Análisis de las mallas de colocación y la porosidad de los mantos monopaca y bicapa de Cubípodos en troncos y morros de dique en talud

Abstract

[EN] Armor porosity of mound breakwaters and the armor unit placement method have a considerable influence on the hydraulic behavior of the structure. The armor porosity is a parameter of great importance to the structure, it influences the hydraulic stability, run-up, overtopping and forces on the crown wall, but it is also essential when planning the necessary materials for the construction of the armor. Differences between design porosity, laboratory tested porosity and real constructed porosity may jeopardize the integrity of the structure and lead to lack or excess of materials in its construction. In armor units with complex shapes it is usual to pay special attention to the placement process to obtain the recommended porosities, not however for massive elements with random placement. This Doctoral Thesis has focused on developing Cubipod armor unit placement, massive element of random placement in one or more layers, in order to obtain armor porosities similar to those tested in hydraulic stability laboratory tests to avoid model effects. To achieve this, placement grids and processes to be followed in usual sections in mound breakwaters, such as straight trunk, curved trunk with low curvature, roundheads or high curvature curved sections and different types of transitions, have been studied. Static and progressive Cubipod placement grids have been developed adapted to straight and curved trunk. On the first ones, the element rows separation on the slope remains constant along the entire armor. However on the second ones, this distance is reduced to adjust the placement grid to possible row settlements during armor construction. In case of curved sections placement grids have been adapted depending on the curvature degree. For roundheads or high curvature curved sections, where distances between elements of the same row decrease significantly in the direction from toe to crown, chained grids have been designed, where unit rows are grouped in an annulus of a specific placement grid that is decoupled from the placement grid of the contiguous annulus. Placement grid design has been optimized through nearly one hundred realistic 3D small-scale placement tests, using small-scale crawler cranes and pressure clamps, under different wave conditions in the wave tank of the Laboratory of Ports and Coasts of the Universidad Politécnica de Valencia. Tests were used to estimate the porosity range Cubipod armors can be built with and to define placement grid parameters for each breakwater section on slopes H/V=1.5/1 and H/V=2/1, for one-layer and double-layer armors.

[ES] La porosidad del manto principal de un dique en talud y el método de colocación de los elementos de protección en él influye considerablemente en el comportamiento hidráulico de la estructura. La porosidad del manto es un parámetro de gran relevancia para la estructura, ésta influye en la estabilidad hidráulica, remonte, rebase y fuerzas sobre el espaldón, pero además es fundamental a la hora de la planificación de los materiales necesarios para la construcción del manto. Diferencias entre la porosidad de diseño, la ensayada en laboratorio y la realmente construida pueden poner en riesgo la integridad de la estructura, así como conducir a la falta o exceso de materiales en su construcción. En las piezas de protección con formas complejas es habitual poner especial atención en su proceso de colocación para obtener las porosidades recomendadas, no siendo así para los elementos masivos de colocación aleatoria. Esta Tesis Doctoral se ha centrado en el desarrollo de la colocación del elemento Cubípodo, elemento masivo de colocación aleatoria en una o varias capas, con la finalidad de obtener mantos con porosidades similares a las ensayadas en los test de laboratorio de estabilidad hidráulica para evitar posibles efectos de modelo. Para ello se han estudiado las mallas de colocación y los procesos a seguir en las secciones típicas que se dan en un dique en talud, como son la de tronco recto, tronco curvo de baja curvatura, morros o tramos curvos de alta curvatura, entronques y distintos tipos de transiciones. Se han desarrollado mallas estáticas y progresivas de colocación de Cubípodos adaptadas a tronco recto y curvo. En las primeras, la separación de las filas de elementos en el talud permanece constante a lo largo de todo el manto. Mientras que en las segundas, esta distancia va reduciéndose para adaptar la malla de colocación a los posibles asentamientos de las filas a medida que se avanza con la construcción del manto. Para tramos curvos se han adaptado las mallas de colocación en función del grado de curvatura de los mismos, llegando a emplear varias mallas encadenadas en las secciones de morro, donde la separación entre piezas de elementos de la misma fila disminuye rápidamente en la dirección del pie a coronación. El diseño de las mallas de colocación se ha optimizado a través de casi un centenar de ensayos de laboratorio de construcción realista de mantos principales mediante grúas y pinzas de presión a escala reducida, y bajo distintas condiciones de oleaje en el tanque de ensayos del Laboratorio de Puertos y Costas de la Universidad Politécnica de Valencia. Los ensayos han permitido estimar el rango de porosidades con las que se puede construir un manto de Cubípodos y obtener los parámetros definitorios de las mallas de colocación específicas para cada tramo de manto sobre taludes H/V=1.5/1 y H/V=2/1 y para mantos monocapa y bicapa.

[CA] La porositat del mantell principal d'un dic en talús i el mètode de col¿locació dels elements de protecció en ell influeix considerablement en el comportament hidràulic de l'estructura. La porositat del mantell és un paràmetre de gran rellevància per a l'estructura, aquesta influeix en l'estabilitat hidràulica, run-up, ultrapassament i forces sobre l'espatller, però a més és fonamental per a planificar els materials necessaris per a la construcció del mantell. Diferències entre la porositat de disseny, l'assajada en laboratori i la realment construïda poden posar en risc la integritat de l'estructura, així com conduir a la manca o excés de materials en la seva construcció. En les peces de protecció amb formes complexes és habitual posar especial atenció en el seu procés de col¿locació per a obtenir les porositats recomanades, i no és així per als elements massius de col¿locació aleatòria. Aquesta Tesi Doctoral s'ha centrat en el desenvolupament de la col¿locació de l'element Cubípodo, element massiu de col¿locació aleatòria en una o diverses capes, amb la finalitat d'obtenir mantells amb porositats similars a les assajades en els test de laboratori d'estabilitat hidràulica per evitar possibles efectes de model. Per a això s'han estudiat les malles de col¿locació i els processos a seguir en les seccions típiques que es donen en un dic en talús, com són la de tronc recte, tronc corb de baixa curvatura, morros o trams corbs d'alta curvatura, entroncaments i diferents tipus de transicions. S'han desenvolupat malles estàtiques i progressives de col¿locació de Cubípodos adaptades a tronc recte i corb. En les primeres, la separació de les files d'elements en el talús romanen constants al llarg de tot el mantell. Mentre que en les segones, aquesta distància es va reduint per adaptar la malla de col¿locació als possibles assentaments de les files a mesura que s'avança amb la construcció del mantell. Per trams corbs s'han adaptat les malles de col¿locació en funció del grau de curvatura dels mateixos, arribant a emprar diverses malles encadenades en les seccions de morro, on la separació entre peces d'elements de la mateixa fila disminueix ràpidament en la direcció del peu a coronació. El disseny de les malles de col¿locació s'ha optimitzat mitjançant un centenar d'assajos de laboratori de construcció realista de mantells principals utilitzant grues i pinces de pressió a escala reduïda, i sota diferents condicions d'onatge en el tanc d'assajos del Laboratori de Ports i Costes de la Universitat Politècnica de València. Els assajos han permès estimar el rang de porositats amb què es pot construir un mantell de Cubípodos i obtenir els paràmetres definitoris de les malles de col¿locació específiques per a cada tram de mantell sobre talussos H/V=1.5/1 i H/V=2/1 i per mantells monocapa i bicapa.