Analysis of the behavior of impermeable and permeable breakwaters

Resumen

La principal estructura marítima empleada para la protección de puertos y costas son los diques de abrigo. Las diferentes tipologías de diques aparecen principalmente en función de su forma de tratar la energía del oleaje incidente. Por ello, su diseño debe estar optimizado para garantizar su operatividad y funcionalidad al menor coste. La tipología de dique en talud es la más empleada en las costas españolas debido principalmente a su gran capacidad para disipar dicha energía. Esta disipación ocurre a través de varios procesos: por los vortices generados durante la rotura del oleaje sobre el talud; por la turbulencia generada entre los huecos del manto principal; o por la turbulencia generada dentro del medio poroso del núcleo. La disipación causada por los medios porosos está bien descrita a través de la ecuación de Forcheimer, sin embargo, la disipación causada por rotura no tiene un modelo de cálculo equivalente. El uso del número de Iribarren como parámetro de similitud dinámica para la clasificación de los tipos de rotura está ampliamente extendido y prácticamente todas las formulaciones para el cálculo de los modos de fallo de los diques en talud se realiza en función de Ir. Los resultados muestran que es una buena variable para describir los procesos únicamente para valores Ir < 1.5, produciendo mucha dispersión de los datos a partir de ahí. En esta Tesis se ha realizado un nuevo análisis de los tipos de rotura, identificando seis tipologías. Este estudio se ha utilizado posteriormente para estudiar las características del flujo (runup y run-down) sobre diferentes taludes. Para lograr estos objetivos se han realizado ensayos experimentales y numéricos, y se han utilizado datos proporcionados por otros autores. En primer lugar, se han identificado, mediante análisis dimensional, las variables adimensionales de las que dependen los procesos de interacción ola-estructura sobre taludes lisos impermeables, impermeables con manto o permeables. Una vez identificadas las variables, para el estudio de las tipologías de roturas se han realizado ensayos sobre un talud 1:10 liso e impermeable. De esta manera solo se da la disipación por rotura y permite cuantificarla de forma local. Las roturas identificadas han sido spilling, weak plunging, strong plunging, strong bore, weak bore y surging. Se ha propuesto un espacio experimental, generado a partir del peralte del oleaje incidente y la profundidad relativa, permitiendo identificar rápidamente donde se encuentran localizados los ensayos y qué tipo de rotura tienen. Producto de ambas variables, se ha formulado un parámetro de similitud alternativo, c, y se han localizado donde se dan las transiciones entre las roturas en un talud 1:10. En segundo lugar y basándose en el análisis dimensional, se ha propuesto el parámetro c para describir el run-up y run-down en un talud liso e impermeable. Estas características están directamente relacionadas con los tipos de rotura, al igual que el nivel medio del agua en la pendiente, por lo que para evitar la influencia del mismo, se ha propuesto la excursión total de agua (Ru + jRdj) como descriptor de las características de flujo y se ha relacionado directamente con la transformación de la energía (D o KR). Esta metodología se ha empleado para estructuras impermeables con manto de protección, dependiendo el flujo de c y del diámetro relativo del manto (Da/H); y para estructuras formadas por un núcleo poroso y un manto de protección, dependiendo entonces también del diámetro relativo del núcleo (Dc/L). Por último, a lo largo de todos los análisis, se han relacionado las características de flujo con la disipación de la energía, proponiendo un coeficiente adimensional global (BS), en función de las características del tren de onda incidente como la celeridad, la celeridad de grupo, la altura de ola o el período. Este coeficiente depende directamente de c, es decir, de los tipos de rotura. Al añadir porosidad, ya sea en el manto o en el núcleo, las variables que las definen (Da/H, Dc/L), también modifican los valores de BS.