Rompeolas de paredes verticales para protección contra el oleaje

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Para la construcción de un rompeolas de paredes verticales, se usan dos métodos básicos: pantallas arriostradas y muros de gravedad. Las pantallas son estructuras con tablestacas de acero, concreto o madera, hincadas en el terreno en una o dos filas, y cuya estabilidad está relacionada con su capacidad como voladizo. El cálculo se realiza con las fórmulas de empuje lateral en suelos y de capacidad estructural de elementos. Cuando se usa una fila, la pantalla también puede arriostrarse con pilotes. En un sistema de dos filas, se usan anclajes entre ellas y se rellena el espacio interior con arena o piedra. Los muros de gravedad son estructuras que soportan el oleaje y sub-presiones por medio del peso propio. El terreno donde se cimientan debe poder soportar dicho peso con seguridad y sin asentamientos significativos. Se forman con bloques de concreto, cajones de concreto o madera, y celdas circulares de acero. Tanto los bloques como los cajones son colocados sobre una berma en el fondo marino. Los bloques se van instalando uno a uno traslapando las piezas previas, generalmente sin cementante entre ellos. Los cajones son estructuras huecas que usualmente son construidas o flotadas desde tierra y hundidas en su posición rellenando con arena o piedra. Las celdas de acero se forman por tablestacas planas hincadas en el terreno formando figuras circulares que se rellenan con material granular. En la Figura 1 se muestra un ejemplo de un rompeolas con celdas circulares de acero. CÁLCULO DE FUERZAS DE OLEAJE Las fuerzas de oleaje ejercidas una pared vertical pueden ser debidas al oleaje sin romper, en rompiente con frente vertical o con aire entrapado, y colapsado. Una estructura es sometida a cada tipo de oleaje dependiendo de las características del mismo, la profundidad del agua, la pendiente del fondo marino delante del rompeolas y de la geometría de la estructura. NM a) Ola no rompiente Salida de aire b) Ola rompiente, frente casi vertical NM c) Ola rompiente con gran cantidad de aire entrapado NM Aire entrapado Fuerza Total en altura h Fuerza Total en altura h Fuerza Total en altura h Choque ventilado, tipo Wagner Carga cuasi-estática Choque de martillo Choque compresivo Tiempo Tiempo Tipo Bagnold Tiempo Figura 2.- Fuerzas de ola de acuerdo al tipo de rompiente.
En la Figura 2 se muestran los distintos efectos de la ola sobre la pared de acuerdo con el tipo de ola. Para el caso de ola no rompiente la variación de presión en la pared se presenta casi en fase con el oleaje de forma que se dice que son cargas cuasiestáticas o pulsantes, y su periodo es mayor al de vibración de la estructura. Si es rompiente de frente vertical, se da un pico en la fuerza sobre la pared del orden de centésimas de segundo. Cuando la ola entrapa aire, se da un doble pico en milésimas o centésimas de segundo cada uno, y un periodo de oscilación de 0,2 a 1 segundo. El oleaje colapsado se presenta cuando hay taludes de enrocamiento o pendientes largas frente a la pared. En el caso de estructuras de paredes verticales a mayor ola, mayor fuerza sobre la pared, por lo que generalmente ésta es la que se usa para el diseño. Algunas fórmulas son aplicables sólo a ondas regulares o sea con el mismo periodo y altura, y se usan sólo por simplicidad. La presión hidrodinámica de la ola consiste en dos componentes variables que son la presión hidrostática y la presión dinámica. Dos de las fórmulas más ampliamente usadas para el cálculo de presiones de olas sobre paredes verticales son las de Sainfluo y la de Goda. H+ho H-ho NM h H-ho NM Capa de Capa enrocamiento de enrocamiento Figura 3.- (Izq.) Parámetros de la fórmula simplificada de Sainflou. (Der.) Parámetros para Goda. La fórmula de Sainflou se basa en la teoría trocoidal de oleaje con olas regulares. Si, es la densidad del fluido y yo la profundidad a partir de la superficie libre del agua, de forma que yo= - h es fondo marino y yo=0 en la superficie, se usan las siguientes fórmulas: Con arribo de la cresta de la ola: cosh k h y yo H g cosh kh Con arribo del valle de la ola: cosh k h y yo H g cosh kh senhkh y p o o senh kh senhkh y p o o senh kh En una simplificación de la fórmula de Sainflou las curvas de las ecuaciones anteriores se suponen como rectas. Las presiones se definen con base en los valores p1 y p2 para el arribo de la cresta de la ola y p2 y p3 para el valle como se muestra en la Figura 3, y que se calculan de las ecuaciones: H h0 p1 p 2 gh H h h0 gH p2 cosh 3 g( H ho ) h 2 H coth( kh) L p o h kh 10 11 12, 13 14, 15
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