la superestructura que debe llevar el atraque con el fin de que, tanto la cota de coronación del cajón como la superestructura, sean compatibles.

Para fijar la cota de coronación en aguas parcialmente o no abrigadas, además deberá tenerse en cuenta el régimen medio de oleaje en la zona de ubicación del dique, así como la operatividad admisible durante la fase de construcción asociada a condiciones de trabajo aceptables.

En cualquier caso los cajones en aguas parcialmente o no abrigadas deberán coronarse a mayor cota.

Además como precaución adicional, las celdas de los cajones situados en zonas parcialmente o no abrigadas, una vez rellenas, deberán sellarse con una losa de hormigón a modelo de tapón para evitar que, en caso de temporales con rebases importantes, se induzcan sobre las paredes interiores de los cajones esfuerzos no previstos en el diseño.

8.5 Acciones sobre el cajón

8.5.1 Estructurales Entendemos como estructurales los esfuerzos que la estructura del cajón ha de resistir, sin romperse, con objeto de actuar como un bloque monolítico; es decir, son esfuerzos tendentes a atacar su resistencia mecánica. Aparte, en el apartado 8.5.1.7, se tendrán en cuenta los esfuerzos tendentes a estabilizar y desestabilizar el cajón como bloque que integra una estructura mayor, sea un muelle o un dique vertical.

Para el cálculo de un cajón flotante se han de tomar en consideración los siguientes esfuerzos:

• Acciones permanentes (G) • Acciones permanentes de valor no constante (G*) • Acciones variables (Q) • Acciones Extraordinarias (A)

A continuación se resumen todas ellas

8.5.1.1 Acciones permanentes (G): En este apartado se incluyen el peso propio del cajón, el empuje hidrostático y el peso de las tierras.

APUNTES DE PUERTOS


85

8.5.1.1.1 Peso propio El peso propio se calculará a partir de las dimensiones geométricas definidas en planos. Como peso específico del hormigón armado se adoptará un valor de 24 a 25 kN/m3. Este valor podrá, no obstante ser mayor cuando se utilice un hormigón fabricado con árido basáltico.

Es más sencillo considerar el peso propio seco, en lugar del sumergido, y añadir la acción del empuje de Arquímedes.

8.5.1.1.2 Empuje de Arquímedes Corresponde a una fuerza vertical ascendente igual al peso del agua desplazada por el cajón. Esta fuerza, que se representa como Pa, se considerará como una presión uniforme aplicada en la superficie correspondiente a la base de la estructura.

Para la determinación de Pa se considerará un peso específico del agua de 10,1 kN/m3.

Los coeficientes parciales de seguridad que afecten a esta acción serán siempre iguales que los que afecten al peso propio debido a que se trata de acciones del mismo origen.

8.5.1.1.3 Empuje hidrostático Los empujes de agua se calcularán a partir del peso específico del agua, γa, que se tomará igual a 10,1 kN/m3, y de la cota de agua, z:

𝑒ℎ = 𝛾𝑎 · 𝑧 [17]

El cálculo se ha de realizar en diferentes hipótesis de carga:

• en fase de flotación. • en fase de fondeo. • en fase de relleno. • en fase de servicio.

A efectos de evaluar z, se tomarán en consideración las indicaciones contenidas en la ROM 0.5-05 (tabla 19 y tabla 21).

Adicionalmente, deberá considerarse el peso del agua contenida en las celdas del cajón, Pl y el peso del agua que gravita sobre las zapatas Plz.

APUNTES DE PUERTOS


86

tabla 19 Niveles representativos a adoptar para las aguas exteriores en función del tipo de

combinación considerado. (Puertos del Estado. ROM 0.5, 2005). Ver tabla 20

APUNTES DE PUERTOS


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tabla 20 Indicaciones para la tabla 19

(1) En ausencia de datos estadísticos relevantes, simplificadamente podrán adoptarse los siguientes niveles:

• Pleamar media (se corresponde aproximadamente a una marea con coeficiente 70) en mares con marea astronómica significativa (U.A. > 0,5 m).

• Nivel medio del nivel del mar en mares sin marea astronómica significativa. • Pleamar media y nivel medio de avenida (máximos anuales) en zonas con marea

astronómica significativa, sometidas a corrientes fluviales. • Nivel medio de avenida (máximos anuales) en corrientes fluviales no afectadas por mareas.


• Bajamar media (se corresponde aproximadamente con una mareas con coeficiente 70) en mares con marea astronómica significativa.

• Nivel medio del nivel del mar en mares sin marea astronómica significativa. • Bajamar media y nivel medio de estiaje en zonas con marea astronómica significativa,

sometidas a corrientes fluviales. • Nivel medio de estiaje en corrientes fluviales no afectadas por mareas.


• Máxima marea astronómica +0,5 m en mares con marea astronómica significativa. • Nivel medio del nivel del mar + 0,8 m en mares sin marea astronómica significativa.


• Mínima marea astronómica – 0,3 m en mares con marea astronómica significativa. • Nivel medio del nivel del mar – 0,6 m en mares sin marea astronómica significativa.


• Máxima marea astronómica + 0,6 m en mares con marea astronómica significativa. • Nivel medio del nivel del mar + 1,00 m en mares sin marea astronómica significativa. • Nivel más alto de las aguas observado localmente en corrientes fluviales afectadas o no por

mareas. (6) En ausencia de datos estadísticos relevantes, simplificadamente podrán adoptarse los siguientes

niveles: • Mínima marea astronómica – 0,4 m en mares con marea astronómica significativa. • Nivel medio del nivel del mar – 0,8 m en mares sin marea astronómica significativa. • Nivel más bajo de las aguas observado localmente en corrientes fluviales afectadas o no por

mareas. (7) En ausencia de datos estadísticos relevantes, simplificadamente podrán adoptarse los siguientes

niveles: • Pleamar viva media (se corresponde aproximadamente con una marea con coeficiente 90)

en mares con marea astronómica significativa. • Nivel medio del nivel del mar en mares sin marea astronómica significativa.


• Bajamar viva media (se corresponde aproximadamente con una marea con coeficiente 90) en mares con marea astronómica significativa.

• Nivel medio del nivel del mar en mares sin marea astronómica significativa.

APUNTES DE PUERTOS


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tabla 21 Desniveles límite a adoptar entre los niveles representativos de las aguas libres

exteriores y las líneas de saturación en terrenos naturales o rellenos. (Puertos del Estado. ROM 0.5, 2005)4

4 LEYENDA: NAE: Nivel representativo de las aguas exteriores; NM: Nivel medio del mar; PM: Pleamar media; BM: Bajamar media; PMVE: Pleamar máxima viva equinoccial o máxima marea astronómica; BMVE: Bajamar mínima viva equinoccial o mínima marea astronómica; PVM: Pleamar viva media; BVM: Bajamar viva media; NME: Nivel medio en situación de estiaje en corrientes fluviales; NMI: Nivel medio en situación de avenida en corrientes fluviales. NOTAS: A los efectos de esta tabla la permeabilidad de la obra se debe calificar del modo siguiente: Baja – Cuando la estructura es de baja permeabilidad y lo son también el relleno y/o la obra. Alta – Cuando el relleno, la estructura y el cimiento son de alta permeabilidad. Media – En los otros casos.

APUNTES DE PUERTOS


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8.5.1.1.4 Peso de las tierras El peso de las tierras que gravita sobre la zapata del lado tierra, Pt, se considera como una acción permanente.

Su valor se calculará con la densidad sumergida del terreno hasta el nivel correspondiente del mar. La presión de la columna de agua que gravita sobre la zapata se tendrá en cuenta independientemente a través de Plz.

8.5.1.1.5 Acciones verticales debidas a las tierras del material ensilado En la evaluación de la presión vertical debida a las tierras del relleno de las celdas se tendrá en cuenta el llamado efecto silo. Este efecto es responsable de la generación de una compresión de importancia estructural en las paredes de las celdas, cuyo efecto favorable se recomienda tener en cuenta.

Por el efecto del rozamiento entre tierras y muro, solamente una parte del peso de las tierras se transmitirá de forma repartida por el fondo. A esta parte se le denomina, en términos de presión, pr, mientras que el resto del peso, que se denomina, también en términos de presión, p’r, se transmitirá por el fuste, según se indica más arriba.

A este tenor, es interesante la lectura sobre el comportamiento del material ensilado (Ayuga, 1995). A efectos de cálculo simplificado, en (Puertos del Estado, 2006) se propone la siguiente formulación:

𝑃𝑟 = 𝛾′𝑍0 �1 − 𝑒𝑧𝑍0� + 𝑞𝑒

𝑧𝑍0

𝑃𝑟′ = 𝜆𝛾′𝑍0 �1 − 𝑒𝑧𝑍0� 𝑡𝑔𝛿 + 𝜆𝑞𝑒

𝑧𝑍0𝑡𝑔𝛿

𝑍0 =𝐴

𝑢𝜆 · 𝑡𝑔𝛿

[18]

En las ecuaciones [18] son:

z Profundidad desde la cara superior del terreno hasta el punto en el que se evalúa el empuje.

Pr Presión horizontal debida al empuje de tierras.

P’r Presión vertical de rozamiento debida al empuje de tierras.

λ Coeficiente de empuje horizontal. Para rellenos granulares, salvo mejor justificación, se recomienda adoptar un valor de 0.5 para este parámetro (empuje al reposo para un ángulo de rozamiento interno de 30°).

Además se utilizan las siguientes ideas relativas a la calificación de la permeabilidad: Rellenos o terrenos naturales de alta permeabilidad: aquéllos con coeficiente de permeabilidad k > 10-3 cm/s Rellenos o terrenos naturales de baja permeabilidad: aquéllos con coeficiente de permeabilidad k < 10-5 cm/s Estructuras permeables: aquéllas cuya permeabilidad no presenta interrupciones físicas que corten el flujo de agua al alcanzarse ciertas cotas (p.e. en estructuras de contención con mechinales)

APUNTES DE PUERTOS


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γ’ Peso específico sumergido del material de relleno5. En caso de utilizarse material granular, se recomienda adoptar 10 kN/m3 como valor de γ ’.

δ Ángulo de rozamiento terreno-estructura. Se podrán adoptar el 75% del ángulo de rozamiento interno (φ). Para φ se recomienda adoptar un valor de 30°, para rellenos arenosos.

A Área de una celda

u Perímetro de una celda.

q Sobrecarga o peso del relleno actuando por encima de las celdas.

El peso de tierras del material ensilado da lugar a dos hipótesis de carga:

• Peso de tierras durante el relleno del cajón. • Peso de tierras en fase de servicio.

8.5.1.2 Acciones permanentes de valor no constante (G*). Pertenecen a este apartado el empuje de las tierras y la retracción.

8.5.1.2.1 Acciones horizontales debidas a las tierras del material ensilado En la evaluación de las acciones debidas al empuje de tierras del relleno de las celdas se tendrá en cuenta efecto silo. Este efecto limita el crecimiento de la tensión debida al empuje de tierras con la profundidad. Hay más información en el apartado 3.7 de (Puertos del Estado. ROM 0.5, 2005).

