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Diques en talud o rompeolas



DIQUES EN TALUD O ROMPEOLAS



ÍNDICE
1. 2. 3. DEFINICIÓN. INTRODUCCIÓN 5 LA INFLUENCIA DEL CLIMA MARÍTIMO DE DISEÑO 5 SECCIÓN DE UN DIQUE EN TALUD 9 3.1. EL NÚCLEO Y LAS CAPAS INTERMEDIAS 9 3.1.1. PERMEABILIDAD Y ESTABILIDAD DEL NÚCLEO ..10 3.1.2. TRANSMISIÓN DE ENERGÍA, MATERIALES Y CONSTRUCCIÓN 10 3.2. MANTO PRINCIPAL 13 3.2.1. DISEÑO DEL MANTO PRINCIPAL CON ESCOLLERA Y UNIDADES DE HORMIGÓN ..16 3.2.2. PIEZAS ESPECIALES ..18 4. 5. CALCULO DE LOS ELEMENTOS DEL MANTO PRINCIPAL DE UN DIQUE EN TALUD.FÓRMULA DE IRIBARREN 22 MÉTODOS CONSTRUCTIVOS DEL DIQUE EN TALUD .25 5.1. ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO Y CONSTRUCTIVAS ..27 6. 7. 8. 9. 10. 11. TIPOLOGÍA DE GANGUILES..31 COMPARACIÓN ENTRE MÉTODOS CONSTRUCTIVOS..35 RELACIÓN ENTRE CANTERA, ACOPIO, PREVISIÓN METEREOLÓGICA Y EJECUCIÓN DEL AVANCE38 DURABILIDAD DE MATERIALES.39 CIMENTACIÓN: DATOS, MEJORAS, COMPORTAMIENTO Y DISEÑO40 MODELOS FÍSICOS41





1. DEFINICIÓN. INTRODUCCIÓN
La obra marítima de abrigo portuaria por excelencia es el dique en talud, también llamado dique rompeolas. Su misión principal es reducir la acción del oleaje en una zona para facilitar operaciones de atraque, amarre, carga y descarga.Su forma de trabajo consiste en provocar la rotura del oleaje sobre el talud de escollera o de elementos especiales que constituyen su manto principal. Ademas del manto resistente, el dique puede contar con una estructura soporte (cuerpo) de no menor importancia que constituye el núcleo y las capas de filtro. En España, ademas, suele construirse un espaldón de hormigón en masa, situado en coronación y que resiste la acción del oleaje en ocasión de temporales, permitiendo, ademas, disponer de una excelente vía de acceso a las instalaciones o incluso albergar galerías de servicio. Para definir aspectos a considerar hay que proceder a la ordenación de acciones, clima marítimo, recursos, modelos matematicos y físicos, condiciones de cimentación, disponibilidad de materiales, tecnología disponible, etc.

2. LA INFLUENCIA DEL CLIMA MARÍTIMO DE DISEÑO
El dique de escollera tiene un coste que crece exponencialmente con la intensidad de oleaje de diseño. Para obtener el óptimo económico es de capital importancia establecer con precisión el clima marítimo (riesgos de presentación de estados de mar, solicitaciones, etc.). Aunque son obras de elevado coste de instalación, en general este costo es pequeño en comparación con el daño en buques e instalaciones y operaciones que su ruina puede provocar, considerando los costes de instalación, mantenimiento y riesgos sobre bienes y servicios que pueden ser afectados. La dificultad maxima reside en establecer con precisión la curva de riesgo-solicitación, puesto que suele existir una alta incertidumbre sobre el clima marítimo de diseño, y por tanto, es grande lainfluencia de la incertidumbre en el costo y diseño óptimos. La incertidumbre implica un coste grande especialmente si el error es por defecto. Fallos como los registrados en los diques de Bilbao y Sines son buena prueba de ello.




Goda (1979) clasifica los modelos estadísticos descriptivos del oleaje en corto, medio y largo plazo. Los datos que pueden emplearse en el diseño del clima pueden clasificarse de muy diversa forma: Según variables Según instrumentos-método Según duración Según intervalo muestreo Según localización = = = = = viento, presión, oleaje visual, instrumental cortas (pocos años), largas constante, aleatorio costero, litoral, exterior

En general es imposible disponer de registros óptimos durante un periodo lo suficientemente extenso y por lo tanto es necesario maximizar la base de datos y fuentes de información con control de calidad.

a) SIN ESPALDÓN

b) SIN ESPALDÓN


c) CON ESPALDÓN Diferentes secciones de diques en talud (Iribarren)


Sección de un dique en talud o rompeolas (Puerto de Peñíscola, Castellón)


3. SECCIÓN DE UN DIQUE EN TALUD
Un dique en talud o rompeolas consta generalmente de tres diferentes elementos: Núcleo. Capa o capas intermedias. Manto principal o exterior.

Sección de un dique en talud

3.1. EL NÚCLEO Y LAS CAPAS INTERMEDIAS El núcleo de un dique en talud es la parte mas interior de la obra. Generalmente esta constituido por materiales procedentes de todo uno de cantera o por escollera de pequeño peso. Sobre él se disponen las capas intermedias que cumplen el doble objetivo de servir de asiento a la capa exterior, llamada mantoexterior o principal, así como impedir que los materiales que integran el núcleo se pierdan por la acción del oleaje u otro fenómeno. El manto principal de un dique evita la erosión de la estructura pero en ningún caso actúa de 'piel' reteniendo el volumen de escollera. En general se dedica mucha atención al estudio del manto y poca al de la estructura soporte, que en un dique en talud esta constituida por núcleo y capas intermedias. El núcleo debe ser un buen cimiento para capas intermedias, el manto principal y el espaldón, si existe. Por otra parte el núcleo debe ser relativamente impermeable para evitar transmisiones de oleaje, así como ser buena plataforma de trabajo, si se emplea. Debe igualmente tener gran volumen relativo, dado su bajo coste.


