diseÑo y calculo de instalaciones marinas prof. dr. … · oleaje: rotura asomeramiento...

DISEÑO y CALCULO de INSTALACIONES

MARINAS

Prof. Dr. Ing. Miguel Jover

1.- ESFUERZOS EN CORRALES

2.- ESFUERZOS EN POLÍGONOS

3.- DIMENSIONAMIENTO DE ANCLAJES

Acuicultura Avanzada

NOCIONES DE OCEANOGRAFIA

Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover

LOS FACTORES O MECANISMOS QUE AFECTAN A LA DINAMICA

LITORAL Y AL DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE POLÍGONOS DE

JAULAS MARINAS SON:

+ CORRIENTES

+ VIENTO

+ OLEAJE

+ CORRIENTES arrastre de la red

+ VIENTO dificulta trabajo: amarre, pienso

+ OLEAJE impide acceso

DISEÑO DE ANCLAJES

CORRIENTES

Desplazamiento de masas de agua:

+ SUPERFICIALES y LOCALES por acción del viento

+ CORRIENTES GENERALES contraria a las agujas del reloj

Dirección principal: Este – Noreste / Velocidad 0,6 m/seg


VIENTO: ES EL AGENTE GENERADOR DEL OLEAJE:

+ INTENSIDAD: VELOCIDAD Vientos Dominantes

+ DIRECCIÓN Y FRECUENCIA Vientos Reinantes

(origen del viento)

NORTE NNE

ESTE OESTE

SUR

Sureste Suroeste

Noroeste Noreste

NNW

ENE WNW

ESE WSW

SSE SSW


VIENTO ESCALA BEAFOUR / DOUGLAS

Nudo = milla náutica / hora

Milla náutica = 1852 m

Nudo = 0,514 m/seg


ROM 04-95 VIENTO (MOPMA)


OLEAJE: CARACTERIZACIÓN

+ CRESTAS

+ SENOS

+ LONGITUD ONDA (L)

+ PERIODO (T)

+ FRECUENCIA (f)

+ AMPLITUD (a)

+ ALTURA DE OLA (H)

+ CELERIDAD (C) = L/T

+ PERALTE (P) = H/L

ALTURA OLA VISUAL (Hv) = Hm

ALTURA OLA SIGNIFICANTE (Hs)

ALTURA OLA MAXIMA (Hmax)

Olas gravedad: T = 1- 30 seg.

+ PROFUNDIDAD RELATIVA (d/L)

- Aguas profundas: d/L < 0,5

- Aguas intermedias: 0,02 < d/L < 0,5

- Aguas someras: d/L < 0,02

L

H

d

Distribución de Rayleigh:

+ Hs = 1.41 x Hm

+ Hmax = Hs (lnN/2)1/2


OLEAJE: PROPAGACIÓN

OLEAJE TIPO “SEA” – MAR DE VIENTO

OLEAJE TIPO “SWELT” – MAR DE FONDO

Zona de generación del oleaje = Fetch

Ondas elementales de altura, frecuencia y

dirección independientes, caóticas o

aleatorias “mar de viento” u “oleaje local”

+ Olas grandes y pequeñas sin orden

Al avanzar el oleaje y abandonar la zona de

generación, se producen fenómenos de

“soldadura” y “filtrado” de las olas,

simplificándose el oleaje “oleaje de

fondo” o “distante”

+ Grupos de olas


OLEAJE: ROTURA ASOMERAMIENTO (“SHOALING”)

+ Al alcanzar aguas menos profundas, la velocidad y longitud se reducen,

por lo que el peralte del oleaje aumenta, y para mantener la energía

constante, aumenta la altura de la ola.

+ Por otra parte, la disipación de energía por fricción con el fondo hace que

H se reduzca

ROTURA DE LA OLA

+ Cuando la altura H es relativamente

mayor que su longitud L L = 7 H

+ Cuando la altura H es

comparativamente mayor que la

profundidad “d” la ola se vuelve

inestable y se produce la rotura:

H = 0.78 d

d = 1.3 H


//commons.wikimedia.org/wiki/File:Propagation_du_tsunami_en_profondeur_variable.gif

Hs: Altura significativa m

Tp: Periodo de Pico seg

Dir: Direccion media 0 = N; 90 = E

Mes Hs Tp Dir Dia Hora

Ene 2.0 8.4 28 25 15

Feb 1.8 8.0 62 28 15

Mar 2.7 10.6 61 1 12

Abr 1.6 12.0 36 10 18

May 0.8 3.1 31 6 0

Jun 1.0 4.5 73 8 21

Jul 0.9 4.9 95 8 12

Ago 0.7 4.0 125 5 21

Sep 1.2 7.6 53 18 3

Oct 0.9 7.9 58 3 0

Nov 2.1 9.3 55 10 12

Dic 2.1 11.0 66 10 15

TABLA DE ALTURA SIGNIFICANTE - MAXIMAS MENSUALES (www.puertos.es)

PUNTO WANA 2048038 (NORTE VALENCIA) EN EL AÑO 2005


Area VII: Valencia

La ola media es de unos

2-3 m de altura y un

periodo de 4 seg.

