PrincipioS ingenieria de costas

7/29/2019 PrincipioS ingenieria de costas

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LAS MAREAS

DefinicionesMareas: movimientos peridicos yalternativos de ascenso y descenso delnivel del mar producidos por la atraccingravitacional que ejercen sobre la Tierrala Luna y el Sol principalmente.

Pleamar: nivel mximo alcanzado por unamarea creciente.Bajamar: nivel mnimo alcanzado por una

marea vaciante


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marea vaciante

LAS MAREAS

Las mareas en la costa peruana: Costa norte: 2.00 2.50 m Costa central: 1.00 1.20 m

Costa sur: 0.80 1.00 m


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LAS MAREAS

Mareas de Sicigias: ocurren cuando lasfuerzas gravitacionales se superponen,dando lugar a fluctuaciones mximas del

nivel del mar. Coinciden con la ocurrenciade luna nueva y luna llena

Mareas muertas: ocurren cuando las

fuerzas gravitacionales tienen direccionesvectoriales ortogonales. Las fluctuacionesson mnimas. Coinciden con la ocurrencia

de cuarto creciente y cuarto menguante


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LAS MAREAS

Edad de las mareas: corresponde altiempo de retardo que normalmente seproduce entre la ocurrencia de las fases

de la luna y la respuesta de la masa de aguade los ocanos a las fuerzas gravitatoriasactuantes. Normalmente es de 2 a 3 das.

Periodo de las mareas: en la costaperuana las mareas son semidiurnas, con unperiodo aproximado de 12 h y 25 min.


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LAS MAREAS

TABLA DEMAREAS

Fuente:

http://www.dhn.mil.pe/


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LAS MAREAS

NMBSO MLWS: es el nivel promedio delos bajamares de sicigias ordinarias.

A lo largo de toda la costa del Pacfico seutiliza este valor caracterstico como nivelde referencia (nivel cero) para planosbatimtricos, cartas de navegacin y paratodo tipo de obra portuaria.


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LAS MAREAS

NMPSO MHWS: es el nivel promediode los pleamares de sicigias ordinarias.Es un valor importante para establecer

cotas de muelles, altura de rompeolas, etc.NMB MLW: es el promedio de todos losbajamares

NMP MHW: es el promedio de todos lospleamaresNMM MSL: es el promedio aritmticoentre el MHW y MLW.


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LAS MAREAS

Para determinar los niveles bsicos antessealados se requiere un registro demareas de varios aos. Si se desea

eliminar las variaciones de la marea por elcambio en el ngulo de declinacin de laLuna, se debe contar con un periodo mnimo

de registro de 19 aos.


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LAS MAREAS


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LAS MAREAS

Enlaces de inters:http://www.noaa.gov/

http://www.dhn.mil.pe/http://www.imarpe.gob.pe/
http://www.noaa.gov/http://www.dhn.mil.pe/http://www.imarpe.gob.pe/http://www.imarpe.gob.pe/http://www.dhn.mil.pe/http://www.noaa.gov/


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OLAS CORTAS

TEORIA LINEAL DE OLASSe asume que las olas quedan descritas poruna funcin sinusoidal: = sen(wt-kx)donde: (frec. angular) = 2 / T

k (nmero de ola) = 2 / Lsiendo T el periodo de la ola y L su longitud.


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OLAS CORTAS

En la costa peruana, las olas provienenmayormente del sur o del sur-oeste ytienen un periodo de 13 a 14 s. Durante laocurrencia de bravezas, el periodo puedeincrementarse a 17 o 18 s.

S

SO
http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.dfait-maeci.gc.ca/latin-america/latinamerica/images/peru-en.gif&imgrefurl=http://www.dfait-maeci.gc.ca/latin-america/latinamerica/country_info/peru-en.asp&h=544&w=450&sz=28&hl=es&start=35&tbnid=6MG98I1koqF59M:&tbnh=133&tbnw=110&prev=/images%3Fq%3Dperu%26start%3D20%26ndsp%3D20%26svnum%3D10%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DNhttp://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.dfait-maeci.gc.ca/latin-america/latinamerica/images/peru-en.gif&imgrefurl=http://www.dfait-maeci.gc.ca/latin-america/latinamerica/country_info/peru-en.asp&h=544&w=450&sz=28&hl=es&start=35&tbnid=6MG98I1koqF59M:&tbnh=133&tbnw=110&prev=/images%3Fq%3Dperu%26start%3D20%26ndsp%3D20%26svnum%3D10%26hl%3Des%26lr%3D%26sa%3DN


