Estudio de la estabilidad hidráulica de diques en talud rebasables protegidos con mantos de escollera, cubos y Cubípodos

Abstract

[ES] Las protecciones costeras o diques en talud con cota de coronación reducida son cada vez más habituales en el escenario actual, donde el cambio climático incrementa progresivamente el nivel medio del mar y existe una mayor concienciación social por la reducción del consumo de materiales y el impacto visual de las estructuras marítimas. Este tipo de estructuras se encuentran sometidas a frecuentes eventos de rebase y consecuentemente, a los riesgos asociados a este fenómeno. Además, es habitual su construcción en zonas de profundidades reducidas donde se produce la rotura del oleaje por la limitación del fondo marino. Esta tesis se centra en el estudio de la estabilidad hidráulica del manto principal de este tipo de estructuras cuando se encuentran protegidas con piezas de escolleras, cubos y Cubípodos. Cuando el francobordo es lo suficientemente reducido como para permitir la existencia de un caudal de rebase relevante, las fórmulas de diseño del manto principal no son de aplicación, ya que en estos casos parte de la energía del oleaje se disipa mediante el manto del sector de coronación y el trasdós de la estructura. Para dar respuesta a esta situación, en esta tesis se realizan nuevos ensayos de rebase a escala de modelo 2D, analizando en detalle la estabilidad hidráulica de mantos bicapa de escolleras y cubos y mantos monocapa de Cubípodos, sirviendo como guía de diseño de diques en talud rebasables. Por otro lado, estimar de forma precisa el caudal de rebase en este tipo de estructuras es fundamental para garantizar su estabilidad. Por este motivo, en esta tesis se analizan los principales estimadores de caudal de rebase medio existente, comparando sus predicciones con las observaciones experimentales. Siendo para el caso estudiado, los modelos basados en técnicas de inteligencia artificial los estimadores que resultan más fiables. No obstante, no tienen en cuenta la pendiente de fondo como posible variable influyente sobre el caudal de rebase, siendo en este tipo de estructuras una variable fundamental para definir el proceso de rotura del oleaje. En esta tesis se desarrolla un nuevo modelo predictivo de rebase mediante redes neuronales centrado en diques en talud con cotas de coronación reducidas, mejorando las predicciones y permitiendo el estudio de la influencia de la pendiente de fondo sobre la tasa de rebase media.

[CA] Les proteccions costeres o dics en talús amb cota de coronació reduïda son cada vegada mes habituals en el escenari actual, on el canvi climàtic incrementa progressivament el nivell medi del mar y existeix una major consciència social per la reducció en el consum de materials y el impacte visual de les estructures marítimes. Aquest tipus de estructures es troben sotmeses a freqüents esdeveniments de ultrapassaments y conseqüentment als riscos associats a aquest fenomen. A més, es habitual la seua construcció en zones de profunditats reduïdes on es produeix el trencament de l'onatge per la limitació del fons marí. Aquesta tesis es centra en l'estudi de l'estabilitat hidràulica del mantell principal d'aquest tipus d'estructures quan es troben protegides amb peces d'esculleres, cubs i Cubípodes. Quan el francbord és prou reduït com per a permetre l'existència d'un cabal de ultrapassament important, les fórmules de disseny del mantell principal no són aplicables, ja que en aquests casos part de l'energia de l'onatge es dissipa mitjançant el mantell del sector de coronació i el extradós de l'estructura. Per donar resposta a aquesta situació, en aquesta tesis es realitzen nous assajos de ultrapassaments a escala de model 2D, analitzant en detall l'estabilitat hidràulica de mantells bicapa d'esculleres i cubs i mantells monocapa de Cubípodes, servint com a guia de disseny de dics en talús ultrapassables. D'altra banda, estimar de forma precisa el cabal de ultrapassament en aquest tipus d'estructures és fonamental per garantir la seva estabilitat. Per aquest motiu, en aquesta tesis s'analitzen els principals estimadors de cabal mitjà d'ultrapassaments existents, comparant les seves prediccions amb les observacions experimentals. Per al cas estudiat, els models basats en tècniques d'intel·ligència artificial resulten els estimadors més fiables. No obstant això, no tenen en compte el pendent de fons marí com a possible variable influent sobre el cabal d'ultrapassament, sent en aquest tipus d'estructures una variable fonamental per definir el procés de trencament de l'onatge. En aquesta tesis es desenvolupa un nou model predictiu de cabals mitjans d'ultrapassaments mitjançant xarxes neuronals centrat en dics de talús amb cotes de coronació reduïdes, millorant les prediccions i permetent l'estudi de la influència del pendent del fons sobre la taxa mitja de ultrapassament.

[EN] Coastal protections and mound breakwaters with reduced freeboard are common in practice due to sea level rise because of the climate change and the social concern about environmental and visual impacts of coastal structures. These types of structures are frequently overtopped by waves and for this reason increasing overtopping hazards. Moreover, structures with reduced freeboard are usually built in shallow waters where the highest waves are depth limited. This PhD focuses on the hydraulic stability of mound breakwaters armored with rocks, cubes and Cubipods. In a frequently overtopped structure a significant part of the wave energy is allowed to pass through or over the structure and the existing design equations in literature for the armor layer are not valid. Therefore, in this PhD new small scale test were carried out to analyse the hydraulic stability double layer rocks, double layer randomly placed cubes and single layer Cubipods armors, and concluding with some guidelines for overtopped structures. On the other hand, accuracy of wave overtopping estimations are needed to guarantee the structure stability. In this PhD, the main wave overtopping estimators are analysed comparing with the experimental results, showing that models based on artificial intelligence techniques are the most reliable estimators. Although the bottom slope is an important parameter to define breaking process the main prediction models do not consider this variable as an input. In this PhD, a new predictive model is developed using neural netwoks for overtopped mound breakwaters in wave breaking conditions with very good results. The new model also allows to study the influence of the bottom slope on the wave overtopping rate.