𝐸𝑟 = 𝜆𝛾′𝑍0 �1 − 𝑒𝑧𝑍0� + 𝜆𝑞𝑒

𝑧𝑍0

𝑍0 =𝐴

𝑢𝜆 · 𝑡𝑔𝛿

[19]

En las ecuaciones [19] son:

z Profundidad desde la cara superior del terreno hasta el punto en el que se evalúa el empuje.

Er Presión horizontal debida al empuje de tierras.

λ Coeficiente de empuje horizontal. Para rellenos granulares, salvo mejor justificación, se recomienda adoptar un valor de 0.5 para este parámetro (empuje al reposo para un ángulo de rozamiento interno de 30°).

γ’ Peso específico sumergido del material de relleno6. En caso de utilizarse material granular, se recomienda adoptar 10 kN/m3 como valor de γ ’.

5 Es habitual considerar que todo el relleno de las celdas está sumergido. En el caso de no ser así, deberá ajustarse el método de cálculo aquí desarrollado. 6 Es habitual considerar que todo el relleno de las celdas está sumergido. En el caso de no ser así, deberá ajustarse el método de cálculo aquí desarrollado.

APUNTES DE PUERTOS


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δ Ángulo de rozamiento terreno-estructura. Se podrán adoptar el 75% del ángulo de rozamiento interno (φ). Para φ se recomienda adoptar un valor de 30°, para rellenos arenosos.

A Área de una celda

u Perímetro de una celda.

q Sobrecarga o peso del relleno actuando por encima de las celdas.

El empuje de tierras del material ensilado da lugar a dos hipótesis de carga:

• Empuje de tierras durante el relleno del cajón. • Empuje de tierras en fase de servicio.

8.5.1.2.2 Acciones debidas al empuje de tierras en trasdós de muro En el caso de muelles en servicio o diques trasdosados debe considerarse el empuje de tierras sobre el trasdós del cajón. La determinación de los empujes de tierras se hará de acuerdo con el apartado 3.7 de la ROM 0.5 (Puertos del Estado. ROM 0.5, 2005)

El empuje de tierras en el trasdós del muelle o del dique (diques trasdosados) dará lugar a las siguientes hipótesis de carga:

• Et: Empuje de tierras en trasdós del muro en fase de servicio

8.5.1.2.3 Retracción Para los cajones portuarios, que son estructuras que fundamentalmente se encuentran sumergidas, podrá despreciarse el efecto de las deformaciones de retracción.

8.5.1.3 Acciones variables (Q) Aquí se incluyen las sobrecargas de uso, oleaje, temperatura, etc.

8.5.1.3.1 Sobrecargas de uso y explotación Se emplean las sobrecargas recomendadas por la ROM 0.2-90 (Puertos del Estado. ROM 0.2-90, 1990).

En general, incluyen:

• sobrecargas de estacionamiento y almacenamiento, • de equipos e instalaciones de manipulación de mercancías, • de tráfico tanto viario como ferroviario, • debidas a la operatividad del buque:

o tiro de amarras o esfuerzos de atraque

La simultaneidad y compatibilidad entre sobrecargas de uso y explotación se indica en la ROM 0.2 (Puertos del Estado. ROM 0.2-90, 1990), pudiendo dar lugar a hipótesis de trabajo diferenciadas en la fase de servicio: en condiciones normales de explotación, en condiciones extremas y en condiciones excepcionales.

APUNTES DE PUERTOS


92

8.5.1.4 Acciones climáticas

8.5.1.4.1 Oleaje La determinación de los valores representativos del oleaje de proyecto se realizará para los valores característicos y de combinación a partir de la función de distribución de extremos, adoptando un periodo de referencia representativo del estado o situación de proyecto considerado. Para los valores frecuentes y cuasipermanentes (fisuración) se utilizará el régimen medio anual.

La acción del oleaje dará lugar a las siguientes hipótesis de carga, en aquellos casos en los que por el emplazamiento de la obra y su grado de abrigo el oleaje de proyecto sea relevante:

• Eco: Acción del oleaje al paso de la cresta de la ola en fase de servicio. Esta acción lleva aparejada una subpresión hidrodinámica que se denomina Pco,s.

• Eso: Acción del oleaje al paso del seno de la ola en fase de servicio. Esta acción lleva aparejada una subpresión hidrodinámica que se denomina Pso,s.

8.5.1.4.2 Temperatura Siempre que se dispongan las cuantías mínimas de armadura indicadas en (Puertos del Estado, 2006), no será necesaria la consideración explícita de los efectos estructurales de la temperatura.

8.5.1.5 Acciones Extraordinarias (A)

8.5.1.5.1 Sismo Para la determinación de la acción sísmica se tomará en consideración la Norma de Construcción Sismorresistente (NCSE) (Ministerio de Fomento, 2002) y el apartado 3.10 de la ROM 05.

La aceleración básica de cálculo, ab, puede determinarse a partir de la figura 57.

No será necesario considerar la acción sísmica en las obras de importancia moderada y en las obras de importancia normal o especial si la aceleración de cálculo es menor de 0.04 g.

La acción del sismo será de especial importancia en lo relativo a la verificación de la estabilidad global del cajón.

En el caso de muelles o diques trasdosados, la acción sísmica entrañará adicionalmente un incremento en el empuje de tierras que se podrá estimar mediante el método de Mononobe-Okabe.

A su vez, en todos los casos, la acción sísmica dará lugar a empujes del agua libre adicionales cuyo proceso de cálculo puede encontrarse en la ROM 0.5-05 (Puertos del Estado. ROM 0.5, 2005). Además, se tendrá en cuenta la masa

APUNTES DE PUERTOS


93

inercial de las tierras que gravitan sobre la zapata y la masa inercial del peso propio del cajón y de las tierras y agua contenidas en el interior del mismo.

figura 58 Aceleración básica a considerar en España (Norma de Construcción

Sismorresistente. Parte General y Edificación (NCSE-02)). (Ministerio de Fomento, 2002)

8.5.1.5.2 Oleaje Extraordinario A los efectos del cálculo de cajones, se considerará como acción extraordinaria la acción causada por un oleaje con un periodo de retorno de 500 años.

Esta acción extraordinaria del oleaje dará lugar a las siguientes hipótesis de carga, en aquellos casos en los que por el emplazamiento de la obra y su grado de abrigo, el oleaje sea relevante:

• Eco: Acción del oleaje extraordinario al paso de la cresta de la ola en fase de servicio y condiciones de trabajo excepcionales. Esta acción lleva aparejada una subpresión hidrodinámica que se denomina Pco,s.

• Eso: Acción del oleaje extraordinario al paso del seno de la ola en fase de servicio y condiciones de trabajo excepcionales. Esta acción lleva aparejada una subpresión hidrodinámica que se denomina Pso,s.

APUNTES DE PUERTOS


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8.5.1.6 Resumen La tabla 22 resume las acciones a tener en cuenta en el cálculo del cajón.

tabla 22 Resumen de acciones a considerar en el cálculo de un cajón

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8.5.1.7 Valores característicos de las acciones El valor característico de una acción (Fk) es su principal valor representativo. Para los cálculos de nivel I (ver apartado 9: NIVELES DE CÁLCULO), la definición del valor característico de los agentes causantes de las acciones o, en su caso, directamente de las acciones, se realiza por medio de un valor nominal o, cuando exista base estadística suficiente que permita la determinación de la función de distribución, a través del valor asociado a un determinado cuantil de dicha función de distribución.

En el caso de las acciones relevantes para el cálculo de cajones portuarios:

• las cargas permanentes (gravitatorias, hidráulicas y del terreno) y las sobrecargas de uso y explotación, su valor característico se corresponde con valores nominales.

• En el caso de la acción variable del oleaje, se tomará como valor característico el debido al oleaje correspondiente a un cuantil del 98% de la función de distribución de extremos anuales, lo que equivale a aquél que tiene un periodo de retorno de 50 años. En el caso de que esta acción sea favorable, su valor característico se tomará cero.

• En el caso de acciones extraordinarias como el sismo o el oleaje extraordinario, se adoptará como valor característico de la acción el correspondiente a un periodo de retorno de 500 años.

8.5.2 Otros valores representativos de las acciones Los valores representativos de una acción variable son aquellos valores con los que participa en las ecuaciones de verificación de los diferentes modos de fallos adscritos tanto a estados límite últimos como de servicio, al objeto de tener en cuenta tanto la simultaneidad como el valor de compatibilidad de las acciones que intervienen en dichas ecuaciones de verificación.

Los otros valores representativos de las acciones variables son los siguientes:

• ψ0Fk: Valor de combinación fundamental de la acción o valor de compatibilidad de una acción variable cuando actúa de forma simultánea con otra acción variable predominante en la ocurrencia del modo de fallo e independiente estadísticamente de la misma.

Se determina de tal forma que la probabilidad de que los valores del efecto de la acción combinada con la predominante sea excedido es aproximadamente similar a la probabilidad de que el efecto de la acción predominante sea excedido.

Cuando se disponga de base estadística suficiente (p.e. acción del oleaje), el valor de combinación fundamental podrá estimarse como el correspondiente al cuantil del 70% de la función de probabilidad de no excedencia de extremos representativa del estado o situación de proyecto considerada.

APUNTES DE PUERTOS


96

Es decir, para situaciones persistentes, al valor correspondiente a un periodo de retorno entre 3 y 5 años.

Cuando el valor característico de la acción variable sea un valor nominal el valor de combinación puede obtenerse multiplicando dicho valor por un factor de combinación ψ0. En estos casos, el valor de ψ0 depende del agente o agentes que causan la acción variable considerada y deben buscarse en los correspondientes códigos de acciones o en las ROM de la serie 0. A falta de otros datos, simplificadamente puede tomarse ψ0 = 0.7.

• ψ1Fk: Valor de combinación frecuente de la acción. Este valor no es excedido durante un periodo de tiempo grande respecto a la duración del estado o situación de proyecto considerado.

Cuando se disponga de base estadística suficiente (p.e. acción del oleaje), puede adoptarse como valor de combinación frecuente de una acción variable el asociado a una probabilidad de no excedencia del 85% tomada del régimen medio que le corresponda.

Cuando el valor característico de la acción variable sea un valor nominal, el valor frecuente de la acción puede obtenerse multiplicando dicho valor por un factor de combinación ψ1. En estos casos, el valor de ψ1 depende del agente o agentes que causan la acción variable considerada y deben buscarse en los correspondientes códigos de acciones o en las ROM de la serie 0.A falta de otros datos, simplificadamente puede tomarse ψ1 = 0.6 para las sobrecargas de uso y explotación.

• ψ2Fk: Valor de combinación cuasipermanente de la acción. Este valor es excedido durante un periodo de tiempo grande respecto de la duración del estado o situación de proyecto considerado.

Cuando se disponga de base estadística suficiente (p.e. acción del oleaje), puede adoptarse como valor de combinación cuasipermanente de una acción variable el asociado a una probabilidad de no excedencia del 50% tomada del régimen medio que le corresponda.

Este valor representa el valor medio de la acción durante el intervalo de tiempo asociado al estado o situación de proyecto considerado. Cuando el valor característico de la acción variable sea un valor nominal, el valor cuasipermanente de la acción puede obtener se multiplicando dicho valor por un factor de combinación ψ2.