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OLAS CORTAS

Las olas quedan totalmente descritascuando se establece las siguientescaractersticas de las mismas:

Periodo (T) Longitud (L)

Celeridad (c) Angulo de aproximacin () Altura (H)


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OLAS CORTAS

En la descripcin de las olas mediante lateora lineal, resulta importante elplanteamiento de la llamada ecuacin dedispersin, que relaciona el periodo (T) conla longitud (L) y la profundidad disponible(d):

kdtanhgk2


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OLAS CORTAS

Usualmente, se requiere describir lasolas en tres regiones:

Aguas profundas (cuando d/L 0.5) Aguas poco profundas (cuando d/L

0.04)

Aguas de profundidad general (cuandolas olas transitan en una reginintermedia, en la que 0.04 < d/L < 0.5)


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OLAS CORTAS

Las condiciones en aguas profundasusualmente se denotan mediante elsubndice o.

El siguiente cuadro resume lascaractersticas de las olas en aguas

profundas y cuando transitan en una zonaen que la profundidad media del mar es d:


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OLAS CORTAS


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OLAS CORTASCaractersticas de las Olas en Aguas Profundas:


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OLAS CORTASCaractersticas de las Olas en Aguas Profundas:


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OLAS CORTAS

kd2senh

kd21kdtanh

1Ksh

Los coeficientes de shoaling y derefraccin se determinan con lassiguientes relaciones:

cos

cosKr o


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OLAS CORTAS

Rompimiento de las olas:Las olas, en su avance hacia la costa,reducen su longitud, con lo que se vuelven

ms escarpadas. Llega un momento en elque el empinamiento de la ola no puedemantenerse y sta colapsa. El rompimientode las olas usualmente ocurre cuando: H/d= 0.60 a 0.72El conocimiento de la zona de rompiente esimportante para los estudios de transporte

de sedimentos


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OLAS CORTAS

Difraccin de las OlasFenmeno en el cual se presentatransmisin de energa en la direccin

perpendicular a la de propagacin de la ola,lo cual da lugar a que sta gire alrededor deun obstculo natural o artificial.

El fenmeno de difraccin de las olas hasido analizado por Sommerfelt, quien haplanteado una solucin en funcin a lassiguientes hiptesis:


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OLAS CORTAS

La profundidad es constante El espesor del obstculo es pequeo No se produce reflexin La olas se describen mediante la teora

lineal

Mediante esta solucin, la altura de la olaen cualquier punto se determina con lallamada Espiral de Corn.


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OLAS CORTAS

Espiral deCornPara una ola noperturbada, la alturade la mismacorresponde a lalongitud delsegmento que une

los puntos +infinito yinfinito en laespiral de Corn


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OLAS CORTAS

Previamente se define el parmetro:w = (r y) / L


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OLAS CORTAS

donde:r distancia del extremo del obstculo, punto Q,al punto en el que se desea determinar la alturade ola, punto P.Y proyeccin del segmento QP en la direccin depropagacin de la ola.L longitud de las olas en la zona en estudio

La altura de la ola en el punto P se obtienemediante la relacin: H = Kd * Hisiendo Hi la altura de la ola incidente


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TRANSPORTE LONGITUDINAL DESEDIMENTOS

PuertoMartimo deSalaverry


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PuertoMartimode

Salaverry


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La estimacin del transporte desedimentos a lo largo del litoral esimportante para la adecuada descripcinde diferentes procesos costeros. ste sedesarrolla principalmente dentro de lazona de rompiente.

La magnitud del transporte depende de laenerga de las olas y del ngulo deincidencia de las mismas.


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Existen varias formulaciones para elclculo del transporte. Entre ellas, setiene:

Frmula del CERC (Coastal EngineeringResearch Center)

Frmula de Bijker Frmula de Queens


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Frmula del CERC:

Est basada en mediciones y prototipos y

modelos, llevadas a cabo por el BeachErosion Board, predecesor del U.S. ArmyCoastal Engineering Research Center.

La frmula del CERC establece lo siguiente:

brbr

2

brro

2

o

3 cossenKcH0195.0)s/m(S


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La frmula del CERC ha sido bastanteutilizada debido a su simplicidad; sinembargo, presenta las siguienteslimitaciones: Slo proporciona el transporte total en

la zona de rompiente, sin brindarinformacin sobre su distribucin endicha zona.


