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DETERMINACIÓN UMBRALES DE REBASE EN AVISAM

Miguel Ángel Pindado Rodríguez Subdirección General de Infraestructuras y Conservación

INDICE GENERAL

•INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

•OBJETIVOS

•DATOS DE PARTIDA

•FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

•UMBRALES DEL CAUDAL DE REBASE

•METODOLOGÍA DEL CAUDAL DE REBASE

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

Diques de Abrigo

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

Diques de Abrigo. Tipología vertical y en talud

ANTECEDENTES

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

Rebases en el dique de la Nueva Bocana (1 de Marzo de 2013)

ANTECEDENTES

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

Efectos del temporal de noviembre 2001. Rebases por encima del dique del Este

ANTECEDENTES

Efectos del temporal de noviembre 2001. Rebases por encima del dique del Este

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

ANTECEDENTES

Efectos del temporal de San Esteban de 2008 en el paseo Gabriel Roca

Rotura pavimento

Daños terminal D Arranque de barandilla

SUBPRESIÓN

OLEAJE

REBASESREBASES

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

ANTECEDENTES

Rebases en el dique del Este

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

Oleaje irregular

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

Dimensionamiento diques

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

Dimensionamiento diques. Rebases

OBJETIVOS

OBJETIVOS

Introducción

La determinación del caudal de rebase en el ámbito del Puerto de Barcelona y su

relación con unos umbrales máximos se integra en el “Procedimiento de gestión

de avisos y primeras medidas preventivas ante una situación meteorológica de

riesgo”.

El objeto de este procedimiento es establecer la metodología y protocolos a seguir

en la gestión de los avisos asociados a una Situación Meteorológica de Alerta

(SMA). Asimismo incluye las medidas de prevención a tomar en primera instancia.

Es necesario señalar que la estimación de rebases en las obras de defensa

marítimas es un tema muy complejo y difícil de estimar.

DATOS DE PARTIDA

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Planta general

TRAMOS CONTROLADOS

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Nueva bocana (Morro Norte, aguas semiabrigadas)

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Nueva bocana (Morro Norte)

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Nueva bocana (Plaza-1)

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Nueva bocana (Plaza-2)

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Nueva bocana (Plaza-3)

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Nueva bocana (Dique vertical)

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Dique Este (Muelle Adosado – 1 y Paseo Gabriel Roca)

ESCOLLERA 9 T.

ESCOLLERA 6 T.

ESCOLLERA 3 T.

ESC. DE 1 A 2 T.

2

1

1

3

41

MEZCLA BLOQUES DE HORMIGÓN DE 80T/60T/26T

(ESCOLLERA GRUESA)

CAJÓN DE HORMIGÓN CON CAL HIDRAÚLICA

RELLENO DE ESC. Y MAT. GRANULAR

HORMIGÓN CON CAL HIDRAÚLICA

+11,2 +10,0

HORMIGÓN

EN MASA

BLOQUES DE H

ORMIGÓN D

E 80 T.

ESCOLLERA DE 3.5 T

.

ESCOLLERA DE 8 T.

ESCOLLERA DE 1 T.

ESCOLLERA DE 3.5 T.

ESCOLLERA DE 0.2 A 1 T.ESCOLLERA SIN CLASIFICAR

(DIQUE SUMERGIDO ANTIGUO)

ESC. 1 T. ESCOLLERA DE 1 A 3.5 T.

ESC. SIN CLASIFICAR

ESCOLLERA DE 0.2 A 1 T.

ESCOLLERA DE 1 A 3.5 T.ESCOLLERA SIN CLASIFICAR

(PESO MÍNIMO 1 Kg.)