Las capas intermedias deben ser un cimiento satisfactorio para el manto y actuar como filtro de las capas del núcleo, esto es, deben actuar como protección del núcleo, tanto cuando el dique se halla en construcción, como cuando se ha ejecutado en su totalidad, es decir, durante la explotación de la obra. La estabilidad de un bloque del manto exterior o principal depende del bloque mismo y de su relación con los demas bloques y con las capas inferiores, es decir, de los fenómenos que movilice de fricción - trabazón. 3.1.1. PERMEABILIDAD Y ESTABILIDAD DEL NÚCLEO De la permeabilidad del núcleo depende la estabilidad del dique, el remonte del oleaje (run-up) y el descenso del oleaje (run-down), así como la transmisión de energía que se produzca. Se define remonte y descenso como los fenómenos de ascenso y descenso del oleaje a lo largo del talud de undique. También, en ocasiones, se alude a esos conceptos para señalar las cotas que se alcanzan en dichos procesos. La permeabilidad aumenta con el tamaño de los huecos y no puede ser modelada correctamente. En general si la permeabilidad disminuye la estabilidad también disminuye. Dependiendo de la permeabilidad y presencia o no de espaldón en ocasiones es necesario proteger la cara interior de un dique, bien del rebase por el oleaje, bien del flujo interno que se registre. El núcleo es fundamental, en cualquier caso, para la estabilidad del conjunto. La resistencia de un suelo sin cohesión, s, es: s = (σ- u) tgφ Si u, presión intersticial, se aproxima a σ, la estabilidad se reduce. En principio es deseable un núcleo permeable, es decir, con canto mínimo grande, y compacto, esto es, preferiblemente compuesto por rocas y materiales angulosos y gradados. Ello no obstante, no hay que perder de vista que una alta permeabilidad en el núcleo produce una elevada transmisión de energía hacia la parte abrigada y que, por contra, bajas permeabilidades pueden provocar deslizamientos. 3.1.2. TRANSMISIÓN DE ENERGÍA, MATERIALES Y CONSTRUCCIÓN El dique debe proteger y abrigar de la presencia de oleaje y, por lo tanto, debera especificarse la cantidad y tipo de energía que se permite atravesar el dique. En general la transmisión depende del periodo de las ondas. Los periodos largos se amortiguan menos. Ademas de la transmisión hay que tener presente que se pueden producir gran número de fallos a causa de erosiones de las capas internas. Por ello es por lo que deben ser proyectadas como filtros. La gradación de capasdependera de la distribución del tamaño de grano y de que se establezca suficiente fricción en el manto.




A efectos de consideración de las condiciones de filtro que deben cumplir los materiales que integran las distintas partes de un dique en talud, se suelen seguir los criterios de Lee (1972): 1. D15 (capa inferior) / D85 (núcleo) < 5 2. 4 < D50 (capa inferior) / D15 (núcleo) < 20 3. D50 (capa inferior) / D50 (núcleo) < 25 4. D85 (capa inferior) / Dhuecos (manto) > 2 D15, D85, D50 son los diametros correspondientes al 15, 85 y 50% del material que pasa en los correspondientes analisis granulométricos. Dhuecos es el maximo tamaño de huecos en el manto.

Dique en talud en construcción


Si los elementos del manto son muy grandes, la capa intermedia se convierte en multicapa (condiciones de Ia 1ª a la 3ª). La última capa intermedia suele tener escollera de peso entre un 10 y 20% del peso de los elementos del manto principal o exterior y, ademas, debe disponer de gran resistencia al deslizamiento. El espesor dependera de la gradación y de las condiciones de colocación, si bien se recomienda siempre disponer un mínimo de 2 capas con rocas de gran peso y tamaños uniformes. La selección de materiales constructivos es un importante objetivo del proyectista. Deberan ser materiales resistentes a los ambientes agresivos en que este tipo de obras se ubican (con ataques físicos, químicos y biológicos). Se recomienda que las capas intermedias dispongan de materiales de formas prismaticas (Lmax < 2 Lmín) y que en el núcleo se eviten materiales de formas angulosas, pero que dispongan de elevada densidadrelativa (Lmax < 2,5 Lmín). En ocasiones son necesarios filtros entre el conjunto de la estructura, el dique, y el fondo sobre el que se cimienta. Recientemente se ha extendido el uso de geotextiles, esto es, de membranas filtrantes que consiguen mejoras importantes de las características del suelo. Este tipo de material presenta elevadas resistencias a tracción y resulta de facil control su capacidad de filtro. Sin embargo, pueden aparecer problemas a causa del rasgado del material, daños, etc. El método constructivo de estas partes del dique, su núcleo y las capas intermedias, se halla relacionado con las tareas propias del mantenimiento, tanto de núcleo como de capas intermedias, durante su construcción. La anchura de coronación del núcleo depende y se relaciona estrechamente con el espacio necesario para su propia construcción. El programa de construcción debe incluir el analisis, estudio y organización de la producción y equipo en cantera. Si son necesarios grandes volúmenes puede ser adecuado adaptar trabajos en cantera y obra para evitar grandes almacenamientos de material. Para el diseño de la obra hay que tener en cuenta los siguientes aspectos que a continuación se enumeran: Tamaño y forma de la piedra de cantera. Calidad de la piedra (durabilidad). Conseguir resistencia a fricción del núcleo adecuada. Estudiar mejora de densidad del núcleo cambiando el material. Estudiar tamaño mínimo del núcleo. Estudiar la adecuación del modelo físico al núcleo. Estudiar la capacidad del filtro de las capas intermedias.


Estudiar rugosidad de la última capa de filtro (¿binders?). Estudiar espesor delas capas intermedias. Protección adecuada del núcleo durante la construcción. Estudio de tolerancias en construcción. Estudio de la transmisión de energía. Protección de la cara interna. Protección del pie de berma. Estudio del uso de geotextiles. Estudio de la mejora de las condiciones de construcción.