En estos casos, el valor de ψ2 depende del agente o agentes que causan la acción variable considerada y deben buscarse en los correspondientes códigos de acciones o en las ROM de la serie 0. A falta de otros datos, simplificadamente puede tomarse ψ2 = 0.5 para las sobrecargas de uso y explotación.

APUNTES DE PUERTOS


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8.5.3 Valores de cálculo de las acciones Se define como valor de cálculo de una acción, el obtenido como producto del valor representativo (ver 8.5.2: Otros valores representativos de las acciones) por un coeficiente de seguridad (ecuación [20]).

𝐹𝑑 = 𝛾𝑓𝜓𝑖𝐹𝑘 [20]

8.5.3.1 Estados límites últimos Como coeficientes parciales de seguridad de las acciones para las comprobaciones de Estados Límite Últimos, en el cálculo estructural se adoptarán los valores de la tabla 23.

tabla 23 Coeficientes parciales de seguridad de acciones en Estado Límite Último. (Puertos

del Estado, 2006)

8.5.3.2 Estados Límite de servicio Como coeficientes parciales de seguridad de las acciones para las comprobaciones de Estados Límite de Servicio se adoptarán los valores de la tabla 24.

APUNTES DE PUERTOS


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tabla 24 Coeficientes de mayoración de acciones en Estado Límite de Servicio. (Puertos

del Estado, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


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figura 59 Cargas que solicitan las paredes exteriores de un cajón durante la fase de

flotación. (Puertos del Estado, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


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figura 60 Cargas que solicitan la solera de un cajón durante la fase de flotación. (Puertos

del Estado, 2006)

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figura 61 Comparación de ley de presiones durante Flotación y durante fondeo. (Puertos del

Estado, 2006)

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figura 62 Presiones debidas al relleno de una celda (Efecto Silo). (Puertos del Estado, 2006)

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figura 63 Muelle: Solicitaciones sobre solera en fase de servicio. (Puertos del Estado, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


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figura 64 Seno de Ola. (Puertos del Estado, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


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figura 65 Cresta de Ola. (Puertos del Estado, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


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8.5.4 Estabilidad

8.6 Construcción y fondeo de un cajón La construcción de los cajones se realiza mediante cajoneros flotantes. Los cajoneros flotantes son estructuras que permiten la realización de los cajones en seco, ganando seguridad, tiempo y minimizando los impactos en el medio.

Inicialmente, se construye la base (solera) de hormigón del cajón en la plataforma del cajonero para, posteriormente, ir realizando el deslizado hasta alcanzar el puntal o altura deseado. Una vez alcanzado éste, se lleva a cabo la botadura del cajón; a partir de este momento el cajón se tiene a flote en el agua. La operación prosigue con el transporte del cajón hasta su ubicación definitiva (o provisional en caso de ser necesarios fondeos provisionales) fondeándose en la banqueta preparada al efecto mediante lastre con agua. Finalmente se rellena el cajón de material granular a fin de ganar peso y poder trabajar como estructura de contención de gravedad.

A continuación se presentan algunas figuras y fotos explicativas del proceso de construcción de los cajones.

figura 66 Esquema del cajonero

APUNTES DE PUERTOS


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figura 67 Deslizado del encofrado

figura 68 Desencofrado del cajón

APUNTES DE PUERTOS


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figura 69 Salida del cajón

figura 70 Remolque del cajón

APUNTES DE PUERTOS


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figura 71 Perspectiva del cajonero

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110 9 NIVELES DE CÁLCULO

En la ROM 0.0-01 en función del carácter de la obra, se recomiendan cuatro métodos de verificación, ordenados en tres niveles, denominados Nivel I, II y III, que se describen en los capítulos 5 y 6 de dicha publicación. Los métodos verificación y cálculo de Nivel I no proporcionan la probabilidad de fallo o parada del modo y, por tanto, su evaluación debe hacerse estableciendo ciertas hipótesis que se describen en el capítulo 5 de la ROM 0.0.

Los métodos de Nivel II y III proporcionan directamente la probabilidad de ocurrencia del modo en el intervalo

figura 72 Métodos de nivel I propuestos por la ROM 0.0-01

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figura 73 Métodos de nivel II y III propuestos por la ROM 0.0-01

La ROM 2.0-11 propone los niveles de cálculo en función de los valores de IRE e ISA, según recoge la tabla 25.

tabla 25 Métodos de resolución de la ecuación de verificación en función de los Índices de

Repercusión Económica (IRE) y de Impacto Social y Ambiental (ISA). ROM 2.0, tabla 3.3.5.3

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112 10 ANÁLISIS DE LA PROPAGACIÓN DEL OLEAJE

En el estado actual de la técnica, lo más usual es emplear un modelo de propagación de oleaje para transformar la ola de cálculo desde el punto de medida (generalmente una boya) hasta el pie del dique.

Lo que se le debe pedir al modelo matemático como mínimo, es que tenga en cuenta los efectos siguientes:

Proceso físico Imprescindible Conveniente En general, no es preciso

Refracción X Asomeramiento X

Rotura X Difracción X Reflexión X

Transmisión X Interacción con

corrientes X

Efectos no lineales X

Ondas infragravitatorias X

tabla 26 Procesos físicos en un modelo de propagación de oleaje

En la tabla 26 se ha considerado un caso general. Obviamente, es el Ingeniero quien debe valorar los efectos a tomar en consideración en el cálculo y elegir el modelo correspondiente.

En el ejemplo siguiente se ha empleado el modelo CMS-Wave, desarrollado por el CIRP7, del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos. En el se ha calculado la aproximación de un oleaje no real al puerto exterior de A Coruña. Se han empleado dos mallas anidadas con objeto de no perder demasiada precisión en el cálculo final sin exigir un esfuerzo computacional desmesurado en la zona abierta.

7 Coastal Inlets Research Programme

APUNTES DE PUERTOS


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figura 74 Aproximación general del oleaje

figura 75 Propagación local del oleaje

El cálculo se ha realizado tomando en consideración la reflexión en el dique de abrigo, con lo cual se obtiene directamente H* (ver apartados anteriores). Los gráficos que muestran la altura de ola en dos perfiles (el primero longitudinal, a

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lo largo del dique, y el segundo, transversal) se recogen respectivamente, en la figura 75

figura 76 Altura de ola con reflexión (H*) a lo largo del dique (el morro queda a la derecha)

figura 77 Altura de ola con reflexión [H*] en un perfil normal al dique

figura 78 Detalle del efecto de la reflexión en el dique

figura 79 Ubicación de los perfiles

Es decir, en las hipótesis de cálculo establecidas, la altura de ola a considerar sería H* = 18.0 m.

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115 11 DETERIORO

El deterioro que sufre el hormigón es función de la agresividad del ambiente, siendo necesaria la utilización de hormigones de mayor calidad en los ambientes más nocivos. Es fundamental, por tanto, clasificar con precisión el ambiente al que va a estar sometido el hormigón de la estructura.

Para el caso concreto del ambiente marino, en la Instrucción Española de Hormigón Estructural (EHE), éste se denomina Clase III, y se divide a su vez en tres subclases (IIIa, IIIb y IIIc) en función del tipo de exposición al que esté sometido el elemento estructural. Cada una de estas subclases representa una agresividad diferente de cara al riesgo de corrosión, y por lo tanto exige emplear un hormigón de calidad creciente (figura 79).

figura 80 División del ambiente marino y riesgo de corrosión asociado (Alaejos Gutiérrez,

Bermúdez Odriozola, & Grau Albert, 2006) En el caso concreto de los cajones portuarios de hormigón estructural, éstos pueden estar sometidos a las siguientes subclases generales de exposición:

- IIIb: exposición marina sumergida. De forma estricta, es la que corresponde a elementos o zonas de estructuras marinas sumergidas permanentemente, por debajo del nivel de B.M.V.E., aunque puede considerarse en este ambiente la parte de los cajones que, una vez fondeados, queda como máximo a 20 cm

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116

por encima del nivel de B.M.V.E. En estas condiciones, el hormigón se encuentra siempre saturado por el agua de mar, lo cual favorece una rápida penetración de cloruros. A cambio, la propagación de la corrosión es muy lenta debido al limitado acceso del oxígeno hasta las armaduras, al encontrarse los poros del hormigón continuamente llenos de agua; es por esto que se considera el menos agresivo de los tres tipos de ambientes marinos, tal como se aprecia en la figura 79. Esta reducida agresividad ha sido confirmada con los resultados de testigos extraídos de cajones en este ambiente, los cuales han demostrado que valores muy superiores al límite admisible de cloruros según la EHE (fijado en el 0,4% en peso de cemento) no han ocasionado la corrosión de las armaduras (figura 80, figura 81 y figura 82).

figura 81 Perfil de penetración de cloruros en hormigón sumergido. La línea roja es el

contenido máximo admisible de cloruros (0,4% en peso de cemento) y la verde la posición de la armadura (Alaejos Gutiérrez, Bermúdez Odriozola, & Grau Albert, 2006)

figura 82 Armadura sin corrosión tras 6 años en servicio, situada en el hormigón con el perfil

de cloruros de la figura 80. Recubrimiento de 4 cm. (Alaejos Gutiérrez, Bermúdez Odriozola, & Grau Albert, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


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figura 83 Foto del testigo, explicativo de la figura 80 y la figura 84. (Alaejos Gutiérrez,

Bermúdez Odriozola, & Grau Albert, 2006) - IIIc: exposición marina en zona de carrera de mareas. Es la que

corresponde a elementos de estructuras marinas situadas en la zona de carrera de mareas. Debe considerarse en este ambiente la parte de los cajones que, una vez fondeados, queda por encima del nivel de B.M.V.E. (con una tolerancia de 20 cm). En este ambiente, la penetración de cloruros es más lenta que en el caso del IIIb, pero por el contrario existe una mayor disponibilidad de oxígeno, por lo que la corrosión se desarrolla más rápidamente y el riesgo es máximo, como se aprecia en el Gráfico 4. En estas condiciones se precisa un hormigón de mayor calidad para asegurar la vida útil de la estructura (figura 84 y figura 83).

figura 84 Armadura con corrosión tras 7,5 años en servicio, situada en el hormigón con el

perfil de cloruros de la figura 84. Recubrimiento de 3 cm.

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figura 85 Perfil de penetración de cloruros en hormigón en carrera de mareas. La línea roja

es el contenido máximo admisible de cloruros (0,4% en peso de cemento) y la verde la posición de la armadura. (Alaejos Gutiérrez, Bermúdez Odriozola, & Grau Albert, 2006)

figura 86 Cajón en zona sumergida (Ambiente IIIb). (Alaejos Gutiérrez, Bermúdez Odriozola,

& Grau Albert, 2006)

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figura 87 Cajón en carrera de mareas (Ambiente IIIc). (Alaejos Gutiérrez, Bermúdez

Odriozola, & Grau Albert, 2006) En algunos muelles situados en el Mar Mediterráneo la coronación del cajón sí se sitúa aproximadamente a la cota de bajamar (con lo que todo el hormigón del cajón estaría situado en ambiente IIIb), pero lo habitual es que una pequeña franja (de 20 a 80 cm) de la parte superior del cajón portuario esté situado en zona de carrera de mareas (IIIc). Por el contrario, esta franja mide varios metros de altura (hasta 5 m) en los muelles localizados en el Mar Cantábrico o en el Océano Atlántico (figura 85, figura 86).

