Parte Puertos y Vías Navegables PDF

Parte Puertos y Vías Navegables (1) Planificación Portuaria Puerto: Es el conjunto de espacios terrestres, aguas marítimas (o fluviales) e instalaciones que, situado en la ribera de la mar o de los ríos, reúna las condiciones físicas naturales o artifici...

Parte Puertos y Vías Navegables (1) Planificación Portuaria Puerto: Es el conjunto de espacios terrestres, aguas marítimas (o fluviales) e instalaciones que, situado en la ribera de la mar o de los ríos, reúna las condiciones físicas naturales o artificiales, y de organización que permitan la realización de operaciones de tráfico portuario, y sea autorizado para el desarrollo de estas actividades por la Administración competente. Dentro de un puerto puedo tener distintas terminales portuarias (granel, carga rodada, crucero)- Constituyen modos marítimos y terrestres de transporte, además de una variedad de servicios, instituciones y empresas. Clasificación de puertos 1. Según su naturaleza: Naturales: Reúnen condiciones originales de protección y profundidades de agua adecuadas, aunque hayan tenido que ser mejorados y acondicionados en su infraestructura. Mejorados con el dragado de canales para facilitar el paso de los buques. Si tengo que hacerle un dragado sigue siendo natural Artificiales: Se construyen en los litorales marítimos o fluviales que carecen de abrigos naturales, rodeando una zona de agua con escolleras formando una dársena artificial. Cuentan con al menos 2 escolleras que delimitan la entrada al puerto. Necesitamos profundidades adecuadas y aguas tranquilas (mas comunes) 2. Según su ubicación: Marítimos: Se caracterizan por el acceso directo desde el mar. Por lo general se constituyen en la costa frente al mar, por lo cual es imprescindible la construcción de obras de abrigo, para la protección de las maniobras de los buques y también para la transferencia de carga a los mismos en los puestos de atraque. Fluviales: Se desarrollan a lo largo de los ríos navegables, se presentan con los puestos de atraque emplazados longitudinalmente sobre las riberas, o excavando entradas dentro de la costa o formando dársenas. Particularidades: Curva de un rio: emplazar el puerto aguas debajo de esa curva, ya que se va a presentar zonas de erosión y zonas de sedimentación. De esta manera se tienen mayores profundidades y el régimen del rio es estable. Los buques atracan con la proa hacia aguas arriba, es decir contra la corriente, de esa manera se facilita la maniobra de atraque. Entonces es importante tener un ancho suficiente del cauce del río para permitir la eventual maniobra. Puertos con dársenas: Los puertos fluviales con dársenas tienen un canal de acceso y la dársena puede realizarse perpendicular al río, especialmente cuando el río tiene velocidades bajas y trae pocos sedimentos. También las dársenas pueden orientarse hacia aguas arriba o hacia aguas abajo. Sea cual fuere la orientación de la dársena generalmente suelen ocurrir sedimentaciones en el canal de acceso. hay que tener un mantenimiento de los canales de acceso, dragarlo constantemente para así tener el calado adecuado para que los buques puedan pasar. Servicios que presta un puerto (Únicamente para el puerto (no incluye a la terminal)) Servicios portuarios generales: o El servicio de ordenación, coordinación y control del tráfico portuario, tanto marítimo como terrestre. o El servicio de coordinación y control de las operaciones asociadas a los servicios portuarios básicos, comerciales y otras actividades. o Los servicios de señalización, balizamiento y otras ayudas a la navegación. o Los servicios de vigilancia, seguridad y policía en las zonas comunes. o El servicio de alumbrado de las zonas comunes. o El servicio de limpieza de las zonas