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nº 113 - marzo 2004

Ponencia preparada porR. Gutiérrez Serret,B. G. Madrigal, J. LozanoPedroche y J. Flores Guillén delCentro de Estudios de Puertos yCostas del CEDEX presentadaen el 2º EncuentroIberoamericano sobreIntercambio Tecnológico yPortuario celebrada en Salvadorde Bahía (Brasil) en junio de2003, y publicada en la RevistaIngeniería Civil 132/2003.

Los modelos físicos juntocon los modelos numéri-cos, los simuladores de ma-niobra de buques y la expe-

rimentación “in situ”, constituyen elconjunto de herramientas a disposi-ción del ingeniero para el estudio delas obras portuarias; las cuales, lejosde ser excluyentes, son complemen-tarias, de manera que puedan opti-mizarse las capacidades de cada unade ellas buscando su sinergia.

La necesidad de los modelos físi-cos viene determinada por la im-posibilidad de dar respuesta a losmúltiples problemas de la ingenie-ría marítima mediante el uso ex-clusivo de modelos numéricos omedidas en prototipo, pues, dadala complejidad de muchos de

estos problemas, en unos casos sedesconoce la forma de plantear ode resolver las ecuaciones querigen el fenómeno físico en estu-dio y en otros los desconocimien-tos son relativos al funcionamien-to del propio fenómeno físico.

Por lo tanto cuanto más complejosea el fenómeno a estudiar mayor

será la presencia del modelo físico.No obstante, los modelos físicospresentan limitaciones significati-vas derivadas de lo que se conocecomo “efectos escala”. Los cualesson consecuencia de la imposibili-dad de alcanzar una semejanzacompleta modelo-prototipo: geo-métrica, cinemática y dinámica.

Para restringir estos efectos a unnivel aceptable y de esta forma ob-tener resultados fiables, ha de elegir-se la escala apropiada para cada tipode ensayo, siendo necesario acudir aGrandes Escalas (1/1-1/30) cuandocon las habituales 1 los resultados delmodelo no sean representativos delo que ocurre en el prototipo, puescon ellas los efectos escala disminu-yen de forma importante; o cuandoel fenómeno a estudiar requiera di-mensiones considerables para, p. ej.visualizar un proceso o utilizar undeterminado instrumental de me-dida.

En cualquier caso, los Ensayos aGran Escala, cuyo importe y plazode ejecución es superior al de los

Ensayos Portuarios a gran escala. Experiencias en el canal de oleaje de grandesdimensiones del Centro de Estudios de Puertos y Costas del CEDEX

En el presenteartículo se presentan

las posibilidadesy aplicaciones de los

ensayos a GranEscala, así como lascaracterísticas delCanal de GrandesDimensiones del

CEDEX y tres ensayosrepresentativos de losque desde la puesta

en servicio del Canal,a finales de 1999,se han realizado

en esta instalación

1 Escalas habituales en ensayos de es-tructuras marítimas: 1/30-1/80 (estabili-dad y funcionalidad.

Es necesario acudir a instalaciones de grandesdimensiones para el estudio de determinadosfenómenos, cuando con equipos más pequeños

los “efectos escala” puedan invalidar losresultados de los ensayos si éstos se llevaran

a cabo a otras escalas menores

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ensayos convencionales, debenconjugarse con éstos en aras de sucomplementariedad. Por ejemplo,en el caso de diques de abrigo degran tamaño, es frecuente que de-terminados aspectos se estudien yoptimicen a escalas próximas a la1:40 y que después la soluciónfinal se compruebe a Gran Escala.

Finalmente y antes de entrar enlas aplicaciones y demás aspectosde los Ensayos a Gran Escala, seexponen algunas consideracionessobre los “efectos escala”, a fin deponer de manifiesto la reducciónque se produce en estos ensayos.

Como se ha indicado la “semejan-za completa” modelo-prototipo esimposible, existiendo inevitable-mente desviaciones entre los resul-tados de los ensayos en modelo yel comportamiento del prototipo,las cuales deben evaluarse en cadaensayo a fin de conocer su magni-tud y evitarlas en la medida de laprecisión que requieran los resul-tados, y en caso de que esto nofuera posible corregirlos, de acuer-do con la experiencia, al extrapolarlos datos del modelo al prototipo.

En primer lugar la imposibilidad de la“semejanza completa” se manifiestacon las semejanzas geométrica y cine-mática, como consecuencia de las li-mitaciones en la reproducción en elmodelo de las condiciones reales delprototipo, derivadas, entre otros as-pectos, de las dimensiones del mode-lo, de la simplificación del oleaje ge-nerado, de su rebase y de los equiposde ensayo, factores, todos ellos que semitigan con el incremento del tama-ño del modelo (Gran Escala).

En el caso de la semejanza diná-mica y particularmente en la se-mejanza de Froude, que es la quehabitualmente se utiliza en losmodelos hidráulicos 2, los efectos

escala más importantes en rela-ción con las fuerzas viscosas, detensión superficial y elásticas, lascuales en esta semejanza se consi-deran secundarias, son:

– Fuerzas viscosas (F–µ).

Debe asegurarse que el grado deturbulencia que se alcance con elmodelo es el suficiente para ga-rantizar la fiabilidad de las medi-ciones de las fuerzas de fricción.Esto tiene importancia en loscasos de flujos en medios poro-sos, fuerzas de arrastre debidas ala acción del oleaje sobre estruc-turas y otros. Normalmente estose logra cuando el nº de Reynoldsen el modelo (Re)m supera uncierto valor 3, lo cual se facilita alaumentar la escala del ensayo.

– Fuerzas de tensión superficial(F–σ)

En el caso de la tensión superfi-cial (σ), en general, basta conque los calados en el modelotengan escasos centímetros paraque los efectos de capilaridadcarezcan de importancia, por loque casi nunca sus efectos sonpreocupantes en los modelosmarítimos.

– Fuerzas elásticas (F–ε)

Estas fuerzas toman importan-cia cuando la compresibilidaddel agua es relevante, como ocu-rre en los casos de diques enzonas de rompientes o en la de-terminación de esfuerzos enamarras, facilitando sensible-mente el aumento de escala laprecisión de las medidas 4.

Por lo tanto, queda patente que elaumento de escala repercute en unadisminución de los efectos escala,por lo que debe acudirse a modelos

con el mayor tamaño que las cir-cunstancias de cada caso permitan.

APLICACIONES

Al igual que en los ensayos a escalashabituales, los de Gran Escala pre-sentan también las opciones de ensa-yos bidimensionales (2D) en canal ytridimensionales (3D) en tanque. Lapresente ponencia hace referencia alos ensayos 2D por ser más frecuen-tes los canales de grandes dimensio-nes que los tanques y porque los en-sayos que se presentan se refieren aun canal de grandes dimensiones.

Los ensayos que se acometen aGran Escala tienen una compo-nente de Investigación, Desarrolloe Innovación (I+D+i) notable-mente mayor que en el caso de losensayos a escalas menores, en losque la Asistencia Técnica (AT)prima sobre la I+D+i. Tanto en elámbito de la investigación comoen el de la AT, la utilidad de estosensayos referida a 2D y al campode las obras portuarias se puedeconcretar, como principales, en lassiguientes aplicaciones:

• Diques en talud– Presiones intersticiales en el

núcleo.– Flujo en manto y filtros.– Estabilidad de mantos de pro-

tección (lado mar y tierra) deescolleras, bloques y piezas es-peciales.

– Estabilidad de bermas.– Presiones y fuerzas –horizon-

tales y verticales (subpresio-nes)– en espaldones.

– Rebase y remonte (run-up).

• Diques verticales– Presiones y fuerzas –horizon-

tales y verticales (subpresio-nes)– sobre los cajones, conespecial interés en los casos derotura del oleaje.

– Presiones intersticiales en labanqueta de apoyo de los ca-jones y en el terreno de ci-mentación.