Por razones prácticas, suele utilizarse una única calidad de hormigón en toda la altura del cajón, y para asegurar la vida útil proyectada debe corresponder al más exigente de los requeridos en ambos tipos de ambiente, esto es, el IIIc, incluso aunque la franja afectada por éste sea de pequeño espesor.

Por otra parte, adicionalmente al ambiente marino III, todo el hormigón del cajón en contacto con el agua de mar está sometido a una exposición química agresiva media (Qb).

11.1 Calidad del hormigón Una vez determinado el ambiente en que se encuentra el cajón, se pueden establecer la dosificación y calidad exigibles al hormigón. La Instrucción EHE contiene los requisitos para cada ambiente. Sin embargo, el estudio experimental realizado ha concluido que algunos de estos requisitos deberían ser más estrictos para garantizar una vida útil mínima de 50 años en estas

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estructuras. Las dosificaciones y requisitos recomendables se detallan a continuación para cada uno de los dos ambientes posibles:

a) Hormigón situado en ambiente IIIb + Qb • La relación agua/cemento será inferior o igual a 0,50. • El contenido mínimo de cemento será de 350 kg/m3. • La resistencia mínima del hormigón será de 30 N/mm2. • El recubrimiento nominal será de 60 mm. • La profundidad máxima de penetración de agua será menor o igual a 50

mm y la profundidad media de penetración de agua será menor o igual a 30 mm, según el ensayo UNE-EN 12390-8:20018. Este ensayo será un requisito obligatorio para la aprobación de la dosificación a utilizar en las obras de cajones portuarios. Si se cumpliera simultáneamente que la profundidad máxima de penetración de agua fuera menor o igual a 30 mm y la profundidad media de penetración de agua menor o igual a 20 mm, se podría bajar hasta un recubrimiento nominal de 45 mm.

b) Hormigón situado en ambiente IIIc + Qb • La relación agua/cemento será inferior o igual a 0,45. • El contenido mínimo de cemento será de 350 kg/m3. • La resistencia mínima del hormigón será de 35 N/mm2. • El recubrimiento nominal será de 60 mm. • La profundidad máxima de penetración de agua será menor o igual a 25

mm y la profundidad media de penetración de agua será menor o igual a 15 mm, según el ensayo UNE-EN 12390-8:2001. Este ensayo será un requisito obligatorio para la aprobación de la dosificación a utilizar en las obras de cajones portuarios.

• El coeficiente de permeabilidad al oxígeno (medido sobre probeta de 28 días de edad, según el método CEMBUREAU9) será menor o igual a 3 x 10-16 m2.

APUNTES DE PUERTOS


0

figura 88 Investigación y recomendaciones para la ejecución de cajones portuarios de hormigón armado. (Alaejos Gutiérrez, Bermúdez Odriozola, & Grau

Albert, 2006)

APUNTES DE PUERTOS


0 12 CONDICIONANTES

12.1 Comportamiento del terreno Un factor fundamental para la elección de la tipología es la adecuación del suelo marino para soportar los esfuerzos transmitidos por el dique y las oscilaciones del mar, es decir su:

a) compresibilidad, o capacidad de deformarse variando su volumen al aplicar cargas de compresión en su superficie,

b) resistencia al esfuerzo cortante o capacidad del suelo de resistirse al deslizamiento relativo entre partículas adyacentes cuando es sometido a un esfuerzo de corte y

c) la capacidad de las partículas de fondo para permanecer en él en presencia de la dinámica marina.

12.1.1 Roca y suelos granulares. Los fondos de roca, independientemente de su grado de deterioro, en general son aptos para recibir cualquier tipología de dique de abrigo. Los suelos y rellenos de materiales sueltos no cohesivos, arenas gruesas y gravas, son también aptos para recibir cualquier tipo de dique por poseer una alta permeabilidad, lo que les permite drenar el fluido intersticial con relativa facilidad cuando son sometidos a cargas cíclicas.

Aun así, debe tenerse en cuenta el tiempo que necesita el suelo para expulsar el agua intersticial, en presencia de la obra, y que se puede crear un exceso de presión intersticial en el interior del suelo. Esta sobrepresión intersticial puede tener como consecuencia una variación en las tensiones efectivas del suelo. En suelos granulares flojos se deberá prestar especial atención a los efectos dinámicos asociados a los movimientos oscilatorios marinos por su posible licuefacción.

12.1.2 Suelos cohesivos blandos. La resistencia al corte de los suelos con abundancia de fracción fina y muy fina, debido a su baja permeabilidad y, en general, a la elevada compresibilidad, está muy influenciada por las condiciones de drenaje, la velocidad de aplicación de la acción y la historia tensional del suelo. En estos casos será necesario estudiar la acumulación y el exceso de presión intersticial en el interior del suelo, ya que puede provocar una disminución en el módulo de rigidez del mismo si se trata de una arcilla NC, o su aumento si se trata de una arcilla SC. Este tipo de suelos no es el más adecuado para recibir cargas concentradas y controlar los asientos.

12.1.3 Interacción suelo-dique. En cualquier caso se debe tener en cuenta que la presencia de la obra puede modificar las propiedades resistentes del suelo, así como los regímenes

APUNTES DE PUERTOS


1

oscilatorios en el exterior e interior del mismo. Es conveniente evitar los diques verticales en suelos y rellenos cohesivos o de baja calidad, pues pueden producir una importante concentración de cargas y asientos diferenciales debido a la acción del oleaje, y requieren por ello una cimentación más resistente y menos deformable. Además, por su geometría y forma constructiva son impermeables al flujo, pudiendo modificar sustancialmente el patrón de drenaje del suelo y rellenos. Este efecto será más perjudicial cuanto menos permeable sea el terreno.

12.1.4 Banquetas y rellenos. En general, los diques de abrigo se construyen sobre una cimentación formada por banquetas y materiales de relleno de granulometría gruesa y alta permeabilidad, que facilita el reparto de cargas y la liberación de presiones intersticiales ofreciendo una buena resistencia al esfuerzo cortante y una baja deformabilidad.

En el caso de fondos de roca, se podrá enrasar con hormigón sumergido. Cuanto más apto sea el suelo para cumplir esta función menores serán los espesores de la cimentación necesarios; si el suelo satisface los requisitos geotécnicos (ROM 0.5-05), excepto en condiciones de grandes profundidades, los espesores de las banquetas y los rellenos serán los estrictamente necesarios para homogeneizar y enrasar los apoyos y las cimentaciones.

12.1.5 Erosión superficial. La erosión del suelo superficial depende esencialmente de su composición y granulometría, y del régimen oscilatorio superficial y profundo. La presencia de la obra modifica sustancialmente este régimen, por lo que, en general, excepto en el caso de roca, es necesaria la protección del suelo frente a la erosión, independientemente de la tipología.

tabla 27 Tipologías más adecuadas de dique en función de las características del terreno

12.2 Condicionantes morfológicos En general los diques, salvo los flotantes o los verticales construidos mediantes pantallas o recintos, ocupan mucha superficie en planta (especialmente en calados importantes) bien por ellos mismos, bien por la necesidad de disponer grandes banquetas de cimentación, por lo que no son adecuados en zonas con limitación de espacio o afección a los fondos marinos. Por otra parte dichas

APUNTES DE PUERTOS


2

soluciones tampoco son convenientes cuando la pendiente del terreno natural es grande y la calidad del terreno exige la realización de dragados muy importantes. En general, los diques verticales requieren menor volumen de materiales de préstamo cuando la obra de abrigo deba construirse en una zona de calados importantes (> 25m). (Puertos del Estado. ROM 1.0, 2009)

12.3 Materiales y procesos constructivos

12.3.1 Materiales de préstamo La falta de todo uno de cantera para el núcleo, de piedras para las escolleras de los mantos interiores y, en su caso, del principal, descarta, en la práctica la construcción de un dique del tipo granular, en talud o berma. Por el contrario, la existencia de ellos en las proximidades de la obra, prácticamente deciden su selección, excepto si las profundidades son muy grandes, (h > 40 – 50m) o no hay medios constructivos adecuados. (Puertos del Estado. ROM 1.0, 2009)

12.3.2 Capacidad y dimensiones de la grúa Las dimensiones de las piezas y su disposición en el manto principal, berma y morro son condicionantes también de la tipología, pues definen las dimensiones de la grúa, su capacidad de izada y brazo. Estas dimensiones condicionan a su vez la anchura de avance en la coronación del dique para poder proceder al suministro y la colocación de las piezas, sin perjuicio del resto de las unidades de obras.

En España es habitual disponer de grúas hasta 4000 t · m y suele ser necesario contratar o construir grúas especiales cuando se requiere un tamaño mayor, p.ej. 7000 t · m. En la actualidad, la capacidad de izada y lanzamiento supera las 10000 t · m, (ver figura 88).

12.3.3 Vertidos desde gánguil En general, salvo áreas marítimas con mar bravío, los vertidos desde el mar con gánguiles u otros medios adecuados no suelen ser limitativos en la selección de la tipología. En los casos en que se necesite verter grandes volúmenes de materiales, se deberá considerar que durante la construcción de la obra, haya un área abrigada que actúe de zona de cargadero, refugio y de conservación. El volumen de materiales que habitualmente maneja un gánguil se encuentra en el intervalo 600 – 1200m3. El estado de oleaje condiciona la operatividad y la precisión de los vertidos por gánguil. La relación entre la eslora del gánguil y la longitud de ola es un buen indicador de su respuesta oscilatoria. La experiencia indica que, tanto el vertido lateral como el vertido por fondo requieren que los estados de oleaje satisfagan la condición Hs < 2,5m, dependiendo de las técnicas de posicionamiento, precisión requerida y tipo de material.

APUNTES DE PUERTOS


3

figura 89 Diagrama de capacidad de izada y anchura en la base de grúas

12.3.4 Paradas forzosas y esperas constructivas Finalmente, en la construcción de cualquier obra marítima es necesario tener en cuenta la necesidad de paradas “técnicas” en las que la sección no está finalizada pero se puede ver sometida a la acción de los agentes climáticos, para la cual no está preparada. Estas esperas pueden ser previstas, p.ej paradas invernales, o imprevistas, p.ej. por la presentación de un temporal. Dada la información meteorológica disponible estas últimas hacen referencia a que el contratista tiene un tiempo pequeño de respuesta. En ambos casos es

APUNTES DE PUERTOS


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necesario preparar la obra con un refuerzo provisional para resistir la acción marina sin daños relevantes o con daños acotados. Algunas tipologías son más aptas para realizar estas acciones preventivas que otras. En general, la protección temporal de un dique granular es fácil, con bajo coste y de recuperación rápida.

Por el contrario, los diques vertical y mixto, especialmente éste, no tienen una protección sencilla, tanto del cuerpo central como de la cimentación.

La protección prevista es a todos los efectos un morro provisional cuyo comportamiento hidrodinámico es análogo al de un morro definitivo. En consecuencia, aunque sea provisional, se recomienda que para su dimensionamiento y construcción se consideren el apartado específico de morros del capítulo de diques en talud.

Antes de iniciar la obra se deben especificar los estados de oleaje umbrales para los cuales no es recomendable continuar con la construcción, en función de los medios constructivos, la disponibilidad de materiales, el estado de la obra y de los elementos y partes a proteger.