comunes de tierra y de agua. o Los servicios de prevención y control de emergencias. Servicios portuarios básicos: Los servicios portuarios básicos son aquellas actividades comerciales que permiten la realización de las operaciones de tráfico portuario. Son los siguientes: o Servicios técnico-náuticos: ▪ Servicio de practicaje (asesoramiento a capitanes de buques y artefactos flotantes, prestado a bordo de éstos, para facilitar su entrada y salida a puerto y las maniobras náuticas dentro de éste y de los límites geográficos de la zona de practicaje). (donde ir y donde no) ▪ Remolque portuario (buques chicos con potencia que empuja a barco) ▪ Amarre y desamarre de buques o Servicio al pasaje: ▪ Embarque y desembarque de pasajeros ▪ Carga y descarga de equipajes y vehículos en régimen de pasaje o Servicios de manipulación y transporte de mercancías: ▪ Carga, estiba, descarga, desestiba y transbordo de mercancías ▪ Depósito ▪ Transporte horizontal o Servicios de recepción de desechos generados por buques: ▪ Recepción de desechos sólidos ▪ Recepción de desechos líquidos El buque: Se puede definir como todo cuerpo que flota, capacitado para desplazarse en un medio líquido. Sus condiciones esenciales deben ser: impermeabilidad, flotabilidad, solidez y tener elementos propios para desplazarse Proa (bow): parte delantera de un buque Popa (stern): parte posterior de un buque Babor: lado izquierdo de un buque mirando desde popa hacia proa Estribor: lado derecho de un buque mirando desde popa hacia proa Casco (hull): es la envolvente del buque hasta la cubierta principal Quilla (keel): parte principal e inferior del esqueleto del casco. Es una pieza central resistente que se sitúa de proa a popa. Cuadernas: piezas curvas que forman el esqueleto del buque y sobre ellas se remachan (sueldan) las planchas que forman las partes laterales del buque. Cuaderna maestra: cuaderna principal del buque, es donde tiene su mayor manga.  Baos: vigas horizontales que sitúan transversalmente, unen las cuadernas en su parte superior, impidiendo que éstos se abran. Cubierta principal (main deck): cubierta más alta del buque, cubre sus partes estancas. Línea de flotación o de agua: es la intersección del plano de la superficie del agua con la superficie exterior del casco. Obra viva: es la parte el casco de un buque que queda sumergida, se la llama así ya que es el sector que sufre las presiones del agua. Obra muerta: parte del casco no sumergida, es decir, sobre la línea de flotación. Eslora total (length): largo total del buque medido en su plano longitudinal entre los puntos más salientes de proa y popa. Manga (with): es el ancho máximo del buque. Puntal (depth): es la altura del buque, medida desde la parte inferior de la quilla hasta la cubierta principal. Calado (draft): distancia vertical desde la quilla hasta la línea de flotación del buque. Francobordo (free board): distancia comprendida desde la línea de flotación hasta la cubierta del buque. Movimientos de los buques: Verticales: o ALZADA (heave) o CABECEO (pitch) o RODILLO (roll) Horizontales: o GUIÑADA DE RUMBO (yaw) o DERIVA (sway) o AVANCE O RETROCESO (surge) ¿De qué depende el desplazamiento de un barco y que es el Deadweigth? Desplazamiento (peso total del buque): 𝐷: 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜, 𝑡 𝐸: 𝑒𝑠𝑙𝑜𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒, 𝑚 𝑀: 𝑚𝑎𝑛𝑔𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒, 𝑚 𝑫 =𝑬∗𝒎∗𝒄∗𝝋∗𝜸 𝑐: 𝑐𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑢𝑞𝑢𝑒, 𝑚 𝜑: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑏𝑙𝑜𝑐𝑘 𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑒𝑧𝑎 𝛾: 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑟, 1025 𝑡/𝑚3 El deadweigth (Dwt) o tonelaje de porte muerto es igual al peso total del buque (desplazamiento) menos el peso del casco, sala de máquinas, combustible, etc., es posible definirlo como la carga del buque en toneladas. Cantidad de toneladas que puede transportar el buque, le resta el peso del casco con el coeficiente de carga. 