Manto principal del dique del puerto de Sotogrande

3.2. MANTO PRINCIPAL El manto principal de un dique en talud constituye el elemento resistente del dique frente al oleaje. Generalmente esta integrado por la agregación de elementos de cierto peso mínimo determinado, escolleras o elementos de hormigón (bloques paralelepipédicos u otras piezas especiales). La unidad que integra el manto exterior o principal de un dique resiste la acción del oleaje fundamentalmente por dos razones: El peso propio unitario de los elementos que constituyen el manto, y El engarce y trabazón entre los elementos que lo integran. Los primeros diques rompeolas se construyeron acopiando rocas, pero ello exigía un gran mantenimiento. Un segundo sistema fue colocar grandes piedras de protección. En el S. XIX el hormigón permite fabricar grandes unidades. En 1834 ya se fabricaban elementos prismaticos de entre 10 y 60 toneladas.


En los últimos años se han diseñado y construido elementos especiales en cuanto a su geometría (dolos, tetrapodos,). Los primeros diques tenían taludes muy tendidos (4:1 a 7:1). Posteriormente, la forma típica llegó a quedar constituida por un núcleo revestido con una o varias capas de filtro sobre cuyo conjunto se establecía el elemento protector, el manto exterior o principal. Paracalcular el manto principal, esto es, para determinar el peso unitario mínimo necesario de los elementos del manto principal, existe toda una colección de fórmulas disponibles que pueden ser empleadas en el prediseño. Una de las fórmulas disponibles que ha sido profusamente utilizada en España se debe al ingeniero Iribarren:

w = peso mínimo necesario

µ = coef. de rozamiento α: angulo del talud del dique
Una de las formulaciones hoy día mas utilizada es la de Hudson:

Generalmente se recomienda tomar una fórmula empírica para el prediseño y en canal de oleaje ajustar el resultado final mediante el desarrollo y ensayo de modelos a escala. La clave reside en reproducir adecuadamente la estructura, así como el clima marítimo.


Manto principal de un dique de tetrapodos La colocación aleatoria de los elementos del manto principal es lo usual, pero también pueden colocarse regularmente, concertados, si se pretende conseguir un aspecto estético. En ocasiones, si la cantera lo aconseja, es conveniente aumentar la anchura del dique, pues esto da cierta sobreseguridad frente a una posible infraestimación del clima marítimo.

Construcción del manto del morro en el Puerto de Dénia En la construcción del manto principal los elementos de hormigón vienen utilizandose desde 1834 (Poirel-Argel). El Congreso de Navegación de Milan (1905) recomendó la colocación aleatoria. La primera pieza especial que se diseñó y usó fue el tetrapodo (Francia, 1950). Algunos de estos elementos especiales, los dolos por ejemplo, se fabrican con hormigón armado. Los golpes y roturas que sufren los


elementos del mantoprincipal durante su manipulación en cualquiera de las fases constructivas (cantera o fabricación, transporte, colocación, etc..) se reproducen muy mal en modelos. En general el diseño de piezas especiales es poco fiable y debe disponer, sin embargo, de fiabilidad suficiente. En ocasiones en que ciertos elementos se han colocado regularmente trabandose se han registrado asientos y roturas en la obra, con el consiguiente colapso total de la estructura. 3.2.1. DISEÑO DEL MANTO PRINCIPAL CON ESCOLLERA Y UNIDADES DE HORMIGÓN El diseño de un dique no es único, depende de un conjunto de factores relacionados con: Localización. Condiciones físicas. Fuentes de materiales disponibles. Tecnología y equipos disponibles. En algunos casos especiales se han obtenido rotundos fracasos con costes económicos elevadísimos en diques en talud. El calculo basado en fórmulas tradicionales y en los ensayos en modelos físicos a escala reducida ha fallado en ciertas ocasiones (Bilbao, Sines,). Lo habitual es utilizar en el predimensionamiento la fórmula de Hudson:

H: altura de ola,

ρs: densidad del material. ρw: densidad del agua del mar α: angulo del talud del dique
Aunque han sido propuestos KD = KD(T), el coeficiente de daño KD se ha determinado mediante ensayos con modelos a escala. Las limitaciones basicas que suelen presentarse son: No se ha establecido la H a usar (Hmax, H1/3,). El 'Shore Protection Manual” (1984) recomienda el uso de la H1/10. No se ha establecido dependencia de KD - T, duración, grupos de olas, etc. Los coeficientes publicados no sirven con caracter general.


La fricción sólo seconsidera a través de KD. El prototipo puede ser diferente. No se utiliza el mismo método constructivo. El material puede ser muy diferente. En los estudios en modelo reducido resulta difícil comparar los KD a causa de: Diferentes características de los elementos del manto. Diferente construcción de modelo. Uso de diferentes parametros de oleaje. Técnicas de test diferentes. Diferente presentación de resultados. Grandes variaciones de escalas e imposibilidad de modelar a la vez fuerzas (Froude) y flujos (Reynolds) con los consiguientes efectos de escala. En general se recomienda que proyectista y constructor planeen, organicen y estén presentes en los ensayos, puesto que afecta tanto al diseño como a la construcción. Los elementos del manto principal pueden ser: Escolleras. Bloques de hormigón de tipo paralelepipédico. Piezas especiales. El parametro fundamental de dichos elementos es su peso. Sin embargo, en el caso de las piezas especiales parte de su comportamiento se confía a la mayor trabazón que tienen con los elementos contiguos, debido precisamente a las formas y geometrías especiales con que cuentan.


