Diseño estructural de un arrecife artificial utilizando hormigón de ultra altas prestaciones reforzado con fibras para protección de costas y uso recreativo, a colocar en Playa de Moncofa (Castellón)

Abstract

[ES] La costa es un elemento de la naturaleza muy variable. Las variaciones del nivel del mar y del nivel de las tierras, junto a la acción dinámica del oleaje y los procesos de sedimentación son las causas de esa variabilidad. La acción dinámica del oleaje origina tanto la erosión como el transporte sólido litoral, a consecuencia de la cual se producen tanto retrocesos de ciertos tramos litorales como avances de la línea de costa y de la plataforma costera. En España la costa es de particular importancia ya que se dispone de unos 7.880 km. de línea de costa, de los que 4.990 km (63,4 %) corresponden a la Costa Peninsular. El litoral de la Comunidad Valenciana con 470 kilómetros de costa, y gran anchura media es, sin duda, uno de sus activos más valiosos y un espacio clave para el futuro regional. Se trata de un espacio que le otorga calidad de vida y múltiples oportunidades de actividad y de residencia. El objeto del presente trabajo de fin de master es diseñar un elemento prefabricado de hormigón, de fácil construcción, transporte y montaje, conectando varios elementos por medio de vigas longitudinales formen una estructura de arrecife artificial, que funcione como un dique exento reduciendo la lámina de agua libre y con ello la energía del oleaje. Se trata de diseñar una estructura modular de hormigón para ser sumergida en el mar, con la finalidad de que se integre con el paisaje subacuático, cumpliendo con la función de preservación de un tramo costero, así como de la regeneración y protección del fondo marino, potenciando a su vez un fin recreativo como el buceo. La terminología utilizada para referir a los elementos que forman el arrecife artificial del presente trabajo es: - Módulo de arrecife: Es el elemento prefabricado unitario, el bloque individual, tiene una longitud de 2m. - Arrecife: Es el elemento compuesto por la unión de cinco módulos de arrecife, que una vez montado tendrá una longitud de 10 metros, y que será transportado por flotación, y fondeado en su ubicación definitiva. - Grupo arrecifal: es el conjunto de varios arrecifes colocados en el mar. Se pueden colocar los arrecifes que sean necesarios para los kilómetros de costa a proteger. Se estudia la instalación en la costa del pueblo Moncofa en la provincia de Castellón, a 200 metros de la línea de costa donde finaliza la zona delimitada para el baño, con una altura de nivel del mar en reposo de 4,30m aproximadamente. Los aspectos a tener en cuenta para diseñar un módulo arrecifal, serán: - Eficiencia en la consecución de los objetivos de protección de costa y usos previstos. - Facilidad de construcción, transporte a la costa, montaje e instalación. - No necesitar mantenimiento una vez instalados. - Ser resistentes a la corrosión. En este trabajo se diseñará una estructura para ser fabricada con hormigón de ultra altas prestaciones reforzado con fibras (Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete: UHPFRC), el cual es un material de construcción que mejora características mecánicas y de durabilidad en comparación con los hormigones convencionales, combinando tres propiedades como son la alta resistencia, la autocompactabilidad y el empleo de fibras en su dosificación. Estas propiedades le confieren un conjunto de características que hacen al material idóneo para su empleo en numerosas aplicaciones tanto ingenieriles como arquitectónicas y artísticas. Los módulos de arrecifes artificial de hormigón que se realizan para protección de costas son generalmente elementos macizos que actúan por gravedad, es decir que tienen el peso suficiente para ser estables frente a las acciones del oleaje. En este trabajo se plantea una alternativa diseñada con un módulo de arrecife empleando UHPFRC, considerando como gran ventaja del uso de este material que se obtienen elementos mucho más livianos por los espesores pequeños necesarios para soportar los esfuerzos, lo cual genera menor

[EN] The coast is a highly variable element of nature. Variations in sea level and land level, together with the dynamic action of waves and sedimentation processes are the causes of this variability. The dynamic action of the waves causes both erosion and solid littoral transport, as a result of which both setbacks of certain littoral stretches and advances of the coastline and coastal platform occur. In Spain the coast is of particular importance since it has about 7,880 km. of coastline, of which 4,990 km (63.4%) correspond to the Peninsular Coast. The coastline of the Valencian Community with 470 kilometers of coastline and a great average width is, without a doubt, one of its most valuable assets and a key space for the regional future. It is a space that gives you quality of life and multiple opportunities for activity and residence. The purpose of this final master's work is to design a precast concrete element, easy to build, transport and assemble, connecting several elements by means of longitudinal beams to form an artificial reef structure, which functions as an exempt dam reducing the sheet of free water and with it the energy of the waves. It is about designing a modular concrete structure to be submerged in the sea, in order to integrate it with the underwater landscape, fulfilling the function of preserving a coastal section as well as the regeneration and protection of the seabed, enhancing turn a recreational purpose such as diving. The terminology used to refer to the elements that make up the artificial reef in this work is: - Reef module: It is the unitary prefabricated element, the individual block, it has a length of 2m. - Reef: It is the element made up of the union of five reef modules, which once assembled will have a length of 10 meters, and which will be transported by flotation, and anchored in its final location. - Reef group: it is the set of several reefs placed in the sea. Reefs that are necessary for the kilometers of coastline to be protected can be placed. The installation on the coast of the Moncofa town in the province of Castellón is studied, 200 meters from the coastline where the delimited area for bathing ends, with a height of sea level at rest of approximately 4.30m. The aspects to take into account to design a reef module will be: - Efficiency in achieving the objectives of coast protection and planned uses. - Ease of construction, transportation to the coast, assembly and installation. - No need for maintenance once installed. - Be resistant to corrosion. In this work, a structure will be designed to be manufactured with ultra-high-performance fiber-reinforced concrete (Ultra High Performance Fiber Reinforced Concrete: UHPFRC), which is a construction material that improves mechanical characteristics and durability compared to conventional concretes. , combining three properties such as high resistance, self-compactability and the use of fibers in its dosage. These properties give it a set of characteristics that make the material ideal for use in numerous engineering, architectural and artistic applications. The modules of artificial concrete reefs that are made for coastal protection are generally solid elements that act by gravity, that is, they have enough weight to be stable against the actions of the waves. In this work, an alternative designed with a reef module using UHPFRC is proposed, considering as a great advantage of the use of this material that much lighter elements are obtained due to the small thicknesses necessary to withstand the efforts, which generates lower construction costs and transport, and also this material is more resistant to corrosion, which in turn is considered an advantage in terms of reducing maintenance once installed. To achieve stability against the actions of the waves, it is proposed to fill them in their lower part with material obtained from the place of application. The scope of this work includes a study of the UHPFRC and