Los valores extremales

del oleaje, para las

direcciones dominantes

NE – E – SE son:

Hs = 6.5 m

T = 13 seg.

L = 195 m

ROM 03-91 OLEAJE (MOPT)


FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA JAULA MARINA

DINAMICAS

+ CORRIENTES

+ VIENTO

+ OLEAJE

DISEÑO DE

AMARRES Y

ANCLAJES

ESTATICAS

+ PESO ESTRUCTURA + INCRUSTACIONES

+ PESO DE OPERACIÓN (PERSONAL, PECES, ETC)

FLOTABILIDAD

ESFUERZO CONSTANTE

CASI-DINÁMICO

ESFUERZO

PUNTUAL DINÁMICO


FLOTABILIDAD PESO JAULA 25 m - 10 m / TUBO 315 mm

Peso Jaula y elementos: 5.464 kg

Peso red: 451 kg

Peso aro anticor.: 1.813 kg

SUBTOTAL 7.728 kg

Peso incrustaciones 902 kg

Operarios 240 kg

Peces 1.473 kg

SUBTOTAL 2.615 kg

TOTAL 10.343 kg

EMPUJE TUBOS

12 x 1025 = 12.811 kg

RESERVA DE

FLOTABILIDAD

Flotabilidad = 12811 –

10343 = 2.468 kg

Reserva Flot =

2.468/ 12.811 = 0.19

Rf = 19 %

(>35%)


CORRIENTE

Esfuerzo sobre el area de la red transversal (Nw):

Fc = ½ * Ca * Dam * A * Vc 2

Ca Coeficiente arrastre cilindros = 1,30

Dam densidad agua mar = 1025 kg/m3

A Area transversal red sumergida = 25 * 10 * 0,50 = 125 m2

Vc Velocidad corriente = 0,6 m/seg

Fc = 29981 Nw 29981/9,81 = 3056 kg


VIENTO

Esfuerzo sobre los elementos emergidos (Nw):

Fv = ½ * Ca * Da * A * Vv 2

Ca Coeficiente aerodinámico cilindros = 0,7

Da densidad aire húmedo = 2,2 kg/m3

A Area elementos emergidos = 13,45 m2

Vv Velocidad viento = 35 m/seg

Fv Estructura = 1.293 kg

Total = 1.844 kg

Fv Redes = 551 kg


OLEAJE

Esfuerzo sobre la jaula (Nw):

Fo = Cf * Cp * Dam * π * D * H 2

Cf Coeficiente flotación = 0,0035

Cp Coeficiente profundidad = 1.35

Dam densidad agua mar = 1025 kg/m3

D Diámetro jaula = 25 m

H Altura ola máxima 6,5 m

Fc = 16069 Nw 16069/9,81 = 1638 kg


FUERZAS DINAMICAS JAULA MARINA AISLADA

+ CORRIENTES 3.056 kg

+ VIENTO 1.844 kg

ESFUERZO CONSTANTE: 4.900 kg

+ OLEAJE 1.638 kg

ESFUERZO TOTAL : 6.538 kg

Coef. Mayoración Esfuerzos = 2 F = 13.077 Kg

(Factor Seguridad Carga Rotura Materiales = 3 – 5)


ESFUERZOS EN POLIGONOS DE JAULAS

DISEÑO DE AMARRES – ESTACHAS – FONDEOS


Grupo de Acuicultura y Biodiversidad

Cálculo de esfuerzos sobre polígonos de corrales marinos y diseño de anclajes: primera aproximación

Prof. Dr. Ing. Miguel Jover Cerdá


Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover

FASE 3:

DISEÑO DE: 3.1.- AMARRES,

3.2.-CABLES, 3.3.- ESTACHAS,

3.4.- FONDEOS Y 3.5.- BOYAS

FASE 1:

FUERZAS ESTATICAS Y DINAMICAS

SOBRE UN CORRAL MARINO

FASE 2:

FUERZAS ESTATICAS

Y DINAMICAS SOBRE

UN POLIGONO DE

CORRALES MARINOS


Tipos de agrupaciones de jaulas y sistemas de

fondeo (Tomado de Beaz, 2009)

Disposición habitual en el

Mediterráneo 3 x 2 corrales



Cabo o Estacha

de Fondeo Cable del

Entramado

Cabo

de

amarre

Boyas de

fondeo

Anclajes o Fondeos



1) Arrastre de

las jaulas

2) Transmisión de esfuerzo al cabo de amarre de las jaulas

3) Esfuerzo sobre cables

del entramado

4) Esfuerzo sobre

estacha de fondeo

5) Esfuerzo sobre

bloques de fondeo 6) Peso de la

estructura

6) Empuje de las

boyas



50 m 50 m

Polígono 6 jaulas 25 m Ø

90-140 m

35 m

3-5 m



FUERZAS POLIGONO DE CORRALES MARINOS: 3.1. Amarres

+ CORRIENTES

+ VIENTO

+ OLEAJE

ESFUERZO CONSTANTE ESTÁTICO :