Nuevo dique de levante en el Puerto de Valencia, con bloques de hormigón 3.2.2. PIEZAS ESPECIALES En la actualidad existen en el mercado distintos tipos de bloques prefabricados de hormigón que estan siendo utilizados para diseñar y ejecutar las estructuras costeras. Todos ellos basan el comportamiento del elemento en su peso, por un lado, y, por otro, en las formas especiales que tienen, por las que consiguen mayores trabazones que las que tienen los bloques paralelepipédicos de hormigón o lasescolleras. Siempre es necesario largos periodos de ensayos en modelos reducidos en laboratorio a efectos de determinar las características que resultan de aplicación a cada tipo de pieza, tanto a efectos de calculo (coeficientes a utilizar), como también constructivos, etc. A lo largo de los últimos años se ha ido buscando una reducción del peso unitario de estas piezas y. por tanto, una disminución del volumen de hormigón de la obra, a base de incrementar el grado de encaje de cada una de éstas con las restantes unidades que componen el manto. Podría considerarse que la optimización de los bloques artificiales de hormigón se consigue mediante las siguientes características: 1. Alta estabilidad hidraulica cuando son colocados en obra en una sola capa. 2. Reserva de estabilidad estructural en el caso de que las condiciones de oleaje excedan a las de diseño. 3. Baja tendencia de las piezas a la fragmentación. 4. Reserva de estabilidad estructural en el caso de rotura parcial del manto. 5. Combinación eficiente entre la porosidad y la rugosidad con el fin de disipar la maxima energía posible.


6. Alta resistencia estructural con el mínimo volumen de hormigón posible. 7. Bajas tensiones internas para evitar las armaduras de acero. 8. Facil construcción de las piezas (uso de técnicas de construcción convencionales). 9. Facil colocación en obra, incluso en condiciones de baja visibilidad. A continuación se enumeran y describen las piezas especiales mas conocidas. TETRAPODOS El tetrapodo es una pieza especial compuesta de una esfera central a la que se adosan cuatro troncos de cono. Es la pieza especialmas antigua. Hay dos tipos de encofrado posible: El de 4 piezas (cada uno de los 4 conos). El de 2 piezas (partiendo el tetrapodo por un plano vertical). Hay que evitar las tracciones en el transporte desde el centro de fabricación a la zona de acopio (por ser de hormigón). Se utiliza un sistema de transporte que se encaja en el tetrapodo.

Fabricación de bloques paralelepipédicos Su colocación se realiza por eslinga mediante grúa: la eslinga pasa por el tetrapodo por detras del tronco vertical y en la parte inferior coge dos conos, los cuales se encuentran uno frente al otro y al lado. Es un sistema sencillo de colocación. La colocación se dispone de acuerdo a una malla prefijada. Un ejemplo de su uso se tiene en el dique del Puerto Deportivo Las Fuentes en Alcocebre.


Tetrapodo DOLOS El dolo presenta la forma de dos martillos con sección del vastago central octogonal. Esos dos martillos se colocan ortogonalmente. Es como una doble ancla o doble T. En cualquier dique en talud, el ataque del oleaje produce acoplamientos en las piezas. En los dolos, esos movimientos introducen tensiones y tracciones en las secciones de unión que han llegado a producir roturas. Es por tanto una pieza bastante delicada. Ha sido muy renombrado el fracaso en el dique de abrigo de Sines. Un ejemplo de su uso se tiene en el Puerto de San Ciprian. En cuanto a la construcción, permite elementos de encofrado en dos piezas y transporte sencillo. Para evitar tracciones se ha dotado de armaduras al alma, pero como la sección de la misma es pequeña, las armaduras quedan muy superficiales y eso introducía otros problemas decorrosión o de puesta del hormigón. ACRÓPODOS El acrópodo es un bloque de hormigón en masa. Se utiliza para fabricar mantos homogéneos de diques, formados por una sola capa de bloques dispuestos libremente, ya que la posición adoptada por éstos puede ser indiferente, y solo debe respetarse la red de colocación.


Colocación de acrópodos en manto principal Tiene forma geométrica compleja. El encofrado se compone de dos cascos o medias conchas laterales y deja su cara superior abierta. Dicha abertura superior del molde facilita el hormigonado por la cara superior y la vibración del hormigón. Ademas las limitadas dimensiones de bloques y encofrados permite el almacenamiento de los bloques en el lugar mismo de fabricación, optimizando la disposición en hileras con las piezas encajadas en líneas alternadas. Por la forma que tiene el bloque puede ser manipulado por medio de una pinza, de horquillas o de eslingas, con un riesgo mínimo de falsa maniobra OTRAS De menor difusión han resultado piezas como el stabit, tribar, akmon, mexapodo, dinosauro, octópodo, cónico, antifer.


4. CALCULO DE LOS ELEMENTOS DEL MANTO PRINCIPAL DE UN DIQUE EN TALUD. FÓRMULA DE IRIBARREN
El sistema de fuerzas que actúa sobre un elemento del manto principal esta compuesto por la presión y subpresión ejercidas sobre el elemento, la fuerza de la gravedad y las de rozamiento. Como resultado de analizar el problema estatico, Iribarren plantea inicialmente que el peso P de los cantos viene dado por el valor:

donde: N = coeficiente H = altura de ola d = densidad del material f = coeficiente de rozamiento

α: angulo deltalud del dique
Iribarren supuso iniciaímente f = 1 = tg αn (por similitud con el coeficiente de rozamiento en taludes de materiales sueltos). En la fórmula se desconocía por tanto el valor de N, para un temporal de altura de ola conocida, una densidad y un angulo de talud determinados. Según observación directa en algunos puertos dedujo que: Ne = 0,015 Nb = 0,019 Pero no se puede tomar f = 1 si se trata de escolleras, bloques o piezas especiales; f depende de la longitud del talud y de los tamaños de los materiales y N es también variable. Analizada en laboratorio, en modelos a escala reducida como se producía la rotura de los diques en talud en distintos casos se pudo elaborar la grafica que se muestra, en la que se relaciona las averías que registra un dique en función de la relación altura de ola incidente/altura de ola que produce la destrucción total del dique. Se observa cómo existen tres zonas de ESTABILIDAD TOTAL, ESTABILIDAD PARCIAL e INESTABILIDAD.