12.3.5 Equipos constructivos. No es conveniente elegir soluciones que hagan imprescindible la utilización de equipos exclusivos o de muy reducida disponibilidad. Por el contrario, son recomendables soluciones simples con un alto grado de flexibilidad de aplicación de diferentes procedimientos constructivos que puedan adaptarse a la experiencia y recursos disponibles de las empresas constructoras. En aquellos casos en que sea necesario reducir al máximo los plazos de ejecución, este aspecto puede condicionar decisivamente la elección de la tipología, la cual dependerá fundamentalmente de circunstancias locales: disponibilidad de materiales y medios constructivos, así como de la experiencia y productividad asociadas a los mismos.

12.4 Elección de dique según los condicionantes En función de los diferentes condicionantes de la obra, las tablas siguientes, extraídas de (Puertos del Estado. ROM 1.0, 2009), indican la idoneidad de los diferentes tipos de dique.

AGENTES CLIMATICOS Tipología dique Oleaje en presencia del dique Profundidad (m)

En talud Todos 0 ≤ h* < 35 – 45

Vertical No rotura 15 ≤ h* < 40 – 50

Mixto No rotura 20 ≤ h* < 60 – 80

Berma Todos 0 ≤ h* < 35 – 40

Sumergido Todos Todas

Flotante y pantallas Pequeño, periodo corto, no rotura Todas

tabla 28 Requerimientos de los agentes climáticos

APUNTES DE PUERTOS


5

REQUERIMIENTOS CLIMÁTICOS Tipología Partición de la energía

En talud Disipación y reflexión

Vertical Reflexión

Mixto Disipación y reflexión

Berma Disipación

Sumergido Disipación, reflexión y transmisión

Flotante Reflexión y transmisión

Pantallas Reflexión y transmisión

tabla 29 Forma de disipación de la energía

PROPIEDADES DEL TERRENO Tipo de suelo Tipología

Roca Todas

Granulares flojos Algunas

Granulares duros Todas

Cohesivos blandos o rellenos de baja calidad Evitar diques verticales

Rellenos homogéneos y permeables Todas

tabla 30 Propiedades del terreno

PROCESO CONSTRUCTIVO Tipología Vol. Préstamo Medios constructivos Adaptabilidad

En talud Muy grande Carga, vertido; grúa importante Posible

Vertical Pequeño Fondeo cajón y vertido Difícil

Mixto Grande Carga, vertido; grúa y fondeo Muy difícil

Berma Muy grande Vertido y grúa Posible

Sumergido Según objetivo Vertido Posible

Flotante Nulo Flotantes e hinca Posible

Pantallas Nulo Flotantes e hinca Posible

tabla 31 Requerimientos del proceso constructivo

CONSERVACIÓN, REPARACIÓN Y DESMANTELAMIENTO Tipología Conservación Reparación Interacción Desmantelamiento

En talud Factible Lenta, cara Alta Complicado, difícil

Vertical Compleja Rápida, cara Baja Sencillo

Mixto Compleja Lenta, cara Baja/Media Complicado, difícil

Berma Sencilla Lenta Alta Complicado

Sumergido Sencilla Rápida Baja Sencillo

Flotante Sencilla Rápida Alta Muy sencillo

Pantallas Sencilla Rápida Alta Sencillo

tabla 32 Conservación, reparación y desmantelamiento

APUNTES DE PUERTOS


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REQUERIMIENTOS AMBIENTALES Tipología Volumen de materiales Interacción con el entorno Oxigenación agua nichos ecológicos

En talud Grande Significativa Alta-muchos, diversos

Vertical Pequeño Significativa Baja-pocos

Mixto Intermedio Significativa Media-algunos

Berma Máximo Significativa Alta-muchos

Sumergido Según objetivo Significativa Alta

Flotante Mínimo Poco significativa Baja-algunos

Pantallas Mínimo Significativa Baja

tabla 33 Requerimientos ambientales

APUNTES DE PUERTOS


7 13 MODELOS MATEMÁTICOS

13.1 Estudios de agitación portuaria Los estudios de agitación portuaria tienen por objeto obtener los coeficientes de agitación en el interior del Puerto en cada configuración de diseño. En otras palabras, se trata de conocer la operatividad del puerto, conociendo las exigencias de cada actividad portuaria en cada atraque, en función del oleaje incidente.

Para ello se emplean habitualmente modelos matemáticos, que son cada vez más frecuentes, aunque también se han utilizado los modelos físicos (ver capítulo 14). En este apartado se hará referencia en exclusiva a los modelos matemáticos.

13.1.1 Exigencias al modelo Es fundamental que el modelo tome en consideración, aparte de las peculiaridades propias de la propagación del oleaje los dos aspectos siguientes:

• Resolución de la difracción • Reflexión en los contornos

Es posible emplear modelos elípticos o modelos que resuelvan la fase, como los basados en las ecuaciones de Boussinesq.

13.1.2 Ejecución del estudio

13.1.2.1 Traslado del clima marítimo El disponer del régimen medio en las proximidades del puerto sirve fundamentalmente para analizar la operatividad de la instalación, cuestión que se ejecutará en último lugar.

Se presenta un ejemplo aplicado a un puerto de la fachada marítima asturiana. En la ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. se muestra la zona de trabajo. En primer lugar, se ha de destacar que el estudio de agitación corresponde al régimen medio de oleaje, por lo que la rosa de oleaje se debe trasladar desde el punto de datos (en España es común el uso de las redes WANA o SIMAR-44) a las proximidades del puerto. En la figura 90 se muestran las posiciones de ambos puntos. Los datos de régimen medio direccional se muestran en la tabla 34. La tabla 35 recoge los oleajes que afectan a la costa. La rosa de oleaje en el punto de datos se muestra en la figura 89.

De todos los periodos de pico de los oleajes a propagar, el máximo es (𝑇𝑃)𝑚𝑎𝑥 = 16.42 𝑠. El periodo medio es del orden de 1.22 veces inferior al periodo de pico; de ese valor, se obtiene 𝐿0 = 282.50 𝑚, por lo que el límite de

APUNTES DE PUERTOS


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profundidades indefinidas es di = 141.25 m; este es el límite en el lado mar de la malla a emplear para mover la rosa a la costa.

tabla 34 Tabla Hs vs. direcciones

REF. ESPECTRAL DATOS EN ORIGEN

Dir.- [º] H1/3 [m] Tp [s] γ nn f [%]

1 0.00 0.50 4.95 3.30 50.00 0.0390

2 22.50 0.50 4.95 3.30 50.00 0.0180

3 45.00 0.50 4.95 3.30 50.00 0.0160

4 292.50 0.50 4.95 3.30 50.00 0.0820

5 315.00 0.50 4.95 3.30 50.00 0.1830

6 337.50 0.50 4.95 3.30 50.00 0.0850

7 0.00 1.00 7.00 3.30 50.00 2.0520

8 22.50 1.00 7.00 3.30 50.00 1.3360

9 45.00 1.00 7.00 3.30 50.00 0.7760

10 67.50 1.00 7.00 3.30 50.00 0.0300

11 270.00 1.00 7.00 3.30 50.00 0.0510

12 292.50 1.00 7.00 3.30 50.00 2.8080

13 315.00 1.00 7.00 3.30 50.00 5.1390

14 337.50 1.00 7.00 3.30 50.00 3.1850

15 0.00 1.50 8.57 3.30 50.00 3.1820

16 22.50 1.50 8.57 3.30 50.00 2.4070

17 45.00 1.50 8.57 3.30 50.00 2.1200

18 67.50 1.50 8.57 3.30 50.00 0.1800

19 270.00 1.50 8.57 3.30 50.00 0.1350

20 292.50 1.50 8.57 3.30 50.00 5.3030

21 315.00 1.50 8.57 3.30 50.00 9.2160

22 337.50 1.50 8.57 3.30 50.00 5.1610

APUNTES DE PUERTOS


9


Dir.- [º] H1/3 [m] Tp [s] γ nn f [%]

23 0.00 2.00 9.90 3.30 50.00 1.7790

24 22.50 2.00 9.90 3.30 50.00 1.3500

25 45.00 2.00 9.90 3.30 50.00 1.2430

26 67.50 2.00 9.90 3.30 50.00 0.2650

27 270.00 2.00 9.90 3.30 50.00 0.1510

28 292.50 2.00 9.90 3.30 50.00 4.7260

29 315.00 2.00 9.90 3.30 50.00 7.5280

30 337.50 2.00 9.90 3.30 50.00 3.2120

31 0.00 2.50 11.07 3.30 50.00 0.8430

32 22.50 2.50 11.07 3.30 50.00 0.6160

33 45.00 2.50 11.07 3.30 50.00 0.6120

34 67.50 2.50 11.07 3.30 50.00 0.1140

35 270.00 2.50 11.07 3.30 50.00 0.1230

36 292.50 2.50 11.07 3.30 50.00 3.3380

37 315.00 2.50 11.07 3.30 50.00 5.6650

38 337.50 2.50 11.07 3.30 50.00 1.8360

39 0.00 3.00 12.12 3.30 50.00 0.3650

40 22.50 3.00 12.12 3.30 50.00 0.2800

41 45.00 3.00 12.12 3.30 50.00 0.2610

42 67.50 3.00 12.12 3.30 50.00 0.0370

43 270.00 3.00 12.12 3.30 50.00 0.0390

44 292.50 3.00 12.12 3.30 50.00 2.0010

45 315.00 3.00 12.12 3.30 50.00 4.1750

46 337.50 3.00 12.12 3.30 50.00 1.1350

47 0.00 3.50 13.10 3.30 50.00 0.1770

48 22.50 3.50 13.10 3.30 50.00 0.1240

49 45.00 3.50 13.10 3.30 50.00 0.1280

50 67.50 3.50 13.10 3.30 50.00 0.0120

51 270.00 3.50 13.10 3.30 50.00 0.0280

52 292.50 3.50 13.10 3.30 50.00 1.3310

53 315.00 3.50 13.10 3.30 50.00 2.9180

54 337.50 3.50 13.10 3.30 50.00 0.6000

55 0.00 4.00 14.00 3.30 50.00 0.1110

56 22.50 4.00 14.00 3.30 50.00 0.0380

57 45.00 4.00 14.00 3.30 50.00 0.0500

58 67.50 4.00 14.00 3.30 50.00 0.0050

59 270.00 4.00 14.00 3.30 50.00 0.0120

60 292.50 4.00 14.00 3.30 50.00 0.8230

61 315.00 4.00 14.00 3.30 50.00 1.8580

62 337.50 4.00 14.00 3.30 50.00 0.3990

63 0.00 4.50 14.85 3.30 50.00 0.0680

64 22.50 4.50 14.85 3.30 50.00 0.0210

APUNTES DE PUERTOS


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Dir.- [º] H1/3 [m] Tp [s] γ nn f [%]

65 45.00 4.50 14.85 3.30 50.00 0.0140

66 292.50 4.50 14.85 3.30 50.00 0.5290

67 315.00 4.50 14.85 3.30 50.00 1.2700

68 337.50 4.50 14.85 3.30 50.00 0.2230

69 0.00 5.00 15.65 3.30 50.00 0.0360

70 22.50 5.00 15.65 3.30 50.00 0.0090

71 45.00 5.00 15.65 3.30 50.00 0.0020

72 292.50 5.00 15.65 3.30 50.00 0.3100

73 315.00 5.00 15.65 3.30 50.00 0.9140

74 337.50 5.00 15.65 3.30 50.00 0.1520

75 0.00 5.50 16.42 3.30 50.00 0.0440

76 22.50 5.50 16.42 3.30 50.00 0.0180

77 45.00 5.50 16.42 3.30 50.00 0.0020

78 292.50 5.50 16.42 3.30 50.00 0.5280

79 315.00 5.50 16.42 3.30 50.00 1.8330

80 337.50 5.50 16.42 3.30 50.00 0.1950

tabla 35 Rosa de oleaje a trasladar

figura 90 Rosa de oleaje en el punto de datos

APUNTES DE PUERTOS


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figura 91 Puerto de Llanes y punto fuente de datos

figura 92 Datos batimétricos

La propagación del oleaje a las proximidades del puerto se realiza con un modelo espectral convencional. La rosa así obtenida se muestra en la figura 92. A partir de este punto es cuando se emplea el modelo de Boussinesq para el análisis de la agitación propiamente dicha. La figura 93 muestra uno de los oleajes.