3 Flujos en medios porosos: (Re)m > 3 ·104.4 Fp = λ3 Fm; λ: escala del modelo.

2 Predominio de las fuerzas de gravedadfrente a las viscosas, de tensión superfi-cial o elásticas.

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– Movimientos del cajón.– Comportamiento del cajón en

diversas etapas constructivas(fondeado sin rellenar, con re-lleno sin losa y con losa sin es-paldón, etc.).

• Diques compuestos y tipologíassingulares.– Comportamiento hidráulico:

medición de acciones, estabili-dad, etc.

– Medición de reflexiones: di-ques perforados y otros.

• Estructuras offshore– Presiones y fuerzas sobre las

pilas de apoyo.– Movimientos.

• Muelles antirreflejantes– Medición de reflexiones.– Medición de esfuerzos en cel-

das.

De esta manera los ensayos en canala Gran Escala permiten optimizarel diseño de las costosas estructurasmarítimas en lo que atañe a su se-guridad y funcionalidad.

Asimismo y en relación con los en-sayos costeros cabe mencionar losde estructuras para protección deplayas y el estudio de la hidrodiná-mica y el transporte de sedimentosen zonas de rotura del oleaje.

EL CANAL DE GRANDESDIMENSIONES DEL CEDEX

El Canal de Oleaje de Grandes Di-mensiones del CEDEX se encuen-tra situado en la nave de ensayos desu Centro de Estudios de Puertos yCostas (figura1), la cual con unasdimensiones de 115 x 76 m enplanta y 8 m de altura libre bajo laestructura de soporte de la cubier-ta, alberga el resto de las instalacio-nes de ensayo que tiene el Centro.

Las características del Canal queseguidamente se exponen, permi-ten ensayar a escalas del orden de1/1-1/30 los mayores diques de

abrigo existentes y demás estruc-turas marítimas. Así como analizarel transporte de sedimentos a lolargo de la zona de rompientes delas playas y su consiguiente evolu-ción en perfil.

Características técnicas:

• Dimensiones: 90 m de longitud,3,60 m de ancho y profundidadvariable de 7 m en la zona degeneración del oleaje a 5 m en lade ensayo.

• Fondo regulable en altura median-te losas independientes para la re-producción de las batimetrías.

• Paleta de generación de oleajerotacional (tipo flap) con el tras-dós en seco y 22,5∞ de giro má-ximo, accionada por un sistemaoleohidráulico de 300 Kw depotencia.

• Generación de oleaje regular eirregular con altura máxima de1,6 m.

• Sistema de absorción activa dereflexiones.

Figura 1. Panorámica de la nave de ensayos del Centro de Estudios de Puertosy Costas del CEDEX, con el Canal de Grandes Dimensiones en primer plano.

Figura 2. Vista general del canal.

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Además el canal dispone de unagalería lateral acristalada desdela cual se puede ver el desarrollode los ensayos e incorporar téc-nicas ópticas de medida, de unpuente grúa de 10 t móvil entoda su longitud y de un depósi-to de 1.000 m3 con el corres-pondiente equipo de bombeopara su llenado.

Como instrumental propio, elcanal está dotados de un sistemade absorción activa de reflexio-nes, de diferentes sondas paramedida del oleaje y de un sistemaautomático para cuantificaciónde los rebases, mediante un reci-piente suspendido que pesa losrebases de cada ola. Asimismocomo elementos auxiliares per-mite la utilización del instrumen-tal general disponible en la navede ensayos como son: sensores demedida de presión en estructurasy en su cimiento, dinamómetros,correntímetros y equipos ópticospara la medida de movimientos,entre otros.

Desde su puesta en servicio en1999 se han acometido diversosensayos de diques en talud y verti-cales, así como de algunas estruc-turas marítimas singulares: cajóncon patio interior sin solera, diquey muelle antirreflejantes. De losmás significativos, en el siguienteapartado se presenta su relación.

No obstante antes de ello, en latabla 1, se presenta, a efectos com-parativos, una relación de los ma-yores canales de oleaje de grandesdimensiones existentes en elmundo, todos ellos construidos enlas dos últimas décadas.

ENSAYOS REALIZADOSEN EL CANAL DE GRANDESDIMENSIONES DEL CEDEX

Desde que, a finales de 1999, la ins-talación entró en servicio se han re-alizado los ensayos que a continua-ción se relacionan, sin que se hayapresentado ninguna anomalía en elfuncionamiento de la instalación.

– Dique del Este. Ampliación delPuerto de Barcelona. Soluciónen talud.

– Dique de abrigo del Puerto Ex-terior de Ferrol.

– Cajón con patio interior sin so-lera.

– Muelle de cajones antirreflejantes.– Dique del Este. Ampliación del

Puerto de Barcelona. Soluciónvertical. Fases constructivas.

– Estudio de rebases en la expla-nada de la bocana norte delPuerto de Barcelona.

– Dique antirreflejante. Desarro-llo Exterior de Isla Verde. Puer-to de Algeciras.

– Muelle Prat del Puerto de Bar-celona. 1ª Fase en construcción.

Actualmente está en ejecución unensayo para estudiar la influenciade la reflexión en el diseño de losdiques en talud o rompeolas.

De todos ellos como más repre-sentativos de lo estudiado y aefectos de su exposición en el pre-sente artículo, se han seleccionado

Large wave channelCoastal Research Centre (FZK) 330 x 5 x 7 m 2,5 m Paleta traslacional con

University of Hannover (Alemania)2 m de desplazamiento

Tainan Hydraulics LaboratoryUniversity of Tainan (Taiwan) 300 x 5 x 5 m 2,5 m

Delta Flume Paleta traslacional conWL I Delft Hydraulics 233 x 5 x 7 m 2,5 m 5 m de desplazamientoDe Voorst (Holanda) Potencia 800 kW

Large Wave Flume Ports andHarbour Reseach Institute (Japón) 185 x 3,5 x 11 m 3,5 m

Electric Power Institute. Tokyo (Japón) 180 x 3,4 x 6 m 2,0 mLarge Wave Flume

Oregon State University (USA) 104 x 3,7 x 4,6 m 1,6 m Paleta rotacional

Hydraulic InstituteSan Petersburgo (Rusia) 110 x 4 x 7,5 m 2,0 m

Canal de Grandes Dimensiones Paleta rotacional deCentro de Estudios y Experimentación 100 x 3,5 x 7-5 m 1,6 m 7 m de altura

de O.P. –CEDEX– (España) Potencia 400 kWLaboratorio de Ingeniería Marítima

Uiversidad Politécnica 100 x 3,5 x 5 m 1,6 m Paleta traslacionalde Cataluña (España)Laboratorio Nacional

de Ingeniería Civil (LNEC) 73 x 3 x 3 m 1 m

Universidad Politécnica Paleta traslacional conde Coruña (España) 70 x 3 x 3 m 1,2 m 1,2 m de desplazamiento

Tabla 1. Principales canales de Grandes Dimensiones existentes en el mundoDenominación Dimensiones Altura de Otras Características(Long x Ancho x Prof) ola máxima

TECNOLOGÍA · 51

tres ensayos: dique de abrigo delPuerto Exterior de Ferrol, cajóncon patio interior y muelle de ca-jones antirreflejantes.

Ensayo del Dique delPuerto Exterior de Ferrol

El actual puerto de Ferrol está si-tuado en el NW de la PenínsulaIbérica, en el interior de la ría a laque da nombre, conectado al océ-ano Atlántico a través de un canalde 4 Km, 200 m de ancho en suparte mas angosta y 12 m de cala-do (figura 3). Su actividad es co-mercial, con un tráfico compuestopor graneles sólidos, líquidos ymercancía general.

Las expectativas de crecimientodel tráfico, con horizonte en el2025, determinaron que la Auto-ridad Portuaria planteara la nece-sidad de nuevas instalaciones quepudieran atender un tráfico com-puesto por buques de mayor ta-maño y requerimientos mas es-trictos en su maniobra y en el ser-vicio que ha de prestárseles (nece-sidades de superficie en tierra,rendimientos de las operacionesde carga-descarga, etc.).