El punto en el que empieza a producirse inestabilidad en el dique presenta valores constantes de h/h100% e igual a 0,62, independientemente de la longitud del talud y del material que lo compone. 0,62 h100% = h, altura de la ola que produce inestabilidad Posteriormente se analizó la existencia de dos tipos de rotura : a) rotura hacia arriba, en los taludes muy tendidos (al estar el talud muy tendido el oleaje al romper el dique hace que el material ascienda por el talud), y b) hacia abajo, en taludes no tendidos (a causa de la pendiente, los elementos caen). Se buscó mediante ensayos el talud crítico, esto es cuando se cambia de una rotura aotra. La rotura de los diques en talud se produce en una zona concreta del desarrollo del talud, y así se define talud activo como la longitud en la cual se producen movimientos de los elementos. Dichos taludes dependen del material del manto principal, determinandose: escolleras: 3 < cotg α < 4 bloques: 2 < cotg α < 4

tetrapodos: 1 < cotg α < 2 El talud activo se llegó a determinar que venía dado por seis veces el lado del cubo equivalente (definido el cubo equivalente como el cubo que tiene igual peso), concluyendo los siguientes valores:

Los subíndices 'e', 'b' y 't' indican si se trata de escolleras, bloques o tetrapodos. Lo que interesa es definir unos coeficientes de aplicación a partir de la relación:

es decir, determinar el coeficiente N, que produzca un 0% de averías, en comparación a otro que existe para la h100%.


Lo que intentamos obtener es el mínimo Peso que soporta la maxima altura de ola de calculo y determinar los finales valores de N para que se produzca un 0% de averías. Así se tiene:

Iribarren concluyó su estudio con el establecimiento de unos taludes mínimos aconsejables según distintos tipos de elementos, indicando:

Las dos variables fundamentales sobre las que se puede incidir en el diseño de un dique en talud son 'α' y 'd' para conseguir un P determinado para una H determinada. Todos estos trabajos de Iribarren se hicieron con las siguientes consideraciones: Los oleajes que se emplearon en el ensayo son frontales. Esto no es la realidad en una obra de abrigo, sino que habra en la mayoría de casos o en alguna parte de la obra (en los morros, por ejemplo)incidencia oblicua. Ello supone un cierto riesgo de que los elementos salten lateralmente (hay ausencia de resistencia lateral de los elementos). En cualquier morro hay incidencia lateral en alguna parte de él. Por ello, estudiando el tema en otros ensayos se obtuvieron una serie de valores de N diferentes y mayores y, por tanto, otro peso P, considerando la posible incidencia oblicua del oleaje. Siempre eran oleajes monocromaticos, esto es, regulares, con olas de igual T y H. En diques en talud existen algunos problemas por la sucesión de grupos de olas y también derivados de longitudes de onda particulares que producen resonancia en los elementos del manto principal (aún siendo de H < Hcalculo). Hay una serie de trabajos elaborados que dan fórmulas para obtener el peso, que introducen una serie de coeficientes diferentes y unas variables similares (L ó T).


Una de las fórmulas hoy día mas utilizada es la de HUDSON:

ρs

donde: KD = 3,2 si se consideran 0 - 1 % de averías KD = 15,9 si se consideran averías del 30 - 60 %.

5. MÉTODOS CONSTRUCTIVOS DEL DIQUE EN TALUD
Existen dos tipos de procedimientos o vías para la construcción de diques: CONSTRUCCIÓN MARÍTIMA: utiliza medios específicamente marítimos, en especial ganguiles, pontonas y cabrias, tanto para el transporte de los materiales hasta el tajo como para su posterior vertido y colocación. CONSTRUCCIÓN TERRESTRE: vertiendo y colocando materiales en el mar mediante la utilización de medios y maquinaria de construcción comunes a los utilizados en cualquier obra terrestre, esto es, medios y maquinaria para el movimiento de tierras, asícomo grúas, encargados del transporte, vertido y colocación. Los materiales que se van vertiendo son compactados por los propios vehículos y maquinas que trabajan. El núcleo debe tener una cota superior al nivel del mar para poder ejecutarlo por esta vía.

Dique en talud en construcción vía terrestre


La construcción de un dique implica: Obtener materiales adecuados. Colocarlos de forma correcta. Emplear equipos adecuados. Construir en lugares expuestos al oleaje. Seguir un plan preparado de antemano. Diseño, plan de construcción, reparación y seguimiento. Los principales problemas que se encuentran son: Condiciones ambientales durante la construcción. Materiales accesibles de cantera. Trabajo con grandes volúmenes de hormigón. Equipo utilizable. Los dos métodos constructivos existentes son, como se ha dicho, los que se basan en equipos flotantes y equipos terrestres. La construcción con equipo terrestre es en general mas económica: los equipos son faciles de reutilizar. La construcción terrestre es en serie, mientras que la flotante no. Por tierra es costoso transportar mucha carga a gran distancia. Durante la construcción de un dique es necesario disponer de la coronación del núcleo a una cota emergida del nivel maximo del mar, a fin de evitar rebases, y garantizar la seguridad de la obra y de los equipos.

Transporte de escollera


Si no es posible la construcción completa desde tierra un procedimiento general es ejecutar la parte sumergida del núcleo utilizando ganguiles, completando la construcción de la raíz y la coronación con cabrias o bien las grúas desde tierra, si ello es posible,a base de la formación de sucesivos taludes. La colocación de los elementos del manto principal o exterior se realiza mediante grúas, dotadas de los medios necesarios de enganche (pinzas de presión, eslingas, etc.). Los elementos especiales disponen de técnicas especiales de enganche. Pueden emplearse grandes grúas sobre raíles que deberan ser retiradas si existe temporal. En los pequeños diques se usan retroexcavadoras en la construcción de sus capas intermedias. Es necesario obtener buena información de las condiciones ambientales, disponiendo igualmente de sistemas de previsión: Oleaje (altura, duración, dirección). Secciones y batimetría. Marea y temporales. Materiales accesibles. Construcción, tiempo y organización. Los diques requieren grandes volúmenes de materiales y de rocas de tamaño y calidad. Si la cantera no da las proporciones adecuadas se desperdicia material y se necesitan elementos de hormigón. En algunos casos pueden usarse canteras lejanas.

