Propuesta de un enrocado de protección en el borde costero de Horcón y verificación del funcionamiento hidráulico mediante modelación CDF
Fecha
2020-10
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Profesor Guía
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Facultad
Facultad de Ingeniería
Departamento o Escuela
Escuela de Ingenieria Civil Oceanica
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Recolector
Especie
Nota general
Resumen
Horcón es una localidad ubicada en la comuna de Puchuncaví, provincia y región de Valparaíso. Se caracteriza por tener una bahía orientada hacia el Norte, donde existe un grupo de viviendas que han sido afectadas por algunos eventos de marejadas, los cuales han generado daños en el frontis de sus casas junto con problemas de conexión vial y peatonal a las viviendas contiguas.
El objetivo del proyecto es proponer un enrocado de protección en el sector costero, y luego modelar con técnicas de CFD (Computational Fluid Dynamics), para comparar los valores de sobrepaso obtenidos numéricamente con aquellos obtenidos mediante la formulación del Manual Eurotop.
El estudio se realizó solo con datos públicos, como el Atlas de Oleaje (Universidad de Valparaíso, UV), las cartas náuticas de la zona (Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada, SHOA), junto con antecedentes obtenidos desde la Dirección de Obras Portuarias (DOP) y del Sea Level Monitoring IOC.
El enfoque metodológico a grandes rasgos fue, a partir de las características y necesidades de la zona definir las bases de diseño según el manual ROM (0.2-90, 1990), obteniendo un periodo de retorno de 50 años para el enrocado. Para la obtención del nivel de diseño, se hizo un traslado geométrico de la marea, desde Quintero a Horcón, para tener un año en la zona de estudio, permitiendo estimar la marea astronómica y meteorológica. Para el oleaje, se transfirieron las olas del Nodo Valparaíso (Atlas de Oleaje), utilizando Mike 21 SW, Mike 21 BW y la formulación de Goda (1985) hasta el pie de la estructura. Con la data del oleaje, se estimó el Wave Setup (para el nivel de diseño), clima medio en aguas profundas, clima medio en el pie del enrocado y clima extremo en el enrocado. Luego, se definieron las olas para el diseño de estabilidad y el hidráulico, las que junto con distintas pendientes analizadas, permitieron definir un perfil que cumpliera con el caudal admisible (tablas Eurotop), y que calzara con las características de la zona. Finalmente, con el perfil ya definido se ejecutaron casos en el modelo REEF 3D, que permite simular un canal de olas, por lo que se hizo un escalamiento espacial y temporal para obtener resultados, con el fin de comparar los caudales
del modelo con los calculados con el Eurotop (Agency, 2018).
El oleaje en aguas profundas, con 35 años de data (Nodo Valparaíso, Atlas de oleaje de Chile, Universidad de Valparaíso), presentó una acumulación de datos en el tercer cuadrante, con periodos característicos del oleaje tipo Swell (mayores a 10 s), y alturas de olas predominantemente entre 2.0 m y 3.5 m.
El oleaje en el pie de la estructura, se presentó principalmente desde el WNW con alturas menores a los 1.10 m y con periodos del tipo Swell. Para el diseño hidráulico, se consideraron las olas transferidas H5% a la H1%. Respecto al clima extremo, se llevó a cabo con el Método
POT (Peak Over the Threshold) y con distribuciones de ploteo de Weibull, dando una ola para
el diseño de estabilidad con periodo de retorno de 50 años, igual a 1.60 m. Con la altura de 1.60 m, junto con las 5 pendientes analizadas (de 1:1.50 a 1:2.50), se obtuvieron las características de la coraza, Dn50 = 0.85 m y de un M50= 1.63 T. Se escogió la pendiente de 1:2.00 (V:H), porque calza de buena manera con las características
topobatimétricas de la zona.
El diseño hidráulico, se llevó a cabo tomando el porcentaje del tiempo en que se supera el caudal admisible en el enrocado (obtenido de las tablas del Eurotop). Finalmente, se consideró la ola de diseño H2%, donde se propuso un enrocado con 3 Dn50 en la cresta, un muro de 1 m al final del enrocado y un francobordo de 1.69 m, que mantiene la cota en la que están las viviendas de la zona. Si bien, estadísticamente el 2% del tiempo se superara el caudal
admisible (7 día al año aproximadamente), las casas están a 12 m del enrocado, por lo están no se verían afectadas en dichos casos.
Con el modelo REEF 3D, se ejecutaron casos considerando el diseño final calculado con Eurotop (Agency, 2018). Para la simulación con el modelo CFD, se realizó un escalamiento espacial (λ = 64) y temporal (τ = 8), igualando el número de Reynolds real y el escalado, luego en el modelo se simularon distintos casos de alturas de ola (H5%, H2%, H1% y Hmax), los que fueron calibrados a través de un proceso iterativo. Con los casos calibrados, no se presentaron
sobrepasos en la estructura, incluso para la simulación de Hmax (real = 1.534, escalada =0.024 m), por lo que asumiendo que el modelo representa de buena manera, y al igual que un modelo físico, se podría inferir que la formulación de sobrepaso del Eurotop es conservadora, por lo que se recomendaría diseñar directamente con el caudal admisible. Cabe mencionar que el Manual Eurotop, debe ser el más utilizado para el diseño de enrocados, siendo esperable que sea conservador, y no proponga estructuras que no cumplan con el propósito de su diseño.
Como conclusión general, se podría decir que el enrocado propuesto cumple con los caudales admisibles del Manual Eurotop, solucionando la problemática generada por algunos eventos de marejadas sin un mayor impacto en el sitio, ya que se respetará el nivel de la calle y se aumentará su área útil para los peatones. Además, se podría decir que el manual Eurotop es conservador en sus formulaciones, ya que asumiendo que el modelo REEF 3D representa de
buena manera la interacción ola-estructura, este no presentó sobrepaso alguno, incluso en la simulación de la máxima ola transferida.
Descripción
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Auspiciador
Palabras clave
MAREAS, OLEAJE, VARIABLES HIDRODINAMICAS