Ante estas circunstancias, a princi-pios de los años 90 se comenzaronlos estudios para la ampliación delpuerto, finalizando en el año 2000con la redacción del proyecto deconstrucción del nuevo puerto,

tras haber desarrollado el corres-pondiente estudio de alternativasy anteproyecto, con lo que se haalcanzado la solución óptima ensus aspectos técnico, ambiental yeconómico, habiendo quedando elpuerto emplazado en la bocana dela ría en la zona del cabo Prioriño(figura 4), la cual está protegidade los oleajes del 1er, 2º y 3er cua-drante, siendo los del 4º –NW– losde mayor incidencia.

El nuevo puerto consta de: undique de 1.120 m, que arranca delcabo Prioriño a unos 350 m del ac-ceso a la ría y un muelle de 1.515 mpara graneles sólidos y mercancíageneral (convencional o conteneri-zada) con calado de 20 m y 4 atra-

Figura 4. Puerto Exterior de Ferrol. Simulación fotográfica (Cortesía A.P. Ferrol)

Figura 3. Puerto de Ferrol. Emplazamiento actual y Ampliación (Puerto Exterior).

RIA DE FERROL

FERROL

LA CABAÑA

LA GRAÑA

MUGARDOSMUGARDOS

MANIÑOS

IMENOSA

FORESTALDEL

ATLANTICON

Cabo PrioriñoAMPLIACIÓN

PUERTO

ESPAÑA

PORT

UG

AL

Ferrol

52 · TECNOLOGÍA

nº 113 - marzo 2004

ques para buques de 300 m de es-lora y una gran explanada.

Durante la fase de proyecto y a so-licitud de la Autoridad Portuaria, elCEDEX, en el marco del convenioestablecido con el Ente PúblicoPuertos del Estado, ha colaboradoen el desarrollo del proyecto, en di-versas actuaciones, que van desdeestudios de clima marítimo utili-zando modelos numéricos, p.ej. elmodelo de refracción-difracciónREDIFF 10 desarrollado por estainstitución para la propagación deloleaje, a los ensayos en modelo físi-co de la planta del puerto y de sudique, pasando por el fondeo deuna boya de medición del oleaje enla zona de la obra para contraste dedatos de boyas en aguas profundas,el análisis de maniobra de buques ola asistencia técnica en materiasambientales. De todo ello, esta co-municación se dedica a exponer unresumen del ensayo del dique deabrigo en el Canal de Grandes Di-mensiones.

Ensayo del dique de abrigo

Se trata de un dique en talud,cuya sección tipo se muestra en lafigura 5, que, como se ha indicado,tiene una única alineación con1.120 m de longitud y cuyo morroestá constituido por cajones.

El conjunto de los ensayos realiza-dos en el dique para verificar sucomportamiento estructural y fun-cional: estabilidad del manto y dela berma de apoyo, medición de es-fuerzos en el espaldón determina-ción de rebases, han sido: “ensayobidimensional (2D)”, “ensayo tridi-mensional (3D)” y “ensayo 2D enCanal de Grandes Dimensiones”.

El oleaje de cálculo según el estu-dio de clima de proyecto ha sido:Hs=7.6 m y Tp=14 s, que para 100años de vida útil y un nivel de ries-go de 0.3 (ROM 0.2-90)5 repre-senta un periodo de retorno de281 años con nivel de confianzadel 90%. Los ensayos se efectua-ron además con Tp=18 s. Enambos casos caracterizados con unespectro JONSWAP (g = 3.3).

El ensayo 2D del dique, cuyo ob-jeto fue la verificación de la sec-ción tipo proyectada en lo que serefiere al fallo del manto y de laberma, a la estabilidad del espal-dón y a la determinación de los re-bases, se realizó utilizando, comoes habitual, la semejanza de Frou-de, a una escala 1:43 en un tanquede oleaje de 6,5 m de ancho, 46,3

m de longitud y 1,50 m de pro-fundidad frente a paleta.

El ensayo se inició con la sección deproyecto –bloques: 120 t espaldón;25 t berma– y dada la ausencia deaverías en el espaldón se repitió elensayo con bloques de 90 t, quefueron admisibles, pues para la Hsde cálculo (7,6 m) las averías no lle-garon al 1%. El comportamiento dela berma fue satisfactorio, movién-dose sólo 11 bloques. Asimismo lamedición de fuerzas en el espaldóndeterminó coeficientes de seguri-dad al vuelco deslizamiento admisi-bles, si bien algún valor resultó algoestricto 6. También se midieron re-bases (volumen y tasa), no produ-ciéndose para oleajes medios(Hs

1año=3,5 m; Hs5año=5,5 m según

Tp), por lo que la cota de corona-ción del espaldón del proyecto(+18 m) fue válida.

El ensayo 3D del dique, cuyo objetofue fue conocer el comportamientodel tronco y morro, con oleajesincidencia normal y 40º deoblicuidad, se realizó utilizando eltanque de oleaje multidireccional

5 ROM 0.2-90: Acciones en el proyectode obras marítimas y portuarias. Puertosdel Estado (España).

6 Tp=14 s: Cd=2,69-2,11; Cv=3,98-1,11y Tp=18 s: Cd=1,52-2,09; Cv=1,56-1,22.Los dos valores de los coeficientes de se-guridad corresponden a medidas consensores o con dinamómetro.

Figura 5. Dique de abrigo del Puerto Exterior de Ferrol. Sección tipo proyectada.

24.00 10.5013.00

3.50 3.50

+19.50

1.00

+13.50

1

+16.00

3.503.50

3.00

1.00

4.00

+7.565Pte. 0.5%+7.50+6.00

TODO UNOW > 25 Kgs.

-5.00

3.50-22.00

-30.00

+ 0.00+ 5.00 P.M.V.E.

ESCOLLERA 5 Tn.

ESCOLLE

RA D

E 250 A

600 K

gs.

ESCO

LLER

A D

E 75 A

100 K

gs. + 0.00BLOQUES DE 120 Tn.

BLOQUES DE 12 Tn.

ESCOLLERA DE 0.75 A 1.25 Tn.

ESCO

LLERA DE 1.00 A

2.00 Kg.

3.502.30

2.50

1.70

ESCOLLERA DE 0.75 A 1.25 Tn.ESCOLLERA DE100 A 200 Kgs. VARIABLE

BLOQUESDE 25 To. 1

1.5

13.00

-22.003.001.5

7.00

8.90

7.50 -15.00

5.00

+ 5.00 P.M.V.E.

32

8.51

1.25

1.00

4.20

+6.00 1.75

4.00 4.00

11.00 0.50

TECNOLOGÍA · 53

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Figura 6. Perfil longitudinal del Canal de Grandes Dimensiones y disposición del modelo. Sección tipo. Dique de abrigodel Puerto Exterior de Ferrol.

PLANTA

SECCION A-A

PUENTE GRUA

SONDAS DE MEDIDA

SOLERA

FORJADO EXISTENTE

SONDAS INTERMEDIASSECCION CUNAS DEELEVACIONDE LOSAS

4.00

4.00

4.00

8.10 32.40 51.401.00

+3.46P.M.V.E.

ARQUETA DELIMPIEZA

B.M.V.E.±0.00

+3.46

±0.00

5.04 10.46

2% 10%

16.00

4.90 4.60

6.00

8.00 16.80 14.00 20.50

48.342.9520.00

90.8094.80

A 0.40

0.40

A

3.60 4.40

5.00 51.36 14.00 20.50ZONA DE

AMORTIGUACIÓN

Figura 7. Dique de abrigo del Puerto Exterior de Ferrol.Disposición de los sensores de medida de presión en elespaldón

Figura 8. Dique de abrigo del Puerto Exterior de Ferrol. Pa-norámica del canal de ensayo con el sistema de medida au-tomática de rebases en primer plano.