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No toma en cuenta las propiedades delmaterial. La frmula del CERC ha sidoderivada para playas con arenasuniformes de 75m a 1 mm.

No considera la influencia de la

pendiente de la playa. Slo calcula el transporte bajo la accinde las olas. El efecto combinado de olas

y corrientes no es tomado en cuenta


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Frmula de Bijker:

Es un planteamiento de mayor rigor terico

que permite determinar la distribucin deltransporte longitudinal de sedimentos en lazona de rompiente, considerando la

influencia de las olas y las corrientes.Incorpora en el anlisis la rugosidad delfondo, el tamao de las partculas y lapendiente de la playa.


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Bijker desarroll su planteamientoconsiderando la frmula de Kalinske-Frijlinken el clculo del transporte de fondo y la de

Einstein en la determinacin del transporteen suspensin. La influencia de las olas seda en la agitacin del material.

Bijker consider una rugosidad igual a lamitad de la atura de los rizos del fondo.Estudios ms recientes plantean que r sea 2a 4 veces dicha altura.


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La frmula de Bijker requiere de lossiguientes datos:

Altura de las olas, Ho Periodo de las olas, T

Angulo de aproximacin, o Densidad de las partculas de arena, s

Densidad del agua,


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Tamao de las partculas, D y D90

Rugosidad caracterstica del lecho, r

Pendiente de la playa, m Indice de rompimiento,

Adicionalmente, debe determinarse enforma previa la velocidad desedimentacin de las partculas (W)


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Con los datos anteriores, es posibledeterminar la razn de transporte paradiferentes puntos (de profundidad d)comprendidos en la zona de rompiente.El procedimiento a seguir es el siguiente:

Determinacin de parmetroscinemticos:H = d


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L

2K

Kd

1

2

HX b

Kd1

2HV x


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d

rA

r

d12log18C

90Dd12log18C

Rugosidad adimensional:

Coef. de Chezy real:

Coef. de Chezy para D90:

Factor de rizos:2/3

C

C

Clculo de parmetros de rugosidad:


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194.0

bw

r

X

213.5977.5expf

Determinacin del coeficiente fw:

para 1.47 < Xb/r < 3000

32.0fw

para Xb/r < 1.47


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Clculo de la velocidad promedio de lacorriente en la vertical, para laprofundidad d en consideracin:

m.df

C

c

sen

28

g5V

wo

o


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Clculo del esfuerzo cortante en elfondo debido a la accin de la corriente(c) y debido a la accin combinada de lasolas y la corriente (cw):

g2

fC w2

2

cC

Vg

2

xccw

V

V

2

11


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Determinacin del parmetro Z*, apartir del conocimiento de la velocidadde sedimentacin (W):

cw

W*Z

donde:

- constante de Von Karman = 0 4 E E


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Determinacin del transporte de fondopor unidad de ancho, Sb:

cw

b

gD27.0exp

C

gBDVS

donde:B constante = 5.00

- densidad relat sumergida = (

s-

)/

P E G E


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Determinacin del transporte ensuspensin por unidad de ancho, Ss:

QS83.1Ir

d33ln.IS83.1S b21bS

donde:

I1 e I2 son las llamadas integrales deEinstein, las mismas que se determinan

con las siguientes ecuaciones: R N P R E L NG D N L DE


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d1

A1

A216.0I

*Z1

A*Z

1*Z

1

dln1

A1

A216.0I

*Z

1

A*Z

1*Z

2

TRANSPORTE


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TRANSPORTELONGITUDINALDE SEDIMENTOS

Tabla que permiteencontrar la

relacin Ss/Sb

TRANSPORTE LONGITUDINAL DE


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Comentarios respecto de la frmula deBijker:

a) Influencia de r:El aumento de la rugosidad del fondohace disminuir la velocidad de la

corriente a lo largo de la costa. Comoconsecuencia, la razn de transportedisminuye con un incremento de la

rugosidad TRANSPORTE LONGITUDINAL DE


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b)Influencia de D:

El dimetro D tiene influencia no solo

en el transporte de fondo (Sb), sinotambin en la velocidad de sedimentacin(W) y en el factor de rizos (). La

relacin es bastante compleja.