5.1. ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO Y CONSTRUCTIVAS Aunque los diques parecen ser estructuras sencillas, su construcción es sofisticada. La estructura se caracteriza por su forma de trabajo elastica y tiene una destrucción progresiva, permitiendo, por tanto, su reparación. La construcción de un dique suele contratarse especificando: Forma, tamaño y calidad de materiales. Método de colocación. Tolerancias aceptables en cada caso. Los parametros esenciales que definen un dique son el peso de los cantos y de los materiales en las distintas partes de su sección (núcleo, capas y manto), así como el talud del manto principal y otras cuestionesrelativas para su definición geométrica completa (cotas de coronación, anchuras, espesores de capas, etc.). Es esencial garantizar la protección del manto y la trabazón con capas interiores.


La roca debera ser conocida y accesible económicamente. Debera dejarse libertad al constructor para utilizar otras fuentes acreditadas. Debera asegurarse su durabilidad mediante ensayos. La especificación especial es la tolerancia admitida en la densidad ya que tiene gran influencia: Si δ pasa de 2,7 a 2,5 resulta que el peso de los elementos pasa de 8 toneladas a 11,5 toneladas, es decir, que una variación en la densidad del 7,5% provoca cambios en los pesos necesarios de los elementos del manto de un 44%. Ello supone que pequeños cambios de densidad hacen que cambien los pesos de todas las capas por lo que resulta preferible infraestimar el valor de la densidad, que, en todo caso, es una de las variables mas delicadas. Debera especificarse igualmente el coeficiente de forma (1:2, 1:3, mínima/maxima dimensión), absorción de agua, condiciones del núcleo, etc. Respecto del tamaño de las escolleras y materiales hay que señalar que: El núcleo debe gradarse correctamente, evitando finos y fragiles. Debe gradarse de la parte central a periferia (10 Kgs - 2 Toneladas) Manto debe tener un espesor mínimo de 2 capas y tolerancia de ± 25% peso. Los filtros deben presentar tolerancias del orden 25 - 30 %. La colocación se deja a cargo del contratista. Las especificaciones suelen exigir material y perfiles. Suele ser individualizada para pesos superiores a las 2 toneladas. La inspección y medición son dependientes y seconsideran juntas en el contrato. El chequeo es difícil si no hay periodos de calma. Las especificaciones deben referir cómo asegurar los perfiles teóricos. En los chequeos el contratista esta obligado generalmente a facilitar los medios: Cadena de sondeo con pie (perfil del manto) o equipamiento automatizado. Medidores de nivel flotantes con pie ancho. Perfiles de barra con inspecciones visuales. Vigas horizontales manejadas con grúa. Barra de metal con boyancia cero para la inspección de perfiles. Como se ha dicho, debera estar especificada la forma de controlar la obra y las facilidades y medios que se necesitaran del constructor. Las operaciones de chequeo deben incluirse en el programa de trabajos. Los asientos deben ser considerados igualmente en las especificaciones de diseño. Debe proveerse la consolidación a largo plazo.


Un dique asienta por: Vibración del rompeolas Penetración en el fondo marino Desplazamiento del material blando del fondo Consolidación de suelos en la base Las especificaciones se cumplen al final del periodo de mantenimiento. Se debe retrasar en lo posible la construcción del espaldón para evitar fuertes asientos posteriores. Aunque los riesgos corren a cargo del contratista ya que el cliente paga por obra hecha, es conveniente limitar el riesgo dando dimensiones de avance relativas entre capas. El estudio de canteras debe acometerse a efectos de analizar las fuentes de aprovisionamiento de material. Una cantera tipo suministra una gradación de material en peso como a continuación se indica: < 0,2 0,2 - 1 1-4 >4 T T T T 50% 15% 20% 15%


En algunas canteras se puedenobtener otros porcentajes, al poder suministrar bloques de peso > 4 toneladas muy abundantes. Hay que abordar siempre un analisis económico, estudiando la distancia de la cantera a la obra, para determinar los costes de transporte. También hay que tener en cuenta las características físico-químicas y mecanicas de los materiales, para ver si se adecuan bien o no a nuestras condiciones. El medio de transporte ha de proporcionar tamaños grandes (dumpers de 25 toneladas) si es posible, es decir, transportes masivos. Por último, hay que señalar que se deben analizar concienzudamente todas las secciones tipo, las distintas cotas del terreno, de la banqueta, dique, taludes de la banqueta, espesores de berma y en general todas las características de la SECCIÓN TRANSVERSAL y la PLANTA a efectos tanto de replanteo como de construcción.


6. TIPOLOGÍA DE GANGUILES
Se pueden distinguir los siguientes tipos de ganguiles atendiendo al sistema de vertido del material: Ganguil ordinario: consiste en instalar maquinaria convencional de descarga -grúas- sobre el ganguil. Ganguil de cono: esta dotado en su fondo -cantara- de una compuerta, que al abrirse permite la descarga de los productos de dragado. La compuerta puede accionarse lateralmente o hacia abajo.

Ganguil de volcado: no posee ningún mecanismo especial para el vertido; éste se efectúa por giro del ganguil alrededor de su eje longitudinal. Se aplica principalmente para el transporte y vertido de bloques y piezas de gran tamaño, aunque no son muy utilizados en la actualidad por la peligrosidad de la maniobra.


Ganguil de empuje: en su cubiertadispone de una pala accionada por sistemas hidraulicos, que vierte el material por empuje.

Ganguil de bisagra: dotado de dos cuerpos flotantes articulados cuyo mecanismo de abertura se materializa en unas charnelas o bisagras situadas en cubierta a proa y popa. De ahí que también se le conozca como ganguil de cajón partido o de charnela. Un dispositivo hidraulico permite la aproximación de los dos cuerpos flotantes que al unirse, constituyen la cantara y que al separarse originan la descarga del material.