3.15

6.31

22.1 25.23

66.25

18.93

8.83

86.8

8

18.9

3

SENSORESDE PRESIÓN

SENSORESDE SUBPRESIÓN

18.93 47.32

del CEDEX, en el que, a escala1:38,5, se reprodujeron 10 m detronco y el morro formado por 4cajones, de los que el exterior (elmás solicitado) se construyó a escalaen peso y se instrumentó consensores de presión.

Los resultados de los ensayos en elmanto, no mostraron ningún dañohasta Hs = 9 m y en la berma tansólo se cayeron algunos bloques.

El cajón del morro, no sufrió nin-gún movimiento para el máximooleaje de ensayo (Hs = 9 m; Tp =18 s) y los coeficientes de seguri-dad –deslizamiento y vuelco–, cal-culados a partir de las presionesmedidas por los sensores fueronde 3,55 y 2,67 respectivamente.

Una vez acometidos estos ensayos,se realizó el de la sección tipo aGran Escala en el Canal de Gran-

des Dimensiones, cuya descrip-ción y resultados se exponen en elsiguiente apartado.

• Ensayo en el Canal de GrandesDimensiones

A fin de verificar con mayor fiabi-lidad los resultados del ensayo 2Den el tanque, reduciendo los efec-tos escala y de comparar los resul-tados de ambos ensayos, se aco-

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metió un nuevo ensayo en elCanal de Grandes Dimensionesdisponible en el CEDEX. La esca-la adoptada en el ensayo fue:1/15,85. En la figura 6 se muestraen perfil en canal y la disposicióndel modelo.

El oleaje generado fue análogo aldel ensayo 2D –espectro JONS-WAP (γ = 3.3)–, alcanzando hasta8 m de altura de ola significante.Sin embargo la distribución de lasaltura de ola extremales no fue lamisma, lo que determinó algunasdiferencias entre ambos ensayos yrequirió un análisis comparativo,que más adelante se comenta.

Los ensayos comenzaron con Hs =5 m para Tp = 14 s y Hs = 6 mpara Tp = 18 s, incrementándoseen escalones de 1 m hasta Hs = 8m, ensayando la altura de diseñodel dique Hs = 7,6 m. En cada es-calón se generaron 3.000 olas,1.000 en el nivel superior demarea (+4,50 m), 1.000 en el in-ferior (+1.00 m) y el resto en latransición.

Finalizado cada escalón, como es lohabitual, se determinó el nº de blo-ques de manto y berma desplaza-dos al menos una longitud mayorque el lado del cubo equivalente,con ello al fin del temporal se ob-tuvo el daño acumulado, de igualforma a como se había realizado enel ensayo 2D. La medición de fuer-zas en el espaldón se realizó consensores de presión, mostrándoseen la figura 7 la distribución de lossensores dispuestos. Los rebases seevaluaron con el sistema de pesadaautomático, que se aprecia en la fi-gura 8, el cual da el peso del reba-se de cada ola y el acumulado.

Los resultaron se caracterizaronpor la ausencia de daños en elmanto para la Hscalc. de cálculo y lacaída de 2 bloques para 8 m. De laberma se cayeron 8 bloques para laHscalc. y 14 para 8 m. Las fuerzasen el espaldón para la Hscalc. deter-minaron los siguientes coeficientesde seguridad: Cd = 1,95/1,1 y Cv =2,89/1,49 para Tp = 14/18 s, todosellos para un coeficiente de roza-miento hormigón escollera de 0,7.

Los rebases, que no se produjeronhasta Hs > 6 m, se muestran en latabla 2 y en la figura 9, en la quepara ola de cálculo (Hscalc. = 7,6 m)y Tp = 18 s se aprecia el volumen derebase de cada ola. Sus valores seconsideran aceptables. Su efectosobre el talud posterior produjo lacaída de algunas piedras, al igual queen el ensayo 2D, proponiendo parasu protección que la losa coronacióndel cuerpo del dique volara sobre elmanto posterior.

La comparación de resultados conlos del ensayo 2D en tanque, en lorelativo a la estabilidad de manto yberma fueron similares. No fue asíen el caso del espaldón, los coefi-cientes de seguridad para igual Hsdifirieron: al deslizamiento fueronmayores en el tanque que en elcanal y al vuelco menores, con másdiferencias para 18 s que para 14 s.

Estos resultados, como antes se haesbozado, se debieron a la diferentedistribución de las alturas de ola ex-tremales en el tanque y en el canal:a igual Hs la Hmax resultaba menoren el tanque que en el canal, con re-laciones Hmax/Hs: 1,63 a 1,72 en eltanque y 1,82 a 1,92 en el canal.Este hecho justifica las mayoresfuerzas medidas sobre el espaldónen el canal, cambiando además supunto de actuación. Si la compara-ción entre fuerzas o coeficiente deseguridad se hace con Hmax en vezde con Hs, como así se hizo, las di-ferencias son menores y, en estecaso, achacables más a efectos esca-la que a las diferencias en el oleaje.

En relación con los rebases, resul-taron similares en ambas instala-ciones para Tp = 14 s, siendo ma-yores en el canal para Tp = 18 s.

7,58 6.437 0,8914 8,29 26.625 3,71

6,60 21.750 3,0318 7,59 120.750 16,85

8,39 237.812 33,18

Tabla 2. Dique de abrigo del Puerto Exterior de Ferrol. Rebases. Volumen y tasaTp (s) Hs (a pie dique) Volumen (L) Tasa (L/m-s)

Figura 9. Diquede abrigo del

Puerto Exterior deFerrol. Rebases

producidospor cada ola

y acumulados(Hscalc.=7,6 m;

Tp=18 s)

140000

1300001200001100001000009000080000

70000600005000040000300002000010000

00 500 10001500 20002500 3000

t(s)350040004500 5000 55006000650070007500

l/m

TECNOLOGÍA · 55

nº 113 - marzo 2004

Ensayo de una nuevatipología de Cajóncon Patio Interior

A fin de verificar el comporta-miento hidrodinámico de unanueva tipología de cajón celularcon un patio interior desprovistode solera para su uso en diques deabrigo, la empresa Dragados P.O.S.A. encargó al CEDEX la realiza-ción de ensayos en modelo físicode esta nueva estructura.

El cajón, diseñado por Dragados,consta de un patio interior sin so-lera, el cual está rodeado por dosfilas de celdas perimetrales, segúnse muestra en la figura 10. La au-sencia de solera alivia las subpre-siones y el patio permite albergarmaterial granular o material dra-gado, en cuyo caso proporcionauna mejora ambiental respecto alcajón convencional.

Este cajón, al igual que el conven-cional, está proyectado para sertransportado por flotación hastasu emplazamiento donde una vezfondeado apoya sobre una ban-queta de escollera.

Ensayos realizados

El objeto de los ensayos, según seha indicado, ha sido el de analizarel comportamiento hidrodinámi-co del cajón frente al oleaje, com-parando con el de un cajón con-vencional, así como, comparandotambién, las presiones medidas enel mismo con las fórmulas Goda,Sainflou y Miche-Rundgren, todoello a fin de a evaluar las fuerzasejercidas por el oleaje sobre la es-tructura en aras a su dimensiona-miento.

Los ensayos se plantearon paraanalizar de forma sistemática tresdimensiones de cajón sin patio enlas que se variaba la anchura deeste elemento en el sentido de lamanga del cajón. Estos anchosfueron de 10, 15 y 20 m, resul-

tando así tres cajones que se de-nominaron “Cajón Pequeño”,Cajón Intermedio” y “CajónGrande”, cuyo puntal en todos loscasos era de 31 m. También se en-sayó bajo las mismas condicionesde oleaje el cajón convencional(sin patio).

Los cajones se construyeron me-diante piezas prefabricadas dehormigón elaboradas por Draga-dos en una de sus factorías de pre-fabricados y posteriormente fue-ron transportadas y montadas enel Laboratorio. La escala de los en-sayos fue 1:14, la cual se adoptó,tras analizar su disposición en elcanal, de forma que esta fuera lamayor posible compatible con la

capacidad 10 t de la grúa delcanal.