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c) Influencia de m:Puede verificarse que la velocidad de lacorriente a lo largo de la costa aumentacon un incremento de la pendiente de laplaya. Sin embargo, un aumento de mestrecha la zona de rompiente, de modo

tal que el transporte total a lo largo deuna costa con pendiente ms pronunciadase diferencia poco del transporte a lolargo de una costa con pendiente

moderada TRANSPORTE LONGITUDINAL DE


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Frmula de QueensEsta frmula ha sido desarrollada porKamphuis, de la Universidad de Queens,

Canad.La frmula establece lo siguiente:



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donde: S - transporte de sedimentos, m3/s p porosidad, en forma decimal S densidad de los sedimentos, kg/m3

Hb altura significante de las olas en la lnea derompiente, m

Lo longitud de las olas en aguas profundas, m T periodo de las olas, s - pendiente de la playa, en forma decimal D50 dimetro mediano de las partculas, m b ngulo de aproximacin de las olas en la lnea de

rompiente



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Se ha llegado a comprobar que esta frmula es msaplicable que la frmula del CERC.

Sin embargo, es solo vlida bajo las siguientes

condiciones: Que no haya corrientes de mareas

Que la lnea de costa sea recta, sin presencia de

groynes o rompeolas offshore. Que la playa sea plana, sin irregularidades en el

fondo que creen un sistema complicado de

rompiente

CAMBIOS EN EL PERFIL DE LA


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CAMBIOS EN EL PERFIL DE LACOSTA



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Se analizar los cambios que ocurren en la lneacostera como resultado de levantar un rompeolastransversalmente a la lnea costera, lo cual ha deoriginar un proceso de arenamiento progresivo

contra dicha estructura.Para ello, se considerar que la playa tiene unapendiente constante hasta una cierta profundidadh, a partir de la cual el fondo es prcticamentehorizontal.Se adoptar el planteamiento de Pelnard-Considere.



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El planteamiento de las ecuaciones de continuidady de movimiento conduce a la obtencin de lasiguiente relacin:

donde: a = s/h

siendo: s = Sx/Sx transporte longitudinal de sedimentos- ngulo de aproximacin de las olas en la

profundidad constante h



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Para resolver la ecuacin anterior se requiere unacondicin inicial (para t = 0) y dos condiciones deborde, asociadas a la regin de anlisis.

Arenamiento contra un rompeolas recto, de pocoespesor y ortogonal a una costa recta:

x

y



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Condicin inicial (para t = 0): y = 0 para todo xCondiciones de borde:Sx = S para x = -

Sx = 0 para x = 0Esta ltima condicin de borde significa que lalnea de la costa en el punto x = 0 es paralela al

frente de olas incidente.Resolviendo la ecuacin diferencial con lascondiciones de borde indicadas se obtiene:



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donde:



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La tabla permitedeterminar y eltrmino entrecorchetes en funcin

de u:



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Transporte en la cresta del rompeolas:El transporte que desbordar la cresta delrompeolas desde el instante t1 en adelante sedetermina resolviendo la ecuacin diferencial

general con un nuevo conjunto de condiciones deborde e inicial:Condic. de borde: y = L para x = 0

Sx = S para x = -Condic. inicial: y = 0 para x < 0

y = L para x = 0



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Como comprobacin, el transporte en la cresta delrompeolas para t = t1 debera ser cero. Sinembargo, al aplicar la ecuacin, resulta:

S(x = 0) = 0.189 S

Se requiere entonces efectuar la correccinsiguiente:

t/t1

Valor

terico Corregido

1.00 0.189 0.000

1.25 0.316 0.298

1.50 0.398 0.394

2.00 0.499 0.499

DI EO DE ROMPEOL


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DISEO DE ROMPEOLAS

FUNCIONES DE UN ROMPEOLAS: Brindar proteccin a un rea determinada

contra el efecto de las olas.

Evitar o limitar el arenamiento. Guiar la corriente.

Proporcionar, en algunos casos,facilidades portuarias.

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

CLASIFICACION DE LOS ROMPEOLAS: Rompeolas de enrocado (del tipo rubble-

mound)

Rompeolas monoltico (del tipo caisson) Rompeolas compuesto

Rompeolas neumtico o hidrulico Rompeolas flotante

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


75/96

DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


76/96

DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

Diseo de un rompeolas del tipo rubble-mound

Debido a que la capa externa (coraza) es la

que se encuentra sometida directamente ala accin de las olas, el diseo del rompeolasdel tipo rubble-mound se basa en ladeterminacin del peso que deben tener los

bloques de piedra o elementos de concretoque han de disponerse en la primera capa,de manera de garantizar la estabilidad de laestructura.