𝑫𝒘𝒕 = 𝑬 ∗ 𝒎 ∗ 𝒄 ∗ 𝝋 ∗ 𝝓 ∗ 𝜸 𝜙: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 Relación aproximada: D/Dwt=1.3  El tonelaje de registro bruto (TRB), es el volumen interior, sin contar las cocinas, los espacios para aparatos auxiliares y de maniobra. Se mide en unidades de volumen m3. Se refiere a volúmenes y no a toneladas de carga. (tripulación) El tonelaje de registro neto (TRN), se obtiene descontando del anterior, los espacios para alojar tripulación, los que se destinan para el gobierno del buque, a las máquinas, calderas, tanque de agua. (solo mercancías) Condiciones de diseño para un proyecto portuario. Desarrolle 5 prioritarios para contenedores. 1. Promoción del desarrollo económico del hinterland y de la actividad industrial en el Puerto. Hinterland área que abastece el puerto (destino y origen de las mercancías) Ej. El puerto Quequén se exporta granos, el hinterland son todas las ciudades que transportan el grano. Área de influencia. lo que se exporta e importa 2. Dimensiones principales de los buques que concurrirán al puerto Se diseña para el buque tipo (promedio) que va a llegar 3. Análisis detallado del movimiento de la mercancía. Cuáles son las mercancías que se van a mover en el puerto. 4. Fuerzas externas producidas por los buques 5. Canales de navegación y dársenas de giro adecuadas para un fácil acceso a los buques Dimensiones adecuadas para que pueda girar adecuadamente en ese espacio Buques más grandes, se necesitarán más remolcadores, por ejemplo. 6. Protección contra la acción de las olas y temporales (diseñar buenas escolleras) 7. Espejo de agua suficientemente amplio y tranquilo para la maniobra 8. Dragados de mantenimiento mínimo Dragado se absorbe la arena del fondo y se aumenta el calado para que puedan pasar los buques. 9. Muelles dotados de defensas adecuadas para controlar los efectos de choque en los atraques, se traduce en economía de mantenimiento 10. Zonificación interior en función del calado, orientando los muelles en la dirección del viento dominante Como organizarlo dentro del puerto 11. Superficies suficientes para el almacenamiento de la mercancía, vías de trabajo y Calzadas Diseño: zona de almacenamiento y como se va a expandir el puerto para donde se puede ampliar 12. Fácil acceso ferroviario y carretero 13. Utillaje adecuado para el movimiento de la mercancía (Contenedores, granos) 14. Dársenas especiales para hidrocarburos, mercancía a granel y contenedores 15. Dársena de reparaciones con diques de carena o flotantes y varaderos 16. Sitios para amarres de embarcaciones auxiliares (Remolcadores) 17. Instalaciones eficientes de: agua potable, electricidad en sus distintos tipos, contra incendios, provisión de combustibles 18. Ayudas a la navegación (faros, balizas, boyas) 19. Reservas de tierra para posibles expansiones futuras Conocido Q, se determina el número de puestos de traque, Ts, Va, V1, y la cantidad de silos n=Va/V1, y se ve si se puede mejorar el funcionamiento (disminuyendo Tb, mas puestos de traque o combinación) Tipos de buques 1. Cruceros de pasajes: pasajeros, transporte tradicional, uso turistico 2. Ferries y transbordadores: menor capacidad 3. Buques polivalentes: general, madera, carga seca, “pallets”, graneles, contenedores 4. Portacontenedores: Contenedor: Recipiente normalizado (20x8x8.5 pies(1 TEU) -40’x8´x8.5´(2 TEU)) 5. Buque RO-RO: “Roll on-roll off”: carga rodada (camión, cabeza tractora, carretilla, tren) 6. Buque petrolero: Son buques cisterna