La disposición del modelo en elcanal (figura 11) se realizó deforma que, en sus 3,5 m deancho cupiera un cajón comple-to y dos medio cajones, de mane-ra que desde la galería que dispo-ne la instalación se pudiera vi-sualizar el comportamiento delrelleno del patio, el cual se reali-zó con grava en todos los ensa-yos, salvo en uno que se utilizóarena arcillosa. Se instalaron untotal de 36 sensores de presiónen el paramento exterior delcajón en los del patio y en subase, así como en la escollera deapoyo (figura 10).

0.36

1.65

1.35

1.05

0.75

0.45

0.15

LEYENDASENSOR DE PRESION

UNIDADES DE MODELO (m.)

2.192.031.871.71

1.55

1.19

0.79

0.15

1 Tn.

PATIO(Sin solera)

2

GEOTEXTIL50-100 Kg.

CORE

1

131

3

1.91 2.

21

0.30

RELLENO

0.301.07 0.36

Figura 10. Cajón con patio. Sección transversal y planta

56 · TECNOLOGÍA

nº 113 - marzo 2004

Cada uno de los cajones mencio-nados fue sometido a la acción decuatro temporales, caracterizadospor cuatro períodos de pico, estan-do asociados a un espectro deenergía JONSWAP (γ=3.3). Cadaperíodo estaba asociado, a su vez,con diferentes escalones de alturade ola significante según la distri-bución mostrada en la tabla 3. Enla figura 12 se muestra una instan-tánea de un ensayo en el momen-to del impacto de una ola.

El número de olas en cada ensayofue de 250 a 300, dependiendo delvalor del período de pico. Las pre-siones generadas por ellas se mi-dieron en el paramento exteriordel cajón y en los del patio, resul-tando distribuciones del tipo de lasque se muestran en la figura 13.

Resultados y análisis

A partir de las presiones medidas sedeterminaron las fuerzas horizonta-les y verticales actuantes sobre elparamento exterior del cajón, sobrelos del patio interior y sobre los desu base, mostrándose en la figura 14la serie temporal de fuerzas hori-

zontales actuantes sobre el para-mento exterior del cajón corres-pondiente a unas 17 olas.

El análisis de estos resultados defuerzas horizontales (FH) y vertica-les (FV) se presenta en las figuras

15, 16 y 17, en las que se muestrasu evolución en función de la altu-ra de ola, tanto para el cajón conpatio (C. Patio) como para el con-vencional (C. Fondo) y en las queademás se incluyen las fuerzas cal-culadas con las fórmulas de Goda,

Figura 11. Disposición del modelo. Figura 12. Instante del impacto de una ola en el cajón.

Figura 13. Distribución instantánea de presiones en todos los parámetros del cajón.

11.0 * * * *13.0 * * * *15.0 * * * *17.0 * * *

Tabla 3. Oleaje de ensayoHs (m) / Tp (s) 5.0 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 9.0

0.56

1.91

1.07 0.56Hs = 7.0 m.Tp = 13.0 s.

1 Tn/m2 = 0.5 cm

SENSOR DE PRESION

1

23

5

5

4

4

6

6

7

RELLENO

TECNOLOGÍA · 57

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Sainflou y Miche-Rundgren. Todoello corresponde al “Cajón Peque-ño”, siendo las conclusiones queseguidamente se exponen válidaspara los otros dos.

De la observación de estas figurasse deducen las siguientes conside-raciones:

– Fuerza Horizontal-ancho del patio• La máxima fuerza horizontal

en ambos tipos de cajón –conpatio y convencional–, fueprácticamente la misma, paralos 3 anchos de patio ensaya-dos. Por lo tanto, la influenciadel patio en la fuerza hori-zontal resulta irrelevante (fi-gura 15).

Ello es debido a que las presionesen los paramentos frontal y dorsaldel patio son muy parecidas.

Figura 14. Parte de unregistro de la fuerzahorizontal.

T=13s

Hp

s=7.0m

F h(t/m

)

Registro de la fuerza máxima horizontal250

200

150

100

50

0

-50

-100

-150

1575 1600 1625 1650 1675 1700 1725 1750 1775 1800

t (s)

Cajón Pequeño con relleno

Figura 15. Fuerzahorizontal versus Hspara los 3 anchos depatio cajón convencinal

Figura 16.Cajón conpatio.Fuerzahorizontalversus Hs.

Variación de la Fh con la altura de olapara los tres anchos de cajón

Tp=17s

Hs (m)

F h (t

/m)

5.00 5.50 6.00 6.50 7.00

450

400

350

300

250

200

150

Con fondoC, Patio

Tp=13s

Tp=17s

CAJON PEQUEÑO (10m)

CAJON PEQUEÑO (10m)

Hs (m)

F h (t

/m)

400

350

300

250

200

150

F h (t

/m)

350

300

250

200

150

6 7 8

Hs (m)4.50 5.00 5.50 6.00 6.50 7.00 7.50

9

C. FondoC. PatioGodaSainflouS.P.M.

C. FondoC. RellenoGodaSainflouS.P.M.

10

58 · TECNOLOGÍA

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– Fuerza vertical (subpresión).Cajón con patio versus cajónconvencional.• La fuerza vertical en el cajón

con patio es menor que la quese origina en el cajón conven-cional, siempre que el patioexista cámara de expansiónpara que no entre en carga. Seestima que la reducción de lafuerza vertical en el cajónpatio es del orden del 35% res-pecto al cajón convencional.

– Fórmulas de cálculo de presiones• Para la fuerza horizontal las fór-

mulas consideradas –Goda,Sainflou y Miche-Rundgen–son conservadoras, excepto parael periodo mayor de los ensaya-dos (17 s), en el que sólo la fór-mula de Goda sigue siendo con-servadora. Para los otros 3 pe-riodos de ensayo (11, 13 y 15),Sainflou y Miche-Rundgen seajustan mejor que la fórmula deGoda. Por tanto, en cualquierade los casos considerados, Godaes la más conservadora.

• Para la fuerza vertical es deaplicación lo mismo que parala horizontal.

– El que la fórmula de Goda pre-diga valores de la fuerza hori-zontal y vertical tan conserva-dores, cuando, como es el caso,podría ser debido a que su fór-mula fue concebida para undique vertical compuesto, esdecir, el cajón está cimentadosobre una banqueta de escolle-ra, en el que este elementopuede producir la rotura parcialde las olas más altas, cosa queno sucede en la disposición delensayo, pues no existe banquetade cimentación.

ENSAYO DE UN MUELLE DECAJONES ANTIRREFLEJANTE

Con motivo de diferentes actua-ciones previstas para la ampliacióndel Puerto de Algeciras, su Autori-dad Portuaria, a través del Ente

Público Puertos del Estado, encar-gó al CEDEX la realización de en-sayos en modelo físico para estu-diar la interacción de una nuevatipología de cajón antirreflejantepara su empleo en muelles.

El muelle objeto de estudio, estáformado por cajones de 28,97 mde eslora, 13,71 m de manga, y18,50 m de puntal, con celdas de3,30 m de diámetro que disponende una cámara antirreflexión en su

Tp=13s Ley de subpresiones truncada

CAJON PEQUEÑO (10m)

Hs (m)F v

(t/m

)

120

100

80

60

40

20

6 7 8 9

C. Patio

Goda

Sainflou

S.P.M.

1110

Tp=17s Ley de subpresiones truncada

CAJON PEQUEÑO (10m)

Hs (m)

F v (t

/m)

120

100

80

60

40

20

5.00 5.50 6.00 6.50

C. Patio

Goda

Sainflou

S.P.M.

7.507.00

Figura 17. Cajón con patio. Fuerza vertical versus Hs.

Figura 18. Seccióntransversal del cajón.

+1,00

–1,50

–17,50

ZONA A DEMOLER

ESCOLLERA

TECNOLOGÍA · 59

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parte superior según se aprecia enla figura 18. Estos cajones estánfondeados a la cota –17,50 m.