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

La frmula de Irribarren-Hudson, permitedeterminar el peso requerido de loselementos de la primera capa.

cgtK

gHW

3

D

3S

La frmula anterior es aplicable a taludesno ms pronunciados que 1.5:1

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

En la frmula de Hudson:S densidad de las piedras o elementos de

concreto. En general:

S = 2650 kg/m3 para piedrasS = 2400 kg/m3 para elementos deconcreto

H altura significante de la ola de diseoen el punto en el que se ubica elrompeolas

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

En la frmula de Hudson: densidad relativa sumergida:

donde

= 1025 a 1030 kg/m3

- ngulo del talud del rompeolas

KD coeficiente de dao

S

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

Es usual considerar los siguientesvalores para el coeficiente de dao (KD): Piedras: KD = 3.5

Cubos de concreto: KD = 7 Tetrpodos: KD = 7.5

Dolos: KD = 12Sin embargo, se tiene los siguientesvalores de KD de acuerdo al porcentaje

de dao:

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

El cuadro llega hasta un porcentaje de

dao del orden del 50% porque un daomayor no solo afecta a la primera capasino a todo el rompeolas, que tendraque ser reconstrudo.

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

Para el clculo del espesor de la primeracapa, se usa la siguiente frmula semi-emprica:

3/1

SgWmKt

donde:m nmero de capas de piedras.Usualmente, m vara entre 1 y 3

K coeficiente de capa

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

Los valores de K

son los siguientes:K = 1.15 para piedras o rocaK = 1.10 para cubos de concreto

K = 1.04 para tetrpodosK = 1.00 para dolos

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

El nivel de la cresta del rompeolas se fijaen base a la altura de ola correspondiente aun cierto porcentaje de overtopping,considerando como altura de ola

significante (Hs) aquella asociada a unevento por ao, en la distribucin deperiodos largos. As, segn Rayleigh, para1% de overtopping, se tiene:

2

SH

H2

e01.0)H(p

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

De donde se despeja el valor de H.Una vez determinado H, se efecta elclculo del llamado run-up, con lo quepuede establecerse inmediatamente el nivelde cresta del rompeolas.

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLASPeso de los elementos de las demscapas:2da. Capa: Piedras ==> W/15 Cubos de concreto ==> W/15 Tetrpodos ==> W/15

Dolos ==> W/10Ncleo: W/6000 a W/200Pie de talud: W/10 a W/5

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLASCosto capitalizado del dao:

Se considera que para alturas de olamenores o iguales a la de diseo, el daoes mnimo. Se busca establecer qu daocausaran Hs mayores al valor de diseo.De la frmula de Hudson:

3/1

D

*D

S

*S

K

K

H

H

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLASdonde:HS altura de ola de diseo; para la cual no

hay daoK

D coeficiente de dao, para 0% de dao

HS* - altura de ola que causa un porcentajede dao tal que el correspondientecoeficiente de dao es KD*.

Por ejemplo, en el caso de tetrpodosse tiene:

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

Debe tambin observarse que la mximaaltura de ola que puede ocurrir es HSmax =

d/2

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

Para el clculo del costo capitalizado deldao se elabora entonces una tabla condiferentes alturas de ola significante y eldao que stas causaran, as como suprobabilidad de ocurrencia en un ao. Almultiplicar la probabilidad por el costodel dao, se obtiene el costo anualporyectado de daos causados por lasolas de altura HS. Al sumar estos costospara todas las HS posibles (se trabajapor intervalos) se obtiene el costo totalanual proyectado de las reparaciones delrompeolas.

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

Para llevar estas anualidades (A) a valorpresente, se multiplica por el factordenominado present worth factor (pwf),el cual se calcula con la siguienterelacin:

n

n

i1i

1i1pwf

El costo total del rompeolas ser la sumadel costo de construccin + el valor

presente del costo capitalizado de dao

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

En el clculo del costo del dao, tomar encuenta lo siguiente: Para daos de hasta 20%, el costo del

dao es 2 veces el costo de la primera

capa Para daos entre 20% y 40%, el costo del

dao es 1.5 veces el costo de la primera y

la segunda capa Para daos superiores a 40%, el costo deldao est basado en el costo total deconstruccin del rompeolas

DISEO DE ROMPEOLAS


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DISEO DE ROMPEOLAS

2/1

wccc

w

gdd

wF

3

2gZ

dFb

Caso de Rompeolas Monoltico

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