capaces de transportar miles de toneladas de crudo y derivados 7. Buque granelero: minerales, granos 8. Buque LNG (gas): Gas natural o Metano. Licuado a baja temperatura 9. Buque pesquero: Captura, tratamiento y conservación de pescados, crustáceos, moluscos y otros productos marinos 10. Remolcadores: Es una embarcación utilizada para ayudar a la maniobra de otras embarcaciones, principalmente al jalar o empujar a dichos barcos o similares en puertos, pero también en mar abierto o a través de ríos o canales. Terminales portuarias 1. Terminal de pasajes y cruceros turísticos Infraestructura marítima: Dársenas y pantalanes: o Dársenas (zona de agua) sin agitación (con menos olas posibles) y pantalanes de aprox. 200 m de longitud. Pantalán es cuando sobresale hacia el mar Defensas: o Preparadas para absorber gran cantidad de energía transmitiendo una reacción reducida. Rampas para carga/descarga de vehículos Refuerzo de muelles: o Evitar el desclasamiento de las banquetas de la base de los muelles por efecto de las potentes hélices de los buques. Diseño del cantil: Bloques anti reflectantes tipo “Warock” que eviten la reflexión del oleaje. o Aberturas para q el oleaje ingresa y no rebota y no sacude el barco o Otros servicios 2. Terminales de carga rodada Buques para navegación de corta distancia: o Para el transporte de camiones, plataformas y semirremolques o Para el transporte de productos forestales o Para el transporte de vagones ferroviarios o Buques transbordadores o Ferries Buques para navegación oceánica: o Buques mixtos ro-ro / contenedores o Buques puros de coches (PCC) o de camiones (PCTC) o Para el transporte militar o Buques mixtos ro-ro / mercancía general o Mayoría se descarga por popa. 3. Terminal de graneles solidos Para el diseño de la obra marítima: o Definición del Barco tipo (barco máximo) o Dársenas de maniobras o Obras de abrigo: Para asegurar la tranquilidad durante la descarga tanto en onda corta (movimiento vertical) como en larga (movimiento horizontal) o Obras de dragado o encauzamiento(ríos) El parque de almacenamiento: o Adosado al muelle o muy próximo o Conectado con cinta transportadora (buque-almacenamiento) o Se dimensiona para almacenar el 10% del tráfico anual. Hay que tener en cuenta si se manipulan diferentes materiales. Elementos de carga y descarga: o Descarga: Discontinuos (Pórticos con cucharas) o Continuos (como una aspiradora, descargador mecánico continuo) o Carga: Continuos (con cintas transportadoras) o Discontinuos, (con una pluma y un pantalón)  Transporte por cinta: Es el sistema más común de las terminales de graneles, y el más económico en distancias medias o cortas (6-8 km). Elementos del diseño: o Rendimiento: (t/h) o Velocidad: (3-4-5 m/s) o Anchura: (1.000, 1.200, 1.400, 1.600 cm) o Angulo de artesa o Cubiertas/Descubiertas o Torres de transferencia Problemas medioambientales: o Generación de polvo. Es la problemática más importante Fuentes pasivas: Las parvas El producto transportado sobre cintas abiertas El producto que cae al suelo Fuentes activas Caída de producto desde las cucharas del descargador Caída del producto desde las cintas dosificadoras Caída del material en las cabezas de las cintas transportadoras Caída del material fino de las cintas de retorno, tanto en el muelle como en la cinta de transporte Vertido de producto desde las cintas del apilador y movimiento de producto al caerse sobre la pila Movimiento del producto al recogerlo de la pila Tráfico en vías y en áreas de recogida de producto 4. Terminal de contenedores Subsistema muelle: o Puestos de atraque con los que cuenta la terminal o Capacidad de transferencia dada por las grúas instaladas Subsistema de transporte interno: o Transferencia de contenedores entre el muelle y la