La cámara antirreflexión se cons-truye mediante la demolición departe del hormigón de las paredesde las celdas en la parte expuestadel cajón, entre las cotas –1,50 m y+1,00 m. En el interior de la cá-mara se coloca un talud de escolle-ra de 250 a 350 kg, que favorece ladisipación de energía (AlternativaI) o se deja vacío (Alternativa II).En la figura 19 se muestra sin som-

breado los tramos demolidos parala construcción de la cámara y enla 20 la sección transversal de lacámara con el talud de escollera.

Ensayos realizados

Los ensayos se han dividido en dosestudios, el primero de ellos hidro-dinámico, en el cual se ha analizadoel fenómeno de reflexión del oleajeincidente sobre el cajón y el segun-do de esfuerzos sobre su viga cantil,en el cual se han determinado las

fuerzas totales actuantes sobre lamisma a partir de las presiones me-didas en su paramento y en su base.

Estos ensayos se han realizado aescala 1:8, empleado en todosellos oleaje irregular caracterizadopor un espectro JONSWAP(γ=3.3), sin carrera de marea. Seha analizado un rango de periodos(Tp) de 5 a 12 s y alturas de ola Hsde 0,5 m, 1,0 m, 1,5 m y 2,0 mcon las combinaciones que se indi-can en la tabla 4.

Asimismo, en la Alternativa II decámara con talud de escollera se haestudiado la estabilidad de este ele-mento para un temporal de Tp = 12s y altura de ola Hs hasta 3 m.

De todo ello en la figura 21 semuestra la vista frontal del mode-lo y en la 22 un detalle de una delas celdas en la que se aprecia laescollera y los sensores de presión.

En el estudio hidrodinámico la deter-minación de reflexión (Cr), definidocomo el cociente entre la altura de olasignificante incidente y la altura deola significante reflejada, ha sido ob-tenido mediante el método propues-to por Mansard y Funke (1980).

La medición de las presiones en laviga cantil se ha realizado instru-mentando una de las celdas con ladisposición de sensores de presiónmostrada en la figura 23.A partir delos registros de presión en estos sen-sores, se ha calculado la evolucióntemporal de las fuerzas horizontalesy verticales y se han obtenido losmáximos esfuerzos sobre la viga.

Figura 19. Sección horizontal del cajón por la cámara

0,5 * * * * * * * *1 1,0 * * * * * * * *

1,5 * * * *2,0 * * * * *0,5 * * * * *

2 1,0 * * * * *1,52,0 * * * *

Tabla 4. Ensayos realizados. Reflexión y esfuerzos en la viga cantilAlternativa T (s)/H (m) 5 6 7 8 9 10 11 12

Figura 20.Sección

Transversal dela cámara

antirreflejantecon el taludde escollera

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nº 113 - marzo 2004

Resultados y análisis

– Estudio hidrodinámico

En cada uno de los ensayos reali-zados como resultado de los mis-mos, se ha obtenido el coeficientede reflexión de la estructura, asícomo datos adicionales que carac-terizan el oleaje incidente medidoen el ensayo. A modo de resumen,la figura 24 muestra la evolucióndel coeficiente de reflexión con elperiodo, tanto para la Alternativa Icon escollera como para la II queno la tiene.

El análisis del fenómeno de la di-sipación de la energía del oleaje enlas cámaras, pone de manifiestolos dos mecanismos a través de loscuales este se produce. En el pri-mero la disipación es debida a laturbulencia del en los intersticiosde la escollera al remontar y des-cender el oleaje por su talud ypredomina en el caso de oleajescon pequeña altura de ola. En elsegundo la disipación es conse-cuencia de la turbulencia genera-da en los flujos de vaciado de lascámaras y es predominante en losoleajes de mayor altura.

En general la disipación es mayoren el primer mecanismo, siendo,en ambos casos, la disipación másefectiva para periodos cortos, paralos cuales una mayor parte de suenergía se concentra en la partesuperior de la columna de agua, ypor tanto es susceptible de ser di-sipada por cualquiera de los fenó-menos descritos. A este respecto,el rango de profundidades adi-mensionales (h/L) del oleaje con-siderado abarca gran parte deltramo de profundidades interme-dias, ya que varía entre el límite deaguas profundas (d/L = 1/2) paraTp = 5 s y el de aguas relativa-mente someras (d/L = 1/8) paraTp = 12 s.

Los aspectos descritos se ponen demanifiesto en los resultados obte-nidos. En efecto, en el caso de la

Alternativa I –cámaras con escolle-ra–, independientemente de la al-tura de ola, el coeficiente de refle-xión tiende a valores cercanos a0,7 al crecer el periodo. Sin em-bargo, para los periodos más cortosensayados –5 a 8 s– el coeficientede reflexión se ve muy influidopor el valor de la altura de ola, to-mando valores menores a 0,5 conalturas entre 0,5 m y 1,0 m, lle-gando a superar el valor de 0,6 conalturas entre 1,5 m y 2,0 m. A esterespecto, la influencia de la alturade ola es prácticamente lineal, in-

dependientemente del periodo,dejando el muelle de ser efectivopara alturas de ola grandes.

En la Alternativa II –cámaras sinescollera– la velocidad del flujo dedescarga de las cámaras es mayorque cuando existe escollera, loque determina una mayor disipa-ción de energía para los periodoslargos en los que éste supera altiempo de descarga. En estos casosel coeficiente de reflexión tiende a0,6 independientemente de la al-tura de ola. Por el contrario, para

80

70

60

50

40

30

Cr

(%)

80

70

60

50

40

30

Cr

(%)

5 6 7 8

Periodo (s)

9 10 11 12

5 6 7 8

Periodo (s)

9 10 11 12

H=0.5

H=1

H=1.5

H=2

H=0.5

H=1

H=1.5

H=2

Figura 24. Evolución del coeficiente de reflexión con el periodo. Alternativas I y II.

1

2

7 6 5 4

Figura 23. Disposiciones de sensores de media presión

3

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periodos no excesivamente largosy alturas de ola pequeñas, al noproducirse disipación por turbu-lencia en la escollera, por no exis-tir esta, el coeficiente de reflexiónaumenta sensiblemente llegando avalores de 0,9 para Hs = 0,5 m yTp = 5 s.

– Estudio de esfuerzos en la vigacantil

En cada uno de los ensayos reali-zados se obtuvieron las series tem-porales de las fuerzas horizontal yvertical sobre la viga cantil, a par-tir de las medidas de presiones enel paramento y en la base de lamisma. En estos registros se selec-cionó la fuerza máxima horizon-tal, junto a la fuerza vertical en elinstante correspondiente y recí-procamente la fuerza máxima ver-tical, junto a la horizontal en elinstante correspondiente. A modode resumen, en la figura 25 semuestra la evolución de la máxi-ma fuerza vertical con Tp.

Como resultado del análisis de losdatos medidos las fuerzas máximashorizontal y vertical sobre la vigaalcanzaron los siguientes valores:

– Fuerza horizontal máxima(FHMAX):Las máximas fuerzas horizontalesen el canto de la viga cantil fueronde valor reducido, siempre por de-bajo de las 7 t/m, por lo que nocondicionan su dimensionamiento.En general, un aumento de pe-riodo produjo pequeños incre-mentos en esta fuerza, mante-niéndose en cualquier caso suorden de magnitud. La evolu-ción de FHMAX con la altura deola es prácticamente lineal.

– Fuerza vertical máxima (FVMAX):Las máximas fuerzas verticales enla base de la viga fueron aproxi-madamente lineales con la alturade ola. Existiendo muy poca in-fluencia del periodo, con una ten-dencia descendente al crecer éste.

Sus valores oscilaron en torno alas 30 t/m, siendo su distribu-ción prácticamente uniforme.Teniendo en cuenta que el pesode la viga era de 23,8 t/m, secomprobó que la fuerza verticalsuperaba el peso propio para al-turas de ola del orden de 1,5 m.