APUNTES DE PUERTOS


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figura 93 Rosa de oleaje propagada

APUNTES DE PUERTOS


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figura 94 Oleaje del NW

13.1.2.2 Análisis de la agitación interior

13.1.2.2.1 Datos Los datos que se necesitan son básicamente los siguientes:

1. Dirección de propagación del oleaje en las proximidades del puerto (se calcula con el modelo espectral de propagación del oleaje)

2. Periodo del oleaje 3. La altura de ola significante no es necesaria, puesto que se suele tomar

Hs = 1.00 m 4. Batimetría 5. Coeficientes de reflexión en los contornos interiores del puerto

13.1.2.2.2 Modelización Se localiza el borde exterior de la malla (el generador de oleaje) a un mínimo de dos longitudes de onda de la bocana. Es importante que la batimetría sea lo más suave posible. También es importante que todo el borde de generación se ubique a una profundidad uniforme.

APUNTES DE PUERTOS


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figura 95 Modelo digital del terreno

figura 96 Modelo digital del terreno, en 3D

APUNTES DE PUERTOS


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figura 97 Condiciones de contorno

APUNTES DE PUERTOS


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figura 98 Puntos para análisis de resultados

figura 99 Oleaje irregular multidireccional

APUNTES DE PUERTOS


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figura 100 Oleaje unidireccional

figura 101 Coeficientes de agitación

APUNTES DE PUERTOS


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figura 102 Oleaje regular

figura 103 Coeficientes de agitación

Hm0 [m] Tp [s] Probe #1 0.81 11.38 Probe #2 0.78 11.38 Probe #3 0.02 11.38 Probe #4 0.02 11.38

tabla 1 Resultado de análisis espectral

13.2 Estudios de resonancia en dársenas Los estudios de resonancia se encaminan a delimitar las frecuencias de los tres primeros armónicos naturales de las dársenas. Para este menester se necesita

APUNTES DE PUERTOS


19

utilizar un modelo matemático que resuelva la fase, como los basados en las ecuaciones de Boussinesq, ya utilizados para el análisis de la agitación.

13.2.1 Ruido blanco El ruido blanco o sonido blanco es una señal aleatoria (proceso estocástico) que se caracteriza por el hecho de que sus valores de señal en dos tiempos diferentes no guardan correlación estadística. Como consecuencia de ello, su densidad espectral de potencia (PSD, siglas en inglés de power spectral density) es una constante, es decir, su gráfica es plana.1 Esto significa que la señal contiene todas las frecuencias y todas ellas muestran la misma potencia. Igual fenómeno ocurre con la luz blanca, de allí la denominación.

Si la PSD no es plana, entonces se dice que el ruido está "coloreado" (correlacionado). Según la forma que tenga la gráfica de la PSD del ruido, se definen diferentes colores.

figura 104 Izquierda: Densidad espectral de potencia (PSD) del ruido blanco estimada con el método de Welch. Eje de las ordenadas (y): potencia/frecuencia (dB/Hz); eje de las abscisas (x): frecuencia (KHz). Derecha: Ejemplo de la forma de onda de un ruido blanco

APUNTES DE PUERTOS


20 14 ENSAYOS EN MODELO FÍSICO

14.1 Introducción Como se ha visto, el proyecto de un Puerto se apoya en muchos criterios empíricos. Ello ha llevado al comité redactor de las R.O.M., así como a otros muchos autores, a recomendar el ensayo en laboratorio de las obras que puedan ser consideradas delicadas desde el punto de vista del impacto de un posible fallo.

En este capítulo se indican las peculiaridades de la modelización física y se expone la semejanza de Fourier.

14.2 Escalas del modelo

14.2.1 Modelos de semejanza El principio de semejanza es un concepto abstracto basado en el principio de homogeneidad. Para una teoría física dada, este principio permite deducir las condiciones a las cuales deben sujetarse dos procesos para que la relación entre las medidas de sus magnitudes homólogas sea constante.

En otras palabras, ha de establecerse un modelo de semejanza entre el prototipo (el caso objeto de estudio, que puede ser un puerto deportivo, una estructura, una playa, …) y el modelo físico, concretado en unas relaciones que permitan establecer una correspondencia biunívoca entre las magnitudes del modelo y las del prototipo. A efectos del presente estudio, las magnitudes que se refieran al modelo llevarán el subíndice "m", y las que lo hagan al prototipo, estarán afectadas por el subíndice "p". La figura 104 muestra la relación entre prototipo y modelo físico, para la playa de la Zurriola, en San Sebastian.

figura 105 Prototipo (izquerda) y modelo físico (derecha) de la playa de la Zurriola

14.2.2 Tipos de semejanza A efectos del tipo de problema que en el presente informe se estudia, pueden considerarse los tres tipos de semejanza siguientes:

APUNTES DE PUERTOS


21

1) Geométrica, que permite relacionar, a través de una escala, λ., las magnitudes geométricas en modelo y prototipo.

2) Cinemática, a través de la cual se pueden establecer relaciones entre las velocidades y aceleraciones medidas en el modelo, con las que se obtienen realmente en prototipo. Para ello debe ser introducida una escala temporal, λT.

3) Dinámica, por medio de la que es posible relacionar las fuerzas actuantes, entre modelo y prototipo. Para ello se añade una escala de masas, λM.

figura 106 Construcción de un modelo físico para ensayo de un dique en talud

Es común colorear las diferentes zonas del dique para identificar la procedencia del material que se sale de su lugar. (figura 105)

14.2.3 Relaciones entre las escalas Las escalas citadas en el apartado anterior generan una serie de escalas secundarias que se habrán de tener en cuenta a la hora de trabajar con el modelo.

Estas son las que se muestran en la tabla 2

Escala Símbolo Carácter

Definición Relación Principal Secundario

Geométrica λ X Lp/Lm

APUNTES DE PUERTOS


22

Escala Símbolo Carácter

Definición Relación Principal Secundario

Tiempos λT X tp/tm

Masa λM X Mp/Mm

Superficie λS X λ²

Volumen λV X λ3

Velocidad λv X λ/λT

Aceleración λA X λ/λ²T

Fuerza λF X λM· λ/λ²T

tabla 2 Relaciones entre escalas

14.2.4 Modelo de semejanza El tipo de fuerzas que actúan en un modelo físico de fondo móvil son mayoritariamente gravitatorias, pudiéndose despreciar, si la escala geométrica es adecuada, las fuerzas de tipo viscoso o capilar. En estos casos se suele utilizar un modelo basado en la conservación del número de Froude, F, en modelo y prototipo.

Es decir, la relación fundamental es:

Fm = FP El número de Froude generalizado se define como:

𝐹 =𝑉�𝑔𝐿

[21]

donde V es la velocidad típica del fenómeno, g la aceleración de la gravedad y

L una longitud característica del fenómeno .

14.2.4.1 Semejanza de Froude Se utiliza la semejanza de Froude en aquellos estudios en que las fuerzas actuantes son mayoritariamente de tipo gravitatorio, como es el caso de ingeniería de puertos.

La gravedad se mantiene (γp/ γm = 1). Si la escala geométrica elegida es λ (es decir, el modelo es λ. veces menor que el prototipo), se obtienen las relaciones que se recogen en la tabla 3.

APUNTES DE PUERTOS


23

tabla 3 Relaciones de escala en la semejanza de Froude

figura 107 Modelo físico en operación

De estas relaciones se desprenden los siguientes puntos que deben ser tomados en consideración:

1) La velocidad en modelo es menor que en prototipo. quiere esto decir que el movimiento de partículas se manifiesta de forma más lenta

APUNTES DE PUERTOS


24

2) El tiempo en modelo es menor que en prototipo. La modelización de un temporal determinado se verifica en un tiempo menor del ocurrido en la realidad

3) La frecuencia en modelo es mayor que en la realidad. Esto es consecuencia del punto anterior. Ello quiere decir que el oleaje se mueve mucho más aprisa en modelo

4) Las fuerzas en el modelo son mucho menores. Ello implica que un error en su medición puede dar lugar a desviaciones muy fuertes en la realidad. De aquí la importancia de realizar mediciones muy precisas.

14.2.4.2 Efectos de escala Dado que no pueden ser contemplados a un tiempo todas las magnitudes que intervienen en el modelo (fuerzas gravitatorias, viscosas, capilares, módulo de elasticidad, etc.) los efectos de escala son inevitables. Esto implica que el comportamiento del modelo nunca será idéntico al del prototipo.

Este es principalmente el motivo de elegir un modelo de semejanza: distinguir las acciones más relevantes en la modelización y darles preponderancia.

Como ya se ha comentado, en los modelos hidráulicos se suele utilizar la semejanza de Froude, debido a que las acciones preponderantes son de tipo gravitatorio.

Ello quiere decir que existirán desviaciones debidas a la falta de semejanza en las fuerzas viscosas, capilares y elásticas.

1) Fuerzas viscosas: Falsearán todas las mediciones relativas a fricción 2) Fuerzas de capilaridad y tensión superficial: Falsearán las mediciones

realizadas en zonas poco profundas. si el fenómeno a estudiar es la rotura de oleaje, los resultados pueden ser falseados. La profundidad mínima en que pueden despreciarse los efectos de la capilaridad es de unos 3 mm. A estos efectos, conviene escoger la escala geométrica más grande posible.

3) Fuerzas elásticas: Intervienen en estudios de impacto del oleaje sobre estructuras. A estos efectos conviene, como en el caso anterior, escoger escalas grandes.

14.2.5 Modelos de fondo móvil Los modelos de fondo móvil son modelos físicos a los que se aporta arena a escala con objeto de comprobar la evolución morfodinámica del prototipo.

Estos modelos son algo más complicados que los puramente hidráulicos, puesto que a al problema de la elección de la escala geométrica añaden el de la elección (y búsqueda) del árido.

En ocasiones en estos modelos se distorsiona la escala geométrica, obteniéndose una escala vertical distinta de la horizontal. Esto no debe hacerse si los fenómenos de difracción son importantes en el ensayo.