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Dique Este (Muelle Adosado – 2)

+12,0

DATOS DE PARTIDA

Secciones tipo. Dique Sur (Tramo vertical)

DATOS DE PARTIDA

Oleaje de cálculo. Sistema de predicción SAPO

Puertos del Estado ha desarrollado un sistema de predicción local de oleaje

calibrado para la zona del Puerto de Barcelona, SAPO, que proporciona

predicción del oleaje y viento, con frecuencia horaria, en base a una información

meteorológica. Esta información se actualiza vía telemática dos veces al día, con

un horizonte de 72 horas. Este sistema de predicción consta de dos módulos, uno

en el exterior del puerto y otro en el interior. El modulo del exterior cubre una

zona de unos 25 x 25 kilómetros con una resolución de 500 m. y está anidado a

la predicción que cubre todo el Mediterráneo.

Se han seleccionado los puntos de la malla más cercanos a cada uno de los

tramos de diques objeto de este procedimiento de alarmas y se han asociado a

ellos. En la figura adjunta se pueden observar estos puntos que son: S-3, S-9, S-

11, S-12 y S-14. La salida del modelo, consiste en el espectro de densidad de

energía del oleaje, discretizado en 30 frecuencias y 36 direcciones, en cada uno de

los puntos de la malla y para cada hora del horizonte de predicción.

DATOS DE PARTIDA

Oleaje de cálculo. Sistema de predicción SAPO

Puntos SAPO

DATOS DE PARTIDA

Oleaje de cálculo. Modelos meteorológicos

GFS400 METOFFICE

WAM DWD

DATOS DE PARTIDA

Oleaje de cálculo. Modelos meteorológicos

DATOS DE PARTIDA

Niveles de mar

La influencia del nivel de mar es muy importante en la evaluación de los efectos

del oleaje de cara al rebase.

Puertos del Estado también dispone de un módulo de predicción del nivel de mar

por lo que se utiliza este nivel en los cálculos de rebase a efectuar.

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

Introducción

En general, la tasa media de rebase por unidad de longitud de la estructura, q,

depende de los siguientes parámetros:

donde:

• Hs: altura de ola significante

• Top: período del oleaje asociado al espectro de pico en aguas profundas

• s: dispersión direccional del oleaje (cuando este no es de cresta larga)

• β: ángulo de incidencia del oleaje

• Rc: francobordo

• hs: profundidad del agua en frente de la estructura

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

Introducción

El cálculo de esta tasa de rebase está basada en expresiones empíricas obtenidas

de ensayos en laboratorio, por lo que los resultados obtenidos dependen no sólo

de las condiciones medioambientales, como altura de ola, período del oleaje y

nivel de agua, sino también de las propiedades del material y de la geometría de

las capas del dique, y serán de aplicación dentro del rango de validez de los

ensayos realizados en cada caso. En la literatura existente sobre rebases en diques

en talud, dominan dos tipos de formulaciones:

•Q = a .e−(bR)

•Q = a .R−b

donde:

•Q es la tasa de rebase adimensional, que vendrá dada por alguna de las

siguientes expresiones

•R es un francobordo adimensional

•a y b : parámetros a determinar según cada formulación

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

Fórmulas habituales

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

Sensibilidad del caudal a las distintas fórmulas

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1 1,5 2 2,5 3

Hs

Reb

ase (

l/s/m

l)

1,00 1,00

0,92 1,00

1,00 0,85

0,92 0,85

1,00 0,50

0,92 0,50

Modelo 0,50

Modelo 0,85

Modelo 1,00

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

Proyecto CLASH. EUROTOP

Debido a esta alta dispersión en los resultados, distintos Organismos europeos

emprendieron el proyecto CLASH, el cual ha fructificado en el manual “Wave

Overtopping of Sea Defences and Related Structures: Assesment Manual”

(“Rebase del defensas de la costa y otras estructuras relacionadas: Manual de

evaluación”), denominado por sus autores “EurOtop”, publicado en Agosto de

2007.