Actualmente, en la mayor parte de los casos, se recurre al uso de ganguiles de bisagra autopropulsados ya que, permiten la descarga en zonas de poco calado -no existe practica restricción de calado para permitir la total apertura de las mismas-, quedando practicamente en desuso los ganguiles de descarga por compuertas de fondo. Ganguil de elevación: ganguiles cuya descarga se lleva a cabo por elevación del material de dragado almacenado en los mismos. Esta tipología no suele construirse en la actualidad por la falta de flexibilidad que supone la inviabilidad de su empleo en descarga de fondo. Los ganguiles suelen ser mas económicos para construir la parte sumergida del dique ya que pueden trabajar con mayor oleaje que desde tierra, son equipos mas fuertes que los terrestres, aceleran la construcción, si bien necesitan equipos de carga en muelle y presentan problemas derivados de la imprecisión en la


colocación y seguimiento. La carga total, el tamaño de la escollera y la existencia de mareas determinan el ganguil a emplear. Con los ganguiles se alcanza como mucho la cota -2. Los grandesbloques no pueden volcarse: con mar calma pueden emplearse estructuras flotantes de colocación (plataformas autoelevadoras). Siempre hay una parte del dique que se queda sin construir. Para ello se utilizan pontonas, plataformas flotantes en las que se aloja todo tipo de medios auxiliares (hormigoneras, area de acopio de materiales, etc.) para la construcción marítima. Mediante grúas se realiza el vertido de ese material (o mediante cucharas, etc.). Mención especial merecen las cabrias que son pontonas con grúas muy potentes, que se utilizan para verter y colocar todo tipo de materiales (bloques, piezas especiales, etc.).


Pontona y cabria para construcción marítima

7. COMPARACIÓN ENTRE MÉTODOS CONSTRUCTIVOS
Los inconvenientes de la vía marítima son: Se produce mayor turbidez que en la vía terrestre y, por tanto, ello conlleva una mayor dificultad de control y seguimiento de la obra, al menos del visual. Mayor dispersión del material en su vertido y colocación, sobre todo los materiales finos, por lo que no se respeta la granulometría. No compacta el núcleo. Siempre que se pueda se elegira la vía terrestre, ya que es mucho mejor tanto por condiciones técnicas, como económicas. Si se utiliza la vía marítima, se intentara construir sólo el núcleo (que sobresaldría del nivel del mar), para poder realizar después las capas intermedias y el manto exterior por vía terrestre.


Las desventajas de la vía terrestre son: Requiere anchuras de coronación mas grandes que en la vía marítima para permitir el cruce y giro de la maquinaria y camiones. La anchura requerida generalmente ha de ser suficiente paraque circulen y se crucen dos vehículos. Si hay temporales, los daños son mayores ya que puesto que la obra emerge del mar el oleaje incide mas sobre ella, e incluso sin temporales también. En el caso de temporales, se producen derrames del material en el extremo, en el avance de la obra, que actuara como morro.



Parque de fabricación y almacenamiento de bloques

8. RELACIÓN ENTRE CANTERA, ACOPIO, PREVISIÓN METEREOLÓGICA Y EJECUCIÓN DEL AVANCE
La disponibilidad de material en la cantera, los sistemas de transporte adecuados y el acopio de materiales y su colocación en la obra son los aspectos organizativos constructivos mas importantes. Tal y como ya se ha indicado, hay que disponer por otra parte de sistemas de previsión meteorológica para prever temporales y poder acelerar la obra y proteger el avance del dique con los materiales acopiados. Los controles que deben realizarse sobre las diferentes partes de la sección de un dique durante su construcción son: NÚCLEO: Controlar la graduación del peso (caída del material). Se disponen de sistema tipo tolvas que distorsionan la caída del material y lo redistribuyen de nuevo. TALUDES: Que se cumplan los taludes estipulados en proyecto; y que no aparezcan irregularidades que rompan el perfil (puede ser peligroso para la navegación). ASIENTOS: Control de tipo geotécnico y de densidades o compacidades.

TURBIDEZ: Controlarla y minorarla siempre que sea posible.


Un seguimiento adecuado durante la ejecución se debe realizar mediante la inspección: Visual: mediante buzos para que no se hallen piezas irregulares. Automatizado: mediante sistemaselectrónicos ubicados en embarcación. Los mas utilizados son sistemas sondas (monohaz o multihaz) que proporcionan la profundidad en un punto dado o en una determinada superficie, respectivamente. Su posición en planta se obtiene mediante sistemas topograficos o de posicionamiento radioeléctrico, por satélite (GPS), etc. Constituyen el sistema para reproducir tridimensionalmente (x, y, z) lo que se esta construyendo. La barca realiza varios perfiles transversales, de manera que se obtiene información continua y periódica de la obra.

9. DURABILIDAD DE MATERIALES
Las escolleras y los bloques de protección vienen siendo usados desde hace mas de 5.000 años. Los mecanismos de degradación física son: Abrasión (golpes entre bloques, arena en suspensión). Descascarillado (ataques salinos, movimientos térmicos). Fracturas catastróficas (roturas de elementos). Los factores que controlan el deterioro son : a) su posición en el rompeolas, b) el clima meteorológico local, c) las condiciones locales (oleaje, persistencias) y, d) el tipo de roca y su grado de meteorización. El proceso de deterioro puede iniciarse con la fracturación de bloques inestables, la aparición de cavidades en el manto, etc. Los mecanismos de deterioro se pueden resumir en: Redondeo de bloques, reduciendo su peso y trabazón. Descascarillado superficial, cristalino o térmico (la porosidad facilita el proceso). Golpes, pueden producir roturas en los bloques. El ensayo de Los Angeles estudia los procesos abrasivos. Existen, por otra parte, ensayos para fracturas, absorción de agua El peso y características de los materiales cambiancon el tiempo, por lo que hay que estudiar su evolución. La colocación cuidada en obra puede evitar movimientos (abrasión) y hay que tener en cuenta que trabazones pobres entre los elementos origina inestabilidades. * Hormigón: el hormigón resiste bien a compresión, pero no a tracción, por lo que es necesario armarlo con acero o fibras de polietileno. El hormigón presenta fatiga a flexión. Para aumentar su durabilidad se recurre a su impermeabilizadón (para evitar sales), usar bajas relaciones agua/cemento, buena compactación y curados cuidadosos y densos. Lo mas peligroso es el ataque de sulfatos, puesto que genera aumentos de volumen. El hormigón armado presenta buen comportamiento hasta la fecha. A largo plazo las sales atacan al acero de forma electrolítica. Se estan estudiando hormigones a base de cementos modificados que