(Dean, 1985) recomienda la modelización según las premisas siguientes:

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1) No utilizar distorsión de escala 2) Los parámetros hidrodinámicos, así como los parámetros relevantes del

sedimento, se modelizarán de acuerdo con el criterio de semejanza de Froude

3) Los procesos de rotura se deben simular correctamente, lo que implica la elección de una escala geométrica lo suficientemente alta como para que los efectos de escala debidos a las fuerzas viscosas y de tensión superficial sean despreciables

4) Cuando sea posible (Dm > 0.08 mm), el material deberá ser arena; de no ser así, deberá utilizarse un material que cumpla las relaciones de escala de la velocidad de caída.

Para conocer el diámetro del sedimento en el modelo sin distorsión se aplica la semejanza de la velocidad de caída, que, como es sabido, sigue la ley:

𝜔𝑟 = √𝜆 [1]

14.2.5.1 Ejemplo Imaginemos que estamos preparando un ensayo en modelo físico con escala geométrica λ = 60, es decir, el modelo es 60 veces menor que el prototipo.

En este caso se tendrá ωr = 7. 75.

Cálculo de la velocidad de caída en prototipo

Si se acepta que el coeficiente de forma es CD = 1.0, se tendrá, dado que:

• ρs = 2.65 • ρam= 1.026 • D50 = 0.48 mm (sedimento en prototipo)

el parámetro A8 será:

𝐴 =1.5828 · 980.81 · 0.0483

0.0119²= 121242

y por tanto, la velocidad de caída9:

𝜔𝑝 =(1552.48)

710(0.048)

1110

6(0.0119)25

= 5.9527 𝑐𝑚/𝑠

De aquí, para que se cumpla la semejanza de velocidades de caída: 𝜔𝑝

𝜔𝑚= 7.75,

lo que implica que ha de ser 𝜔𝑚 = 0.77 𝑐𝑚/𝑠. A partir de este valor se obtiene el tamaño de la arena en el modelo.

8 Parámetro de Dean para el cálculo de la velocidad de caída. Se ve en la parte de Costas 9 Ver parte de Costas

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14.2.6 Construcción del modelo Las fotografías de este apartado están tomadas de (Medina Villaverde, 1997); se trata de un modelo físico de la playa de la Zurriola (San Sebastián), utilizado en el Centro de Estudios de Puertos y Costas del CEDEX para evaluar el efecto de la construcción de un puerto deportivo en las cercanías.

figura 108 Construcción del modelo. Vista general

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figura 109 Ejecución de líneas batimétricas maestras

figura 110 Detalle de batimétricas maestras y replanteo de puntos significativos

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figura 111 Construcción del fondo fijo

figura 112 Extensión y nivelación del fondo móvil

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figura 113 Modelo funcionando

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30 15 LOGÍSTICA

15.1 Introducción La logística (del inglés logistics) es definido por la RAE como el conjunto de medios y métodos necesarios para llevar a cabo la organización de una empresa, o de un servicio, especialmente de distribución (Wikipedia, 2013).

Un condicionante íntimamente unido al puerto es la logística. Dado que uno de los objetivos fundamentales del puerto es el tráfico intermodal, es importante contar con zonas que faciliten el movimiento de las mercancías. Dentro de este contexto se enmarcan las denominadas ZAL (Zonas de Actividades Logísticas), que se explican en el apartado 15.6.

Los enclaves portuarios se han convertido en catalizadores del comercio mundial, ya que el transporte marítimo internacional supone el 80% del comercio internacional expresado en toneladas. En el ámbito europeo, el sistema portuario español representa el 10% de los tráficos europeos (350 millones de toneladas en 2001).

El transporte marítimo está notablemente influido por dos nodos operativos cada vez más importantes: los puertos y las Zonas de Actividades Logísticas. Lejos de operar de manera independiente entre sí, ambos espacios apuntan, en la actualidad, a conectarse de manera más fluida, con el objetivo de agilizar las operaciones y aportar un mayor valor agregado al movimiento general de las cargas.

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figura 114 Red transeuropea básica en España. Fuente: Comisión Europea

Los puertos son los principales nodos de la red física del transporte marítimo. Éstos son competitivos y cumplen su función siempre y cuando sean capaces de ofrecer al comercio internacional y a las líneas navieras, servicios rápidos, flexibles y seguros. La influencia de la función logística en los puertos sobre la competitividad del comercio exterior de un país es muy alta.

En función de ello, los puertos modernos deben formar parte de las cadenas logísticas de producción, transporte y distribución, y no desarrollar sus actividades como un eslabón independiente. El nivel de integración es fundamental y esto se logra ofreciendo una variada gama de servicios, lo que potencia la captación y fidelización del principal cliente del puerto: “la carga”. La consideración de un puerto desde una perspectiva logística significa que no sólo se deben tener en cuenta las actividades que se desarrollan en el entorno del ámbito portuario, sino también la influencia que estas actividades tienen sobre el transporte anterior y posterior a dicho puerto.

La cadena logística no comienza en los puertos. En realidad, comienza en el lugar de producción de la materia prima y va hasta los centros de consumos en los países de destino.

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Las Zonas de Actividades Logísticas Portuarias generan valor agregado de diversas maneras, como pueden ser la agrupación y desagrupación de cargas, el embalaje, la paletización, etiquetado, etc.

Estos servicios de valor agregado se pueden concretar gracias a la ruptura de carga10 que se realiza cuando se lleva a cabo el cambio de modo (marítimo a terrestre), lo que constituye lo que se conoce como La Función Logística del Puerto.

15.2 La plataforma logística La plataforma logística es aquel punto o área de ruptura de las cadenas de transporte y logística en el que se concentran actividades y funciones técnicas y de valor añadido.

Es una zona delimitada en la que se llevan a cabo, por diferentes operadores, todas las actividades relativas al transporte, a la logística y a la distribución de mercancías, tanto para el tránsito nacional como para el internacional. Los operadores pueden ser propietarios o arrendatarios de los edificios, equipamientos e instalaciones que estén construidos.

15.3 Intermodalidad En el transporte de mercancías se tiende a una intensificación del tráfico y a un desequilibrio creciente en la utilización de los distintos modos de transporte, con un aumento de la parte correspondiente al transporte por carretera y una reducción de la parte correspondiente al transporte ferroviario.

La intermodalidad (figura 114), definida como una característica de un sistema de transportes en virtud de la cual se utilizan de forma integrada al menos dos modos de transporte diferentes para completar una cadena de transporte puerta a puerta, permite, mediante un planteamiento global, una utilización más racional de la capacidad de transporte disponible.

La intermodalidad no pretende imponer una opción modal, pero permite utilizar mejor el ferrocarril, las vías navegables y el transporte marítimo, que por sí solos no permiten el transporte puerta a puerta.

10 Ver glosario

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figura 115 Intermodalidad y unimodalidad (Ministerio de Fomento, 2011)

15.4 El puerto y las cadenas logísticas Junto a la estrategia de la fluidez en el paso de la mercancía por el Puerto, no cabe duda de que el hecho de la ruptura de carga obliga también a las Autoridades Portuarias a promover como segunda estrategia básica el desarrollo de actividades logísticas en los puertos que incrementen su competitividad.

Como nodo logístico, el puerto tendrá que asumir los siguientes objetivos específicos:

• La ordenación de espacios e infraestructuras portuarias desde un punto de vista de su uso logístico

• La participación activa de los agentes especializados en el aprovechamiento del espacio e instalaciones portuarias como áreas de actividad logística (transitarios, operadores logísticos...).

• La potenciación del puerto como un nodo crítico para la gestión del conocimiento, liderando los procesos de creación de portales de contratación de cargas.

• La localización y reserva de espacios diferenciados para el desarrollo de las Zonas de Actividad Logística.

Para racionalizar todas las actividades que intervienen en esa cadena hace falta un enfoque logístico: se trata de decidir cuándo y dónde han de realizarse estas actividades, es decir:

Dónde / Cuándo:

• Se hallan los factores menos onerosos. • Se requieren tiempos muertos mínimos. • Se necesita un transporte mínimo. • Se logre la máxima concentración de productos.

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La integración de los puertos en la cadena que va desde la producción hasta el consumo, es fundamental. No se trata simplemente de una cadena de transporte, ya que a lo largo de esta cadena integral los productos se transforman de materia prima en productos terminados.

Desde el punto de vista logístico, los puertos ocupan una posición estratégica en el sistema actual de producción, comercio y transporte internacional, en especial si se consideran los siguientes factores:

• Son los puntos de partida y llegada del transporte marítimo. • Los mayores movimientos de carga se llevan a cabo por vía marítima. • Los puertos constituyen la mayor interfaz entre modos de transporte,

además de ser importantes centros de información. • El puerto moderno es un nodo dinámico de una red compleja de

producción y distribución internacional.

15.5 Actividades logísticas portuarias Según la zona del ámbito portuario donde se realicen, las actividades logísticas se diferencian entre sí, permitiéndonos identificar tres áreas especificas según líneas de actividad. De esta manera, podemos clasificarlas en:

• ACTIVIDADES PORTUARIAS DE PRIMERA LINEA LOGISTICA: son las actividades denominadas tradicionales que se les practica a los buques (atraque, amarre) como a la mercadería (estiba, desestiba, carga, descarga, entrega, recepción, control, depósito, etc.), las cuales se desarrollan dentro de la Zona de Operaciones Portuarias (la Terminal, incluida su parte marítima).

• ACTIVIDADES PORTUARIAS DE SEGUNDA LINEA LOGISTICA: estas actividades se realizan fuera de la terminal pero dentro la zona de servicios del puerto. Se incluyen servicios a los pasajeros (ocio, descanso), a las mercancías (fraccionamiento, empaquetado, etc.) y a los buques (reparación, suministro y mantenimiento).

• ACTIVIDADES PORTUARIAS DE TERCERA LINEA LOGISTICA: llevadas a cabo generalmente fuera de la zona de servicios portuarios ya que se relacionan con la industria y distribución en centros especializados. Normalmente se realizan en grandes espacios cubiertos. Estas tareas producen una actividad económica muy superior a la mera actividad portuaria, generando mayores volúmenes de tráfico en el puerto, ya sea de medios de transportes, de bienes o de información.

15.6 Concepto de ZAL portuaria Se trata de un área relativamente segregada del resto de las operaciones portuarias, especializada en las actividades de almacenamiento y distribución de mercaderías en donde, además, se desarrollan actividades y se prestan servicios de valor agregado.

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Como área de oferta integrada de actividades logísticas, la ZAL se caracteriza por:

• Estar especialmente diseñada para la operativa logística. • Concentración de actividades de la segunda y tercera línea logística en

el puerto. • Favorecer la optimización de los procesos y sinergia entre clientes y

usuarios. • Estar concebida para la actividad logística. • Representar el nivel más alto de calidad de oferta del nodo logístico. • No ser una mera actividad inmobiliaria.

Respecto de la segunda y tercera líneas logísticas, la tendencia mundial se vuelca cada vez más al desarrollo de las Zonas de Actividades Logísticas Portuarias, creadas para la facilitación de actividades que añadan alto valor agregado. Las ZAL se caracterizan por estar especialmente diseñadas para la operativa logística, por favorecer la optimización de los procesos de sinergia entre clientes y usuarios y por representar el nivel más alto de calidad de oferta del nodo logístico, ya que no se trata de una mera actividad inmobiliaria.