4900 Kg

Factor Mayoración = 2 Ec = 9800 Kg

ESFUERZO PUNTUAL DINÁMICO: 1638 Kg

Factor Mayoración = 2 Ed = 3276 Kg

Ft = Ec + Ed

= 13076

Kg/corral

Coef. Seguridad Carga Rotura Fuerzas Constantes = 5

Crc = 9800 x 5 = 49.000 Kg/corral

Coef. Seguridad Carga Rotura Fuerzas Dinámicas = 3

Crd = 13076 x 3 = 39.228 Kg/corral

Carga de rotura de amarre: Cr = 49.000 Kg / 2 = 24.500 Kg

¡¡¡ POR SEGURIDAD SE PONEN TRES AMARRES !!!



Elección del diámetro del cabo de amarre

TRES AMARRES (21 m) DE 40 mm POR CORRAL A CADA NUDO



3.2. Elección del diámetro del cable del entramado

Efecto sombra

sobre los corrales:

49

Tm

29,4 Tm

29,4 Tm

14,7 Tm

14,7 Tm

100 % 60 % 30 %

29,4

Tm

14,7

Tm

+

14,7 Tm

44,1 Tm

2 líneas x 44,1 Tm =

88,2 Tm

88,2 Tm / 3 cables =

29,4 Tm

Por seguridad se

consideran solo 2

cables: 88.2 Tm / 2

= 44.1 Tm


49

Tm

29,4

Tm

14,7

Tm


Elección del diámetro del cable del entramado

CABLE DEL ENTRAMADO (50 m x 50 m) DE 28/30 mm



3.3.- Elección del diámetro de la estacha de fondeo

Efecto sombra

sobre los corrales:

49

Tm

29,4 Tm

29,4 Tm

14,7 Tm

14,7 Tm

100 % 60 % 30 %

49

Tm

29.4

Tm

29.4

Tm

14.7

Tm

14.7

Tm

49 Tm

2 x 49,0 Tm

2 x 29,4 Tm

2 x 14,7 Tm

186,2 Tm / 2

estachas =

93,1 Tm

49 Tm



Elección del diámetro de la estacha de fondeo

TRES ESTACHAS

(120 m) DE 40 mm



Elección del diámetro de la estacha de fondeo

TRES ESTACHAS (120 m) DE 88 mm



Elección del diámetro de la cadena de amarre

Elección del diámetro de la cadena de fondeo

1 M DE

CADENA DE

22 mm

20 M DE

CADENA

CON

CONCRETE

DE 42 mm



Elección del diámetro de los grilletes



3.4.- Elección

de los fondeos:

anclas y bloques

PARA QUE EL ANCLA TRABAJE HORIZONTALMENTE SE

INSTALAN 1-2 BLOQUES POR LINEA DE 1,5 x 1,5 x 1 m

UNIDOS POR TRAMOS DE CADENA DE 5 m



3.5.- Elección de las boyas de la estructura


Numero

Peso

(Kg/m) Total (kg)

Densidad

(Kg/dm3)

Empuje

(Kg)

Entramado 850 1,84 1564 7,85 199

Platos 12 25 300 7,85 38

Amarres 1548 0,982 1520 0,95 1600

Cadena amarre 72 27,5 1980 7,85 252

Cadena de boya 60 11 660 7,85 84

Estacha 1680 0,534 897 0,95 944

Cadena fondeo 154 25,4 3911,6 7,85 498

Grilletes fondeo 56 22 840 7,85 157

Grilletes entram. 34 7 136 7,85 30

Grilletes boyas 24 4 96 7,85 12

Grilletes amarre 72 4 288 7,85 37

Boyas 12 180 2160

Incrustaciones 4364 2 8728 1,85 4718

Seguridad (5%) 1154

Peso total (Kg) 24235 8571

Peso aparente (Kg) 16183

Nº Boyas 12

1,025 Volumen Boyas (l) 2200

Flotabilidad Boyas (Kg) 27060

Reserva Flotabilidad (Kg) 10877

Reserva Flotabilidad (%) 40%


Elección de las boyas de la estructura

Flotabilidad:

600 – 850 – 1100 – 1350 – 1600 – 1750 l

Especiales: 2200 – 4400 l

4 BOYAS DE 4400 L EN LAS ESQUINAS DEL ENTREMADO

Y 8 BOYAS DE 2200 L EN EL RESTO (Reserva flotabilidad

de 60%)



Estacha de Fondeo

Dynema de 40 mm

Cable del

entramado

de 28/30 mm

Cabo de

amarre de

Polyester de

40 mm

Boyas Esquina 4400 l

Ancla de 1000 Kg y dos

bloques de 6 Tm

Boyas Centro 2200 l

Cadena Fondeo

de 42 mm


diseÑo y calculo de instalaciones marinas prof. dr. … · oleaje: rotura asomeramiento...

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