resistan a tracción y permitan reducir a cero el armado. Para evitar el ataque salino se recomienda el hormigón pretensado en diques verticales ya que la compresión reduce corrosión. Las unidades armadas presentan los siguientes problemas: a) uso de cementos especiales, b) hormigón de alta calidad, c) mejora del curado y d) fibras armadoras. En todo caso el futuro pasa por el uso de cementos modificados. El hormigón pretensado es preferible al armado.

10. CIMENTACIÓN: DATOS, MEJORAS, COMPORTAMIENTO Y DISEÑO
Antes de abordar el problema de la estructura de un dique es aconsejable estudiar las condiciones del terreno sobre el que se va a asentar: la estabilidad del conjunto y su cimentación. Al igual que en el clima de diseño, una buena información del fondo es la únicaforma de reducir el costo del diseño sin aumentar el riesgo de la obra (la investigación y costos deben ser proporcionados a la obra). Los cambios de corrientes inducidos por el dique pueden afectar gravemente a suelos blandos facilmente erosionables. Las operaciones de reposición deben basarse en buena información de fondo, el estudio de los movimientos de sedimentos y un planeamiento riguroso de trabajos. Por otra parte, para obtener la solución óptima es necesario disponer de buena información de los materiales de préstamos (coste y localización) procediendo a la identificación, muestreo y sondeos tanto de manto, como de base, bermas y arenas de préstamos. Habra que considerar: Seguridad frente al deslizamiento. Erosiones. Deformaciones durante construcción (medición). Los parametros descriptivos del suelo presentan generalmente amplia variación y hay que recurrir a los valores mínimos, no a los medios. Igualmente hay que considerar la existencia de obras de dragado próximas que puedan producir erosiones turbulentas y concentraciones de energía. La erosión de cimientos y bermas es el principal problema para el que no han sido desarrollados métodos eficaces de diagnosis. Los cimientos tienen gran influencia en el método constructivo, en el progreso de los trabajos, el mantenimiento, capital y demas aspectos de la obra.


11. MODELOS FÍSICOS
El fallo de un dique rompeolas es muy caro y difícil de observar por el peligro físico que representa. Por ello, los ensayos a escala son una herramienta esencial que permite la observación de procesos de destrucción, su control y medición. En un ensayofísico, las averías también pueden llegar a ser caras dependiendo de la escala; por consiguiente, el diseño y la escala del experimento físico debe ser cuidadosamente determinado con el fin de optimizar los ensayos y las enseñanzas que de ellos se derivan. El proyectista, el constructor y el ingeniero de modelos deben diseñar en coordinación los ensayos a escala. En general se recomiendan ensayos 2-D sistematicos en canal (E: 1/10 a 1/50), ensayos 3-D sistematicos en tanque (E: 1/50 a 1/150) y ensayos de los estados de construcción. Se debe observar el comportamiento del dique frente al clima marítimo de diseño con objeto de presentar propuestas de variación de secciones. Cada test se repite al menos 2 veces con objeto de medir la variabilidad de los resultados. La intensidad del oleaje en los ensayos crece progresivamente para ver el comportamiento límite hasta la rotura total. Los estudios de las diferentes fases de construcción deben estar dirigidos por el constructor que prestara atención especial al la forma final del dique y sus posibilidades de reconstrucción. Los modelos que pretenden reproducir correctamente las fuerzas de gravedad y de inercia necesitan seguir la similaridad de Froude (H-λ, T-[λ]1/2), la viscosidad y tensión superficial quedaran mal reproducidas y generaran efectos de escala. Los movimientos de los elementos del manto, la permeabilidad y el rebase son características y procesos que se veran afectados por los efectos de escala. Si T < 0.5 seg., hay que considerar que la tensión superficial es importante. No existe un acuerdo general sobre la escala óptima de los modelos físicosde diques; por un lado se necesita una escala suficientemente grande como para reducir los efectos de escala a niveles aceptables, por otro lado, las escalas grandes aumentan los costes de los ensayos al ser necesarios equipos mas caros, mayores volúmenes y mayores duraciones. Dado que el dinero para ensayos suele estar limitado de antemano, el verdadero problema es buscar las instalaciones y escala que puedan proporcionar los resultados mejores y mas completos. Aunque no hay acuerdo sobre escalas, para ensayos de estabilidad del manto se recomienda realizar los ensayos con un número de Reynolds superior a 30.000.

El núcleo es el menos importante desde el punto de vista hidraulico, el material se coloca a mano con lo que se consigue una buena compactación. La forma y tamaños de piedra en capas de filtro afectaran la fricción y trabazón con la capa superior. El tamaño de piedra se modela con λ (escala de longitudes), por lo que existira un efecto de escala sobre permeabilidad.


El manto principal es el elemento del dique mas importante, deberan reproducirse adecuadamente los elementos y el método de colocación (aleatoria, concertada, etc.). Es necesario considerar el tamaño (λ), forma, peso específico, rugosidad (λ), resistencia y espaldón (λ). Conseguir la adecuada densidad y resistencia de los elementos del manto (con similaridad de Froude) es muy caro o imposible. En lo posible, la colocación debera seguir el método constructivo, aunque para ahorrar tiempo y dinero se suelen colocar a mano evitando colocaciones óptimas.

Sección de dique en talud ensayandose en canal de oleaje

 





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