zona de almacenamiento Subsistema de almacenamiento: o Zonas de acopio destinadas a los contenedores de importación, exportación y vacíos. Subsistema entrega y recepción: o Interfaz entre la zona de almacenamiento y los vehículos de transporte terrestre que dejan o sacan contenedores de la terminal. Camión o tren. Equipos para la manipulación Transporte a bordo: grúas móviles, grúas a bordo, grúa pórtico portacontenedores. Transporte terrestre: montacargas, tractores y remolques, gruas moviles con orugas o neumaticos, cargador frontal, etc. Teoría de colas – Aplicación a líneas de espera en terminales portuarias Teoría de colas. Relación entre λ (frecuencia de llegada), ρ (factor de ocupación) y τ (espera relativa). La teoría está compuesta por 3 elementos: fuente de usuarios, la cola propiamente dicha y el servicio. El proceso básico de colas supone que los clientes (buques) que requieren un servicio (carga o descarga del buque) se generan en una fuente de entrada; estos clientes entran al sistema y se unen a una cola fuera del puerto. En determinado momento la actividad portuaria avisa que puede entrar un miembro de la cola para proporcionarle el servicio, mediante alguna regla conocida como disciplina de servicio. Normalmente: Primero entra, primero sale Luego se lleva a cabo al servicio requerido por el cliente en un mecanismo de servicio (1 o más instalaciones de servicio con 1 o más servidores) y después el cliente sale del sistema de colas. Si tengo distintas terminales tengo una cola para cada terminal y cada terminar tiene puestos de atraques (servidores) Como fuente de entrada, el patrón estadístico más utilizado tiene una distribución de Poisson. Este caso corresponde a aquel cuyas llegadas al sistema ocurren de manera aleatoria, pero con cierta tasa media fija sin importar cuantos clientes están ya ahí. La fuente de entrada está en función de la frecuencia de llegada λ, es decir, el número medio de buques que por unidad de tiempo llegan al puerto El tiempo que transcurre desde el inicio del servicio para un cliente hasta su terminación en una instalación se llama tiempo de servicio (o duración del servicio). La distribución del tiempo de servicio que más se usa en la práctica para los buques es la distribución de Erlang. Luego, la intensidad de servicio (buques/día) es 𝜇 = 1⁄𝑇. El factor de ocupación ρ es el parámetro fundamental de la 𝑏 𝜆 ∗ 𝑇𝑏⁄ 𝑇𝑤 teoría de colas. 𝜌 = 𝑁 , donde N: número de puestos de atraque y τ es la espera relativa, 𝜏 = ⁄𝑇𝑏 < 0.5 para que la espera no sea muy grande y el costo del flete no sea excesivo. Existe una tabla que relaciona ρ y N con τ. Estimación del número de puestos de atraque NUMERO MEDIO DE BUQUES ARRIBADOS (tasa de arribos): Numero de buques que arriban en un periodo de tiempo, sobre el número de días del periodo de tiempo considerado. 𝒏 𝒃𝒂𝒓𝒄𝒐𝒔 𝑭𝒓𝒆𝒄𝒖𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒍𝒆𝒈𝒅𝒂 𝝀= [ ] 𝒅 𝒅𝒊𝒂𝒔 FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE ARRIBOS (POISSON): Es la tasa de arribos de los buques a un puerto, en un determinado periodo de tiempo. Probabilidad de que k barcos lleguen al puerto. La forma a la cual llegan los buques a la cola 𝒆−𝝀 ∗ 𝝀𝒌 𝑭𝒖𝒆𝒏𝒕𝒆 𝒅𝒆 𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒅𝒂 𝑷(𝒌 = 𝒙) = 𝑘 = 𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠 𝒌!  FUNCIÓN DE DISTRIBUCIÓN DE SERVICIOS (ERLANG-K): Si k se acerca a 1, el tiempo de servicio medio difiere respecto al tiempo de servicio individual de cada uno de los buques. Cuando k aumenta significa que el tiempo de servicio individual de cada buque se aproxima al tiempo de servicio medio. 𝒌−𝟏 (𝒌 ∗ 𝝁 ∗ 𝒙)𝒏 𝑫𝒊𝒔𝒕𝒓𝒊𝒃𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒅𝒆𝒍 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒓𝒗𝒊𝒄𝒊𝒐 𝑷(𝒕 > 𝒙) = 𝒆−𝒌∗𝝁∗𝒙 ∗∑ 𝒏! 