Dimensionamiento de obras marítimas

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Obras marítimas

El dimensionamiento de las obras marítimas ha ido atravesando varias etapas, la primera de las cuales se basaba en un dimensionamiento puramente artesanal, sin método matemático ninguno.

En una segunda etapa, más tecnológica, el dimensionamiento de las obras marítimas se realiza mediante métodos matemáticos analíticos donde todas las variables consideradas son de tipo determinístico.

En 1842 Airy integra la ecuación de las ondas aunque no sería aplicada al estudio del oleaje hasta mediado el siglo XX, cuando Iribarren (Método de los planos de oleaje, 1938) admite que la teoría de las Ondas de Gravedad nos permitía estimar la refracción y difracción del oleaje real sobre profundidades reducidas.

Etapa determinista del dimensionamiento de obras marítimas

Iribarren, uno de los protagonistas de esta etapa determinista, racionaliza la fórmula de Castro para el dimensionamiento de los cantos del manto principal de los diques de escollera mejora el método de Lira para la determinación del diagrama de presiones en diques verticales. Además, Iribarren introdujo en 1949 una fórmula para el cálculo de taludes sumergidos, y en 1954 una estima para el cálculo de la estabilidad de los espaldones.

No obstante, la mayor parte de las variables manejadas en el dimensionamiento de las obras marítimas, como altura de ola, caudal, velocidad del viento, sismo, etc., pocas veces admiten modelos deterministas, que presuponen que el valor de las magnitudes manejadas tiene un límite concreto.

Los valores de estas variables están asociados a una probabilidad de verse excedidos, con un período de retorno en el caso de procesos estocásticos cíclicos.

Métodos estadísticos en el estudio del oleaje

Los métodos estadísticos en el estudio del oleaje se introdujeron a mediados del XX con la instalación de registradores de oleaje.

La gran diferencia entre los modelos estadístico y determinista consiste en que las variables ambientales que determinan el proyecto de obras marítimas, como viento, oleaje, etc., tienen modelos que obedecen a procesos estocásticos, algunos de ellos cíclicos, y que requieren series de observaciones muy largas. Además, como consecuencia de la refracción, difracción y de la configuración del fetch en la costa alguna variable, como la altura de ola pueden variar substancialmente entre dos puntos de observación próximos.

En definitiva, la información requerida supondría la instalación de un número desmesurado de registradores del oleaje.

En 1968, Pedro Suárez Bores presentó una alternativa con su proyecto de la Red Española de Registro del Oleaje, que posee en la actualidad unas series de registros únicas en el mundo. Estas series son aplicables a cualquier obra marítima del litoral español y sitúan a España a la cabeza en información sobre clima marítimo.

Análisis probabilista del número de olas y su influencia en la altura de ola de cálculo de obras marítimas

Análisis probabilista del número de olas y su influencia en la altura de ola de cálculo de obras marítimas es un artículo de la Revista de Obras Públicas (1977) que desarrolla un modelo matemático para determinar la distribución de probabilidad del número de olas cuya altura supera un cierto valor (H) durante un intervalo de tiempo dado (período de retorno).

El modelo considera conocida la curva de evolución de los temporales y ha sido aplicado al mar Cantábrico en profundidades indefinidas. Conocer la función de distribución de la altura del oleaje H en un intervalo de tiempo estudiado, pone un nuevo criterio probabilista a disposición de los ingenieros para la elección de la ola de diseño para el dimensionamiento de obras marítimas.

Fiabilidad de los componentes de fallo de las obras marítimas

Una avería total en el dique de escollera de Punta Lucero (Bilbao), calculado con la mejor tecnología determinista de su tiempo, hizo que se reconsideraran de los métodos de cálculo existentes. El fallo del dique pudo haberse producido por el fallo del manto principal, del espaldón o de las bermas… Es decir, su dimensionamiento presenta un problema sistémico, multivariable, no lineal.

Así, en 1980 Bores introduce el concepto Fiabilidad de los componentes de fallo. Las obras, consideradas como sistemas de diseño, tienen una o más posibilidades de fallo (componentes de fallo). Cada componente de fallo depende de una serie de variables, endógenas o exógenas, fijas o variables.

Bores define los modos de fallo instantáneo y gradual (que presenta una etapa de averías). Una vez conocidas las distribuciones de probabilidad de todas las variables exógenas, decididas las especificaciones de diseño aplicables y el valor de las variables endógenas fijas, se dimensionarán los valores de las variables endógenas libres de cada uno de los elementos componentes de fallo del sistema de estabilidad de la obra, de modo que la fiabilidad del elemento sea mayor a su fiabilidad admisible.

Método Sistémico Multivariado (MSM)

En un artículo de la Revista de Obras Públicas se presenta una síntesis físico-matemática del método sistémico multivariado (MSM) tomando como ejemplo de aplicación práctica el dique de Punta Lucero (Bilbao).

El MSM permite determinar la fiabilidad del componente más débil de las obras marítimas (maespaldón, manto, etc.) correspondiente al tramo, al elemento, mas débil a lo largo de éstas, y la optimización de las dimensiones de los diversos componentes de las obras. El Método Sistémico Multivariado es siempre aplicable, incluso a los diques de escollera donde la hipersuperficie de fallo y las ecuaciones de verificación, no existen o son insuficientes.

Más info:

Enunciados de problemas de examen de la asignatura Obras Hidráulicas y Marítimas, propuestos en el curso 2000-2001.

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