Los efectos sinérgicos que generan las actividades logísticas dentro de estas áreas son importantes. Para un puerto, disponer de una ZAL es fundamental, ya que esta diferenciación le brinda la posibilidad de poder atraer un mayor volumen de carga que puede ser enviada a través del mismo. Esto genera una relación positiva entre el flujo de carga y los buques: la carga atrae a los buques y los buques atraen a la carga. De esta manera el puerto genera actividad y negocio. Si el puerto además de contar con una ZAL portuaria, cuenta con facilidades para ser centro de transferencia intermodal (ferrocarril – camión – fluvial marítimo), es óptimo desde el punto de vista de la logística y le da una ventaja competitiva. Todo esto tiene efecto multiplicador en su hinterland, además de disminuir los impactos urbanos y regionales disminuye los efectos nocivos del mal empleo de los medios de transportes.

Como área de oferta integrada de actividades logísticas, la ZAL se caracteriza por:

• Estar especialmente diseñada para la operativa logística. • Concentración de actividades de la segunda y tercera línea logística en

el puerto. • Favorece la optimización de los procesos y sinergia entre clientes y

usuarios. • Estar concebida para la actividad logística. • Representa el nivel más alto de calidad de oferta del nodo logístico. • No es una mera actividad inmobiliaria.

Asimismo, la ZAL, como operador integral del desarrollo logístico, debe contar con actividades de Promoción y Desarrollo del área física, como:

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• Formación • Facilitación de Servicios • Fomento de la Comunidad Logística • Articulación de Ayuda a clientes Finales

Otra de las ventajas competitivas que tienen los puertos tiene que ver con los efectos sinérgicos que generan las actividades logísticas dentro del área de servicio. Para un puerto, disponer de una ZAL es fundamental, ya que esta diferenciación le brinda la posibilidad de poder atraer un mayor volumen de carga que puede ser enviada a través del mismo. De esta manera, el puerto genera actividad y negocio.

El puerto puede generar ingresos no solamente a partir de un centro de distribución propiamente dicho en él ubicado, sino también como consecuencia del creciente flujo de carga a través del puerto. Esto significa que, si parte de estos beneficios son destinados a la Zona de Actividades Logísticas, ésta podrá ofrecer el mismo servicio a un costo menor o mejorar su servicio por el mismo costo. Esta diferencia sólo es posible a partir de la sinergia ZAL-PUERTO, ya que un centro de distribución desarrollando el negocio solamente a partir de su propia actividad no puede obtener esta ventajas.

figura 116 ZAL del Puerto de Barcelona

Si el puerto, además de contar con una ZAL portuaria, cuenta con facilidades para ser centro de transferencia de cargas intermodal (Ferrocarril-Camión-Fluvial Marítimo), es óptimo desde el punto de vista de la logística y le da una ventaja competitiva.

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La utilización del ferrocarril en el tráfico portuario, tiene un efecto multiplicador en su hinterland y además, tiene efectos de disminuir los impactos urbanos y regionales, con la disminución de los efectos nocivos que tiene el transporte carretero.

Una fortaleza obvia de un puerto es que tiene acceso directo al transporte marítimo. Para la carga marítima, una Zona de Actividades Logísticas en un puerto puede tener una ventaja en comparación con otro centro en la región. Si una ZAL se ubica cerca de un puerto, el acceso desde y hacia las terminales portuarias será más corto y, por ende, más barato.

Un centro de distribución en la zona de servicio del puerto puede tener la ventaja de aprovechar la ruptura de la carga que genera el cambio de modo para generar actividades de valor agregado a las mercaderías.

15.7 Parámetros operativos de las Zonas de Actividades Logísticas

En este punto, se pretende presentar los resultados de los parámetros operativos de distintas Zonas de Actividades Logísticas en diferentes puertos alrededor del mundo.

Si bien el diseño de las Zonas de Actividades Logísticas es muy particular y depende de muchos factores, que muchas veces son locales, es interesante poder observar las características principales de diseño de las mismas, que sirven como ejemplo.

Se tomaron datos de siete puertos europeos, considerándose la carga movilizada en toneladas en carga general y en TEU,s11, las hectáreas destinadas a la ZAL portuaria y se obtuvieron los siguientes ratios:

• Hectáreas de ZAL por millón de TEU,s. • Hectáreas de ZAL por millón de toneladas de carga general. • Toneladas de CG por TEU,s.

Los Valores Promedio arrojan los siguientes resultados:

• 4.84 Hectáreas de ZAL por millón de toneladas de CG. • 60 Hectáreas de ZAL por millón de TEU,s. • 12.6 toneladas de CG por TEU,s.

Estos son valores referenciales que permiten realizar un análisis marco de las necesidades de área logística que necesita un puerto o terminal de contenedores.

15.8 Efectos generados por una ZAL Los efectos principales que genera una ZAL pueden subdividirse en las empresas y el entorno urbano, territorial, medioambiente y economía regional.

11 Ver glosario

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15.8.1 Efecto sobre las Empresas Las ventajas distintivas de la instalación de una ZAL es contar con la suma de todos los factores beneficiosos para las empresas del sector.

Los beneficios por funcionalidad para las empresas instaladas en una ZAL se pueden considerar similares al del resto de las plataformas. En cuanto a los beneficios por localización, éstos son determinantes en una ZAL portuaria.

15.8.2 Efectos sobre el entorno urbano – regional y medioambiental En general, puede decirse que una Zona de Actividades Logísticas impacta de la siguiente forma:

• Mejora la eficiencia de circulación y distribución de mercaderías. • Disminuye los costos generales del sistema económico y en especial del

transporte. • Disminuye el costo de las empresas que se instalan u operan en la ZAL

portuaria, se producen sinergias que benefician a todos. • Se generan nuevas actividades económicas. • Se generan nuevos puestos de empleo, directo e indirecto.

15.8.3 Impacto Global en el Sector Transporte • Incremento de la competitividad de las empresas. • Elevación paulatina de las calidades urbanísticas y edilicias. • Oportunidad de acceder a determinadas infraestructuras. • Ámbito idóneo para abordar innovaciones tecnológicas. • Los beneficios derivados de la concentración de actividades. • Fidelización de tráficos.

15.9 Otras plataformas logísticas que pueden estar asociadas a los puertos

15.9.1 Centro de transportes Son plataformas logísticas centradas en el transporte por carretera. Su ámbito suele ser metropolitano/provincial. Su vocación va más allá de la de dar un servicio, principalmente, a los transportistas de carretera. En la práctica, implican a todas las empresas del sector transporte, por lo que cuentan con un área logística bien consolidada y un área de servicios completa pues incluye tanto los servicios a las personas y los vehículos como centros administrativos de las empresas de transporte, centros de contratación de cargas, etc.

15.9.2 Puerto seco Se conoce como Puerto Seco a una terminal intermodal de mercancías situada en el interior de un país y que dispone de un enlace directo con un puerto marítimo. Consta de un área intermodal ferrocarril/carretera, como área funcional principal, si bien puede tener asociados otras áreas funcionales.

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15.10 Conclusiones El presente documento intentó reflejar el nivel de relevancia que los puertos modernos dan a la Función Logística, a través de la generación de servicios integrales a las cargas, y cómo, a su vez, dicha oferta de servicios logísticos integrales contribuye a la fidelización y captación de tráficos marítimos, provocando una sinergia positiva entre ambos flujos.

Desde el punto de vista estratégico, los puertos que cuentan con Zonas de Actividades Logísticas tienen ventajas competitivas con respecto a otros puertos que no se integran y se mantienen independientes e indiferentes a la cadena logística de producción, transporte y distribución.

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40 16 BIBLIOGRAFIA

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17 GLOSARIO

En este apartado se recogen los significados de aquellas palabras de uso común en el ámbito portuario y que han sido utilizadas en el texto.

Atarazanas Un astillero o atarazana es el lugar donde se construyen y reparan buques. Puede tratarse de yates, buques militares, barcos comerciales y otro tipo de barcos para transporte de mercancías o de pasajeros.

Contenedor Un contenedor o container (en inglés) es un recipiente de carga para el transporte marítimo o fluvial, transporte terrestre y transporte multimodal. Se trata de unidades estancas que protegen las mercancías de la climatología y que están fabricadas de acuerdo con la normativa ISO (International Standarization Organization), en concreto, ISO-668; por ese motivo, también se conocen con el nombre de contenedores ISO. Los contenedores pueden utilizarse para transportar objetos voluminosos o pesados: motores, maquinaria, pequeños vehículos, etc. o mercancía paletizada. Menos frecuentes son los que transportan carga a granel. Las dimensiones del contenedor se encuentran normalizadas para facilitar su manipulación.

figura 117 Contenedor normalizado de 20 pies

Costes de fricción

Sobrecostes que constituyen una medida de la ineficiencia en las operaciones del transporte intermodal, que se traduce en precios más elevados, más demoras y menos fiabilidad en los plazos de entrega, menor calidad de servicio, más riesgo de desperfectos, procedimientos administrativos complejos...

Gaussiana Una variable aleatoria X es llamada variable aleatoria normal

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(gaussiana) si su pdf está dado por

𝑓𝑥(𝑥) = 1√2𝜋𝜎

𝑒−(𝑥−𝜇)2

2𝜎2 ,

Es decir, sigue una distribución normal. El teorema central del límite garantiza que cualquier otra distribución se comporta como una gaussiana cuando se hacen un número suficiente de experimentos: “la suma de muestras independientes para cualquier distribución con valor esperado y varianzas finitos converge a la distribución normal conforme el tamaño de muestras tiende a infinito”. En este universo, la naturaleza se comporta gaussianamente.

Lonja Una lonja es un lugar de reunión de los comerciantes. Por el contrario, el término mercado suele asociarse más a la venta al por menor, aunque también existen mercados centrales donde se suele realizar la distribución alimentaria de una ciudad completa, en una acepción sinónima de lonja.

Ruptura de carga

Acción y efecto de separar las cargas contenidas en una unidad de carga superior (en un contenedor, por ejemplo), en un punto determinado de la cadena de transporte, con el fin de enviarlas a sus distintos destinos finales. En inglés: breaking bull

TEU Las siglas TEU (acrónimo del término en inglés Twenty-foot Equivalent Unit) representa la unidad de medida de capacidad del transporte marítimo en contenedores. Una TEU es la capacidad de carga de un contenedor normalizado de 20 pies. Las dimensiones exteriores del contenedor normalizado de 20 pies son: 20 pies de largo x 8 pies de ancho x 8,5 pies de altura; equivalentes a 6,096 metros de largo x 2,438 metros de ancho x 2,591 metros de alto. Su volumen exterior es de 1.360 pies cúbicos equivalentes a 38,51 metros cúbicos. Su capacidad es de 1165,4 pies cúbicos equivalentes a 33 metros cúbicos. El peso máximo del contenedor es 24.000 kg aproximadamente, pero restando la tara o peso en vacío, la carga en su interior puede llegar a pesar 21.600 kg. Aparte del contenedor de 20 pies, que se computa como una TEU, hay otros tamaños y tipos de contenedores. Los de uso más frecuente son de 40 pies; existen otras variantes del contenedor que se calculan como equivalentes a 2 TEU o 1 FEU (Forty-foot Equivalent Unit).

03 puertos rev14

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