El proyecto europeo CLASH, “Determinación de la altura de coronación de las

estructuras costeras a partir del seguimiento en prototipo, predicción mediante

redes neuronales y análisis sobre los riesgos provocados por los rebases” (“Crest

Level Assessment of Coastal Structures by Full Scale Monitoring, Neural Network

Prediction and Hazard Analysis on Permissible Wave Overtopping”), nace de la

necesidad de disponer de un procedimiento genérico de diseño para determinar la

cota de coronación en las obras marítimas de abrigo.

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

Fórmulas utilizadas

Tras un análisis de las distintas formulaciones existentes, se ha considerado

adecuado considerar para la tipología de sección vertical, la fórmula de Franco et

al. (1999). El caudal de rebase puede expresarse a partir de la fórmula obtenida

por

donde son los factores de influencia por oblicuidad del oleaje y por el tipo

de pared, Hs es la Altura significante del oleaje y Rc la altura de coronación del

dique.

Asimismo, para la tipología de sección en talud se ha considerado la variante

determinística contemplada en EUROTOP. El caudal de rebase puede expresarse a

partir de la fórmula:

donde es un factor de influencia por la tipología del dique

FORMULACIONES PARA EL CALCULO DEL CAUDAL DE REBASE

Fórmulas utilizadas. Sensibilidad

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

-0,005000 0,000000 0,005000 0,010000 0,015000 0,020000 0,025000 0,030000

Alt

ura

sig

nif

ican

et (

m)

Overtopping calculo (m3/s por ml)

Sensibilidad fórmula EUROTOP 2007

Rc=9,15 m

=0,6

UMBRALES DEL CAUDAL DE REBASE

UMBRALES DEL CAUDAL DE REBASE

Límites según Franco et al.(1994)

Vehículos Peatones Edificios Muros decontención

Diques conrevestimientos

Seguro a cualquier velocidad

Inseguroa velocidadalta

Dique vertical:Inseguro aparcado

Dique en talud:Inseguroaparcado

Inseguroa cualquiervelocidad

Muy peligroso

Dique de hiervapeligroso

Dique vertical:peligroso

Inconfortablepero nopeligroso

Dique en talud:Peligroso

Húmedo pero no inconfortable

Sin peligro

Pequeñosdaños aaccesorios

Dañosestructurales

Daño si eltalud interiorno estáprotegido

Daño aúncon protección

Daño aunqueel paseo estépavimentado

Daño si el paseo no estápavimentado

Sin peligro

Sin peligro

SEGURIDAD FUNCIONAL SEGURIDAD ESTRUCTURAL

1000

100

10

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

0.004

0.03

0.3

0.6

2

200

50

20

caudales de rebase tolerables (l/s/ml), tomada de Franco et al. (1994)

UMBRALES DEL CAUDAL DE REBASE

Límites según EUROTOP (2007)

caudales de rebase tolerables para peatones (Tabla 3.2 EUROTOP)

Elemento y motivos de riesgo Tasa de rebase admisible, q Volumen admisible, Vmax

Personal portuario entrenado, equipado y protegido,

sabiendo que se puede mojar, rebase de nivel bajo, no

jets, bajo riesgo de caerse al agua.

1-10 l/m.s 500 l/m a nivel bajo o

bajas velocidades

Peatones alerta, que vean claramente el mar, que no se

asusten fácilmente y que toleren mojaduras. Camino

ancho.

0,1 l/m.s 20-50 l/m a nivel alto o

altas velocidades

UMBRALES DEL CAUDAL DE REBASE

Límites adoptados

TRAMO q (litros /segundo/metro)

Nueva Bocana ( Morro Norte) 0,1

Nueva Bocana ( Plaza) 0,1

Nueva Bocana ( Dique Vertical) 0,1

Dique ESTE (Paseo Gabriel Roca) 0,1

Dique ESTE (Muelle Adosado-1) 0,3

Dique ESTE (Muelle Adosado-2) 0,3

Dique SUR (Tramo Vertical) 0,3

METODOLOGÍA DEL CAUDAL DE REBASE

METODOLOGÍA DEL CAUDAL DE REBASE

Esquema básico (1/2)

1.Determinación del oleaje y nivel de mar

Puertos del Estado mediante el sistema de predicción local de oleaje en la

Autoridad Portuaria de Barcelona, SAPO, predice para un determinado

horizonte el espectro de oleaje en los puntos S-3, S-9, S-11, S-12 y S-14.