– Estudio de la estabilidad de laescolleraEl estudio de la estabilidad de laescollera de 250 a 350 kg dispues-ta en las cámaras se realizó some-tiendo al cajón a temporales de Tp

= 12 s y alturas de ola Hs variandoentre 0,5 y 3 m y contando loselementos extraídos de las cáma-ras los cuales variaron desde 0 ele-mentos para Hs = 0,5 m a 35 paraHs = 3 m, según se muestra en lafigura 26 y en la tabla 5, lo que enningún caso supuso daños para laestabilidad del talud.

De su análisis se apreció que, en ge-neral, para la mayor parte de las cel-das y superado el umbral de Hs = 1m (etapa 2) los daños crecieronmuy poco con la altura de ola. Ellose debió a que una vez alcanzada laaltura de ola para la que la cámaraentra en carga, alturas mayores nose traducen en mayores daños parala escollera. Por lo tanto, puedepensarse que, de existir espacio su-ficiente en las cámaras, sería posiblecolocar un tamaño de escollera queapenas sufriera daños para cual-quier altura de ola.

REFERENCIAS

– Estudio en modelo físico de unanueva tipología de cajón celular,con patio interior sin solera, parasu utilización en diques de abrigo.Dragados yConstrucciones, P.O.,S.A. Informe CEDEX, 2001.– Ensayo en modelo físico demuelle de cajones antirreflejante.Puertos del Estado. InformeCEDEX, 2001.– Ensayos en modelo físico 2Ddel dique de abrigo exterior delpuerto de Ferrol realizados a granescala. Informe CEDEX, 2001. ■

Figura 25. Evolución de la fuerza vertical máxima con el periodo: Alternativa I.

Figura 26. Evolución de los elementos extraídos de la escollera.

ALTERNATIVA A

Periodo (s)

H=0.5

H=1

H=1.5

H=2

5 6 7 8 9 10 11 12

40

30

20

10

0

Fy (t

/ml)

Celda 1

Celda 2

Celda 3

Celda 4

Celda 5

Celda 6

Celda 7

Celda 8

14

12

10

8

6

4

2

0

Núm

ero

de e

lem

ento

s

Etapa de temporal

1 2 3 4 5 6

La red exterior de Puertos del Estado: Información oceanográfica en tiempo real.Puertos del Estado deep water network: Oceanographic information in real time.

Marta Alfonso(1), José Damián López(2), Mª Isabel Ruiz(1) y Enrique Álvarez(1)

(1) Dep. de Medio Marino, Área de Medio Físico, Puertos del Estado, Av. Partenón, 10 - 28042, Madrid, mar@puertos.es(2) Dep. Proyectos y Nuevas Tecnologías, Área de Administración y Finanzas, Puertos del Estado, Av. Partenón, 10 - 28042, Madrid.

SUMMARYIn the last 20 years, Puertos del Estado has settled a complex marine monitoring system that allows the access to real timeoceanographic and meteorological information. One of the networks in this system is the deep water network with buoysdeployed at open sea. The access to this information is completely free through the web pages where users can find acomplete description of the network and real time information as well as studies of historical data recovered by theinstruments. In this paper, the deep water network is briefly described and it is explained the treatment of data from themoment it is received until it is posted in the web pages, including the real time quality control applied to the data.

1 INTRODUCCIÓN El sistema de observación del medio marino de Puertos del

Estado, establecido en el curso de los últimos 20 años, se encuentraen la actualidad estructurado en forma de redes estables de medidade parámetros oceanográficos y meteorológicos (Alfonso, et al.2000) y se complementa con los sistemas de previsión de viento yoleaje (Carretero et al., 1998) y del nivel del mar (Álvarez et al.,2001) desarrollados por Puertos del Estado y el Instituto Nacional deMeteorología. Estas redes se concibieron con el fin de obtener serieshistóricas, pero hoy en día, los avances en el campo de la informáticay de las comunicaciones han permitido la disponibilidad en tiemporeal de la información. En este sentido, Puertos del Estado estáadaptando sus redes de monitorización océano-meteorológica con elfin de que permitan una explotación en tiempo real de los datos. Unade estas redes es la red exterior compuesta de instrumentosfondeados en aguas abiertas y profundas. El objetivo de este artículoes dar a conocer el nuevo sistema de presentación de la informaciónde la red exterior a través de la web desarrollado por Puertos delEstado que incluye un control de calidad de los datos en tiempo real.

2 LA RED EXTERIOR DE PUERTOS DEL ESTADO.La red exterior de Puertos del Estado comenzó su andadura a

finales de los años 80 cuando se inició el proyecto EMOD(Estaciones de Medida de Oleaje Direccional) con el fondeo de 3boyas direccionales (midiendo altura, periodo y dirección de lasolas) en aguas profundas y que incluían, además, sensoresmeteorológicos, gestionadas por el Centro de Estudios de Puertos yCostas (CEPYC-CEDEX). El proyecto RAYO (Red de Alerta YObservación), llevado a cabo por Puertos del Estado entre 1996 y1998 (Álvarez et al., 2000) y financiado en un 85% con fondos deEFTA a través del Banco Europeo de Inversiones (BEI) y un 15%con fondos aportados por Puertos del Estado, ha reforzado lasprestaciones del sistema de redes: ha incluido elementos de medidaque no formaban parte de las otras redes tales como correntímetros yperfiladores de salinidad y temperatura, ha incrementado de formaimportante la cobertura espacio-temporal de las aguas costerasespañolas y se han incorporado a ellas las nuevas técnicas detransmisión de datos en tiempo real (vía satélite Inmarsat-C).

La información que proporcionan todos estos aparatos, por estarfondeados en aguas abiertas, es representativa para las diversasregiones costeras y sirven para la caracterización oceanográfica delas aguas españolas. Actualmente, la red exterior de boyas o red deaguas profundas de Puertos del Estado está constituida por 12estaciones océano-meteorológicas, tres con boyas del tipo Wavescan(oleaje direccional y meteorología) y nueve con boyas del tipoSeaWatch (oleaje, meteorología, corrientes, temperatura y salinidaddel agua), fondeadas en aguas abiertas (con profundidades entre 300y 1200 metros) y con transmisión de datos en tiempo real víasatélite. Se puede ver en la figura 1 la página web de entrada a la reden la que aparecen, además de diversos enlaces, un gráfico con laubicación de los aparatos de medida y una foto de los mismos.

Figura1. Página web de la red exterior de Puertos del Estado.(Puertos del Estado deep water network web page).

3 LA RED EXTERIOR EN LA PÁGINA WEB La información que proporciona esta red está accesible, de formalibre, en la página web de Puertos del Estado (área de conocimientoy análisis del medio físico): http://www.puertos.es/Rayo. En ella sepuede encontrar una descripción exhaustiva de la red: informaciónde cada uno de los aparatos de medida, con detalles de las cartasnáuticas con la posición de los instrumentos; un acceso a losperiodos de fondeo de dichos aparatos y acceso a informesrealizados con los datos históricos almacenados. Se pueden consultarlas últimas incidencias de los aparatos de la red, reportajesfotográficos de diversas campañas y existe también un enlace a lalista de preguntas más frecuentes realizadas por los usuarios.

4 ACCESO A INFORMACIÓN EN TIEMPO REAL A través del enlace Últimos datos recibidos de la página web de

la red exterior se accede a la información en tiempo real. Los datosmedidos por los instrumentos de la red llegan, vía satélite, a unaestación de trabajo situada en Puertos del Estado. Desde ahí, se

envían, vía e-mail, a otra estación de trabajo que sostiene el servidorweb y se introducen en una base de datos tipo mysql. Cuando unusuario accede a los datos, la página web (en lenguage php) seconecta a dicha base de datos y extrae los últimos datos que han sidorecibidos.

En la figura 2 se muestra la página de acceso a los datos queconsiste en una tabla a través de la cual se pueden consultar los datosen formato gráfico (G) (fig. 3) o en formato numérico (T) (fig. 4).

