Evaluación de la sensibilidad en el diseño de obras marítimas condicionadas por la acción del oleaje, una aplicación a defensas costeras
Fecha
2021-05
Autores
Profesor Guía
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Editor
Universidad de Valparaíso
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Departamento o Escuela
Escuela de Ingenieria Civil Oceanica
Determinador
Recolector
Especie
Nota general
Resumen
El presente trabajo tiene como finalidad evaluar la sensibilidad de un diseño de obras
marítimas a través de la caracterización de los estudios de condiciones naturales. La
sensibilidad se obtiene cuantificando, mediante el pre-diseño de una defensa costera, la
variación de parámetros y/o metodologías que integran las etapas comunes en los
proyectos de obras marítimas.
Con base a información de proyectos que involucran el diseño de obras marítimas, se
identificaron y seleccionaron los estudios comunes para este tipo de infraestructura,
destacando como condiciones naturales relevantes: batimetría, oleaje, marea, y niveles
del mar.
La obtención de resultados comienza con el desarrollo de un análisis batimétrico integral,
fundamentado en la construcción de dos batimetrías con variada resolución que permiten,
evaluar y cuantificar las diferencias que induce la falta de información batimétrica en la
propagación de los modelos de oleaje propuestos para la zona de estudio, obteniéndose
por ejemplo, diferencias máximas de hasta 28 [m] en el campo de las profundidades
(entre una batimetría y otra), diferencias de profundidad que no se ven reflejadas al
momento de utilizar las batimetrías como herramientas de propagación en modelos de
oleaje para la estimación de parámetros de diseño, destacando como desigualdades
máximas en este ítem (alturas de diseño) valores de 0.10 [m] de altura de ola entre una
batimetría y otra.
El oleaje, por otra parte, se abordó mediante los estudios de clima medio y extremo tanto
en aguas profundas como para el sitio de interés. Del clima medio, se obtuvo una
caracterización completa de los parámetros que conforman este fenómeno, expuestos a
través de representaciones graficas como histogramas, tablas de incidencia, y rosas de
oleaje. En cuanto al estudio de clima extremo, se estiman los valores de mayor energía
que presenta la estadística, que posteriormente, son evaluados como parámetros de
diseño. De este último punto es posible destacar la comparación metodológica realizada
en la selección de eventos extremos en aguas profundas versus en el sitio de interés,
donde, del total de 36 eventos seleccionados son 17 los considerados como extremos en
aguas profundas y que no son identificados como tales en el sitio de interés, mientras, 15
eventos seleccionados como extremos en el sito de interés no son tomados en cuenta en
el análisis realizado en aguas profundas. Estos resultados permiten corroborar que la
metodología de evaluación de eventos extremos en aguas profundas y posterior
propagación, presenta diferencias en las alturas de ola calculadas, subestimando y
sobreestimando este parámetro dependiendo de las características que se le asignan al
oleaje propagado.
La marea, se determina considerando las componentes astronómicas y meteorológicas
que la conforman, obteniéndose como resultado parámetros que integran los niveles
convencionales de diseño. En este análisis la mayor discrepancia de valores ocurre en el
residuo meteorológico dependiendo de la metodología utilizada para la caracterización de
este fenómeno. Al plantear una metodología que involucre un análisis de valores
extremos en función de un periodo de retorno, se obtiene una sobreelevación por efectos
meteorológicos de 0.71 [m] y 0.79 [m] para los periodos de retorno de 25 y 50 años respectivamente, mientras de la determinación de los efectos individuales que conforman
la marea meteorológica (por presión atmosférica y viento) se obtienen correcciones de -
0.16 [m] asociada a “buen tiempo” y de +0.07 [m] para una condición de “temporal”.
Se desarrollan dos metodologías para la estimación de los niveles de diseño. La primera
consiste en la conformación de un nivel sobre la base de los parámetros obtenidos en los
estudios de condiciones naturales, nivel de diseño denominado “Convencional” y de
valores 3.44 [m] NRS para el periodo de retorno de 25 años y de 4.19 [m] NRS para el
periodo de retorno 50 años. La segunda metodología permite la obtención de un nivel de
diseño designado como “Probabilístico” y se fundamenta a través de funciones
paramétricas denominadas cópulas. De este nivel se obtienen valores de 2.14 [m] NRS
para el periodo de retorno de 25 años y de 2.22 [m] NRS para el periodo de retorno 50
años.
Para comprender el comportamiento del oleaje en la zona rompiente y obtener valores de
altura de ola al pie de la estructura se utilizó la formulación de Goda (2000), empleada a
partir de una combinación de valores de alturas de olas propagadas al sitio de interés y
los niveles de diseño convencional y probabilístico para periodos de retorno de 25 y 50
años (parámetros resultantes de las variaciones metodológicas planteadas en párrafos
anteriores). Los resultados obtenidos para esta sección dan cuenta de alturas de olas de
diseño para una condición post rompiente y progresiva, calculadas para una cota de
profundidad de -2.0 [m] NRS.
Finalmente, cada combinación obtenida al variar parámetros y/o metodologías es
evaluada y cuantificada para una defensa costera a través de su diseño de estabilidad e
hidráulico, y proyectado mediante el diseño de un dique en talud. Un ejemplo de lo
mencionado anteriormente se resume en una comparación de secciones tipo de defensa
costera, donde “A” representa una configuración diseñada para un escenario de periodo
de retorno de 50 años, Batimetría Completa y nivel de diseño convencional y “B”
representa una configuración para un escenario de periodo de retorno de 50 años,
Batimetría Modificada y nivel de diseño convencional (ver Figura 47), otro ejemplo es
comparar secciones donde “A” representa una configuración diseñada para un escenario
de periodo de retorno de 50 años, Batimetría Completa y nivel de diseño convencional y
“B” representa una configuración para un escenario de periodo de retorno 50 años,
Batimetría Completa y nivel de diseño probabilístico (ver Figura 48).
Descripción
Lugar de Publicación
Auspiciador
Palabras clave
OBRAS MARITIMAS, OLEAJE, BATIMETRIA