En paralelo, Puertos del Estado, mediante su sistema de predicción de nivel

del mar determina el nivel de mar para el mismo horizonte.

2.Determinación de la altura de ola de cálculo

Una subrutina auxiliar calcula la altura de oleaje de cálculo (Hs) para cada

TRAMO partiendo del espectro de oleaje asociado al TRAMO y de la

orientación del TRAMO.

METODOLOGÍA DEL CAUDAL DE REBASE

Esquema básico (2/2)

3.Determinación del nivel de rebase

Una segunda subrutina calcula el nivel de rebase previsto en cada TRAMO

partiendo de la altura de oleaje (Hs) asociada al TRAMO y del nivel de mar

previsto (se utiliza la formulación de Franco et al. (1999) o de Eurotop según

sea la sección transversal del TRAMO)

4. Verificación de superación del umbral

Para cada TRAMO y para cada uno de los horizontes de predicción se verifica

la superación, o no, del umbral preestablecido. En caso de superación el

sistema emite el aviso correspondiente.

UMBRALES DEL CAUDAL DE REBASE

Ejemplo de cálculo. Nivel de mar: 0,85 m

Nomenclatura

Dique Este

(Paseo

Gabriel Roca)

Dique Este

(Muelle

Adosado-1)

Dique Este

(Muelle

Adosado-2)

Dique Sur

(Tramo

vertical)

Nueva

Bocana

(Dique

Vertical)

Nueva

Bocana (Plaza-

3)

Nueva

Bocana (Plaza-

2)

Nueva

Bocana (Plaza-

1)

Nueva

Bocana

(Morro Norte)

Dique de abrigo Dique Este Dique Este Dique Este Dique Sur (ll) Bocana NorteBocana NorteBocana NorteBocana NorteBocana Norte

Tramo Tramo 3 Tramo 3 Tramo 4 Tramo ll

Tipología Talud Talud Talud Vertical Vertical Talud Talud Talud Talud

Fórmula Eurotop Eurotop Eurotop Franco Franco Eurotop Eurotop Eurotop Eurotop

Umbral Alarma 0,0001 0,0003 0,0003 0,0003 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001 0,0001

Overtopping calculo (m3/s por ml) 0,000100 0,000300 0,000300 0,000300 0,000100 0,000100 0,000100 0,000100 0,000100

Overtopping calculo (l/s por ml) 0,100 0,300 0,300 0,300 0,100 0,100 0,100 0,100 0,100

Parámetros hidrodinámicos

PUNTO SAPO asociado S-11 S-11 S-9 S-3 S-12 S-14 S-14 S-14 S-14

Hs m 3,33 4,07 4,34 1,99 1,69 3,56 3,33 3,80 3,80

Marea m 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85

Parámetros físicos

hs m 16 16 20 15 15 16 16 16 16

Rc m 10 11,2 12 6 6 11 10,25 11,75 11,75

Asiento 0,00 0,00 0,00 0,30 0,25 0,25 0,25 0,25

Parámetros inc.marea y asiento

hs m 16,85 16,85 20,85 15,85 15,85 16,85 16,85 16,85 16,85

Rc m 9,15 10,35 11,15 5,15 4,85 9,90 9,15 10,65 10,65

Overtopping

Franco et al.

gb 1 1

gs 1 1

q (m3/s por ml) 0,000300 0,000100

Eurotop 2007 (talud)

f 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6 0,6

q (m3/s por ml) 0,000100 0,000300 0,000300 0,000100 0,000100 0,000100 0,000100

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Gracias

EL PUERTO DE BARCELONA

Setiembre de 2012