Figura 2. Página web de acceso a los datos en tiempo real. (Real time data access web page).

Figura 3. Página web con datos en tiempo real en formato gráfico. (Real time data web page in graphic format).

Estas páginas se generan de forma automática con cada acceso ylos gráficos se crean en formato gif con un paquete de subrutinasgráficas, escritas en lenguaje FORTRAN, denominado PGPLOT.Además, para algunos parámetros se pueden consultar los valoresprevistos para las próximas horas (P) resultado del sistema deprevisión de viento y oleaje. Según el color de los enlaces se puedecomprobar el estado de los instrumentos que conforman la red:verde: funcionamiento correcto; naranja: funcionamiento dudoso yrojo: funcionamiento incorrecto.

Estos datos en son de gran utilidad además para la verificaciónen tiempo real de modelos numéricos. Actualmente está funcionandode forma operativa en el sistema de predicción de viento y oleaje dePuertos del Estado. En la figura 5 se puede ver el esquema detratamiento de los datos en tiempo real de la red exterior.

Figura 4. Página web con datos en tiempo real en formato numérico. (Real time data web page in numeric format).

Figura 5. Esquema del tratamiento de los datos de la red exterior entiempo real. (Deep water network: real time data treatment scheme).

5 CONTROL DE CALIDAD La inclusión de la información en la base de datos se realiza

previo paso por un control de calidad con el objeto de clasificar,

según un índice, la calidad del dato transmitido. Esta control serealiza en la estación de trabajo que sostiene el servidor web y en elque se encuentra la base de datos mysql .

El objetivo de este control de calidad es clasificar los datosrecibidos después de pasar por cuatro niveles de control de calidad(Basana et al., 2000). El primero comprueba el rango delinstrumento, es decir, si el sensor de presión atmosférica mide comomucho 1060 mb, el dato no puede tener un valor de 2500 mb(dependerá de cada sensor). El segundo nivel fija los rangos físicospara cada parámetro; este control depende del sensor y de laubicación del mismo ya que los valores de un parámetro en unaposición pueden alcanzar valores mucho mayores que en otra (p.e. lavelocidad de la corriente en el Estrecho de Gibraltar puede serconsiderablemente mayor que en las Islas Canarias). El tercerocomprueba los picos o saltos de un valor de un parámetro; para ellohabrá que prefijar los niveles admisibles de cambio en un paso detiempo determinado (dependerá del sensor y la ubicación). Estosvalores de pico se pueden estimar en función de la desviaciónstandard de los valores de un parámetro durante un cierto tiempo(p.e. un mes de datos). El cuarto y último es una comprobación devalores estacionarios, para lo cual habrá que determinar de antemanoel máximo paso de tiempo, según cada parámetro, para el que esadmisible que se obtengan valores consecutivos iguales.

El control de calidad lo realiza el procedimiento de carga de losdatos en la base, programado en lenguaje perl, y que tiene un dobleflujo de transmisión de datos (extracción y carga), ya que en elcontrol de picos y de estacionariedad hace falta información yaalmacenada. En la tabla 1 se pueden ver los distintos valores quepuede tomar el índice de calidad.

Tabla 1 – Valores del índice de calidad. (Quality index values).

Valor Significado 0 Dato correcto. 1 No hay dato. 2 Pico o valor anómalo indudable. 3 Pico dudoso. 4, 5, 6 Libres. 7 Intervalo anómalo. 8 Valor en deriva de la boya. 9 Valor fuera de rango.

Para determinar los valores prefijados del control de calidad, serealizó un estudio previo con dos años de datos de todas y cada unade las posiciones en las que existía fondeado un aparato de medidapara, por un lado extraer los límites para cada nivel de control decalidad y por otro comprobar si en las actuales posiciones lasvariaciones de un aparato a otro eran significativas como para hacerel control de calidad personalizado en cada estación. La primeraconclusión que se obtuvo fue que las variaciones en los valoresobtenidas según la ubicación de los aparatos, aunque existente, noera lo suficientemente significativa como para tratar cada estaciónpor separado. La homogeneidad en este sentido permite, además lainclusión de nuevas posiciones sin necesidad de modificar el procesode control de calidad. Otro aspecto a tener en cuenta es la naturalezade los datos tratados. Estos datos son transmitidos vía satélite conuna resolución muy baja, es decir, los datos perecen escalonados, locual se debe tener en cuenta sobre todo a la hora de evaluar elperiodo de estacionariedad. La tabla 2 muestra los resultadosobtenidos: los valores máximos y mínimos (agrupando rango deinstrumento y rango físico), los valores admisibles de pico en unahora y el límite de horas durante el que se admiten valoresconsecutivos iguales para cada parámetro. A estos valores se haañadido un amplio margen ya que siempre será mejor que se escapeun dato erróneo a que se eliminen datos extremos.

Tabla 2 – Valores obtenidos para el control de calidad. (Obtainedvalues for the quality control). Parámetro (unidad) Mín. Máx. Pico Estac. Pres. Atm. (mb) 950.0 1050.0 16.0 12 Temp. Aire (ºC) -1.0 34.9 4.0 6 Vel. Viento (m/s) 0.0 30.0 7.0 6 Vel. Corriente (cm/s) 0.0 200.0 50.0 6 Temp. Agua (ºC) 0.0 28.8 2.5 72 Conduct. (mmh0/cm) 30.0 58.0 5.0 72 Altura. Signif. (m) 0.0 14.5 3.0 12 Perio. Medio (s) 0.0 19.0 3.5 12

6 CONCLUSIONES Se ha desarrollado un sistema que permite acceder en tiempo

real y a través de la web a la información de la red exterior dePuertos del Estado y que incluye un control de calidad en tiemporeal. Además ha sido desarrollado totalmente con herramientasgratuitas disponibles a través de internet (base de datos mysql,paquete gráfico PGPLOT, lenguajes perl y php, etc.).Adicionalmente, en el sistema, se ha incluido también diversainformación histórica y elaborada de los datos almacenados en elbanco de datos de Puertos del Estado ya que la experiencia con losusuarios demuestra que, muchas veces, disponer de esta informaciónes más útil que el acceso al dato bruto. El abanico de usuarios de estesistema es muy amplio: Sociedad de Salvamento Marítimo, cofradíasde pescadores, Navegantes y practicantes de deportes marítimos,oceanógrafos, Ingenierías, etc..

En el futuro, se pretende complementar la cobertura espacialgracias a la creación de cuatro nuevas estaciones en el MarMediterráneo.

7 AGRADECIMIENTOS Queremos expresar nuestro agradecimiento a la tripulación de

los barcos y al personal de Oceanor que han realizado elmantenimiento de las boyas en el mar, en muchas ocasiones encondiciones meteorológicas adversas.

8 REFERENCIASAlfonso, M., E. Álvarez, A. Guerra, B. Pérez, O. Serrano, e I. Rodríguez

(2000): "El sistema de monitorización marina de Puertos del Estado:información océano-meteorológica en tiempo real". Libro de ponenciasdel IV Seminario del Comité Permanente para el Desarrollo y laCooperación del PIANC, Buenos Aires.

Álvarez, E., M. Alfonso e I. Rodríguez (2000): “The Rayo network:implementation and first results”. Proceedings of the 10th InternationalOffshore and Polar Engineering Conference. Vol III, Seattle.

Álvarez, E., B. Pérez e I. Rodríguez (2001): “ Nivmar: A storm surgeforecasting system for Spanish Waters”. Scientia Marina, 65 (Suppl. 1),145-154.

Carretero, J.C., M. Gómez, E. Álvarez, M. Alfonso and J.D. López (1998):“A wave Forecasting System for the Spanish Harbours”. 5th InternationalWorkshop on Wave Hindcasting and Forecasting. Jan 26-30, Florida,USA.

Basana, R., V. Cardin, R.Cecco and L. Perini (2000). “Data quality controllevel 0” . Mediterranean Forecasting System Pilot Project (extractedfrom the web).