𝒏=𝟎 (2 ∗ 𝜇 ∗ 𝑥)1 𝑘=1 𝑃(𝑡 > 𝑥) = 𝑒 −𝑘∗𝜇∗𝑥 ∗ 1 𝑘=2 𝑃(𝑡 > 𝑥) = 𝑒 −2∗𝜇∗𝑥 ∗ (1 + ) 1! (2 ∗ 𝜇 ∗ 𝑥)1 (3 ∗ 𝜇 ∗ 𝑥)2 𝑘=3 𝑃(𝑡 > 𝑥) = 𝑒 −3∗𝜇∗𝑥 ∗ (1 + + ) 1! 2! k depende de cual similar sean los servicios entre si k=1 terminal multipropósito: tiempos de servicios distintos graneles: tiempo de servicio sea similar: k=2-3 Defina tiempo de espera TW, tiempo de servicio Tb y su relación. ¿Existe relación entre TW y ρ? TIEMPO DE SERVICIO Tb: Tiempo que transcurre desde el inicio del servicio para un cliente, hasta su terminación, en una instalación. FUNCION DE SERVICIOS: o TIEMPO MEDIO DE SERVICIO: 𝑻𝒃 = 𝑻𝒃𝒂 + 𝑻𝒃𝒎 o TIEMPO MEDIO DE SERVICIO ACTIVO 𝑇𝑏𝑎: Tiempo necesario para cargar y descargar las mercancías de un buque o TIEMPO MEDIO DE SERVICIO MUERTO 𝑇𝑏𝑚: Es aquel en el que el buque está utilizando el atraque, pero no se está trabajando en la carga y descarga. Este compuesto por: atraque, desatraque, apertura y cierre de escotillas, cambio de turno de escuadrillas de trabajo. FACTOR DE OCUPACIÓN: Mide la proporción de atraques ocupados 𝝀: 𝒕𝒂𝒔𝒂 𝒅𝒆 𝒍𝒍𝒆𝒈𝒂𝒅𝒂 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒓𝒄𝒐𝒔 𝝀 ∗ 𝑻𝒃 𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝒐𝒄𝒖𝒑𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝝆 = 𝑵: 𝒏𝒖𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒐𝒔 𝒅𝒆 𝒂𝒕𝒓𝒂𝒒𝒖𝒆 𝑵 𝑻𝒃 : 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒓𝒗𝒊𝒄𝒊𝒐 Nunca mayor que uno, entre 0.6 y 0.7 TIEMPO DE ESPERA Tw: Desde que llega el barco y da aviso a la autoridad portuaria, hasta que tiene la orden de acceder a la actividad portuaria. Tiempo que está en la cola Estos parámetros se relacionan a través de τ, espera relativa. De tabla, según el buque que sea (cerealero, de 𝑇 combustibles, etc.), ingresando con ρ y N, se obtiene τ. Y 𝜏 = 𝑤⁄𝑇. Para un N fijo, si aumento ρ, aumentará τ y por lo 𝑏 tanto también 𝑇𝑤 = 𝜏 ∗ 𝑇𝑏 Valores límites de ρ y τ. El valor τ ˂ 0.5 es porque para valores mayores TW es muy grande y el costo del flete se vuelve excesivo. 𝝀 ∗ 𝑻𝒃⁄ 𝝆= 𝑵 < 𝟏 Es el factor de ocupación, no es posible físicamente que adopte valores mayores. Los valores óptimos rondan entre 0.6 y 0.7.  ESPERA RELATIVA: 𝑻𝒘 𝑻𝒘 : 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒆𝒔𝒑𝒆𝒓𝒂 𝑬𝒔𝒑𝒆𝒓𝒂 𝒓𝒆𝒍𝒂𝒕𝒊𝒗𝒂 𝝉 = 𝑻𝒃 𝑻𝒃 : 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒅𝒆 𝒔𝒆𝒓𝒗𝒊𝒄𝒊𝒐 Se tiene ρ=1 y TW˃Tb. El factor de ocupación ρ se encuentra en el límite mientras que TW, tiempo medio de espera, es mayor al tiempo de servicio, lo cual no debe darse, ya que: 𝑇 𝜏 = 𝑤⁄𝑇. 𝑠𝑖 𝑇𝑤 > 𝑇𝑏 → 𝝉 > 𝟏 𝑏 Para mejorar el servicio del puerto debo reducir la espera, para lo que puedo: 𝜆 ∗ 𝑇𝑏⁄ Aumento N: si N aumenta, se reduce 𝜌 = 𝑁 y también se reduce 𝜏 → 𝑇𝑤 = 𝜏 ∗ 𝑇𝑏 (es muy caro) Reduzco el tiempo de servicio: Si 𝑇𝑏 disminuye, 𝜌 disminuye, 𝜏 disminuye y 𝑇𝑤 disminuye. Esto se puede lograr aumentando el número de grúas y mejorando el rendimiento de las existentes. Que variables se necesitan para obtener N puestos de atraque por el método de colas. Puede obtenerse por un método de prueba y error, valiéndose de tablas de 𝜏 en función de N y ρ. A. Puedo comenzar adoptando N. 𝜆 ∗ 𝑇𝑏⁄ B. 𝜌 = 𝑁 , por lo que necesito conocer la frecuencia de arribos ρ y el tiempo medio de servicio. 𝑇𝑏 = 𝑇𝑏𝑎 + 𝐷 𝑇𝑏𝑚 , con 𝑇𝑏𝑎 = 𝑤𝑡⁄𝑅 ∗ 𝑓 , siendo 𝐷𝑤𝑡 la capacidad de carga del buque, R la tasa de carga o descarga y 𝑓𝑟 el 𝑟 factor de rendimiento; 𝑇𝑏𝑚 oscila entre 2 a 4 hs. C. Verifico que 𝜌 ≤ 1. 𝜌 debe estar entre 0.6 y 0.7. si 𝜌 > 0.7 aumento el rendimiento de las gruas o aumento el número de puestos de atraque. D. Con 𝜌 y N ingreso a la tabla y obtengo 𝜏, que debe ser menor que 0.5; si no verifica aumento N y recalculo. 𝑸 𝑇 Otra forma de obtener 𝜌 es con: 𝝆 = ′ Siendo 𝑄 capacidad, 𝐽′ = 𝐽 ∗ 𝑏𝑎⁄𝑇 rendimiento efectivo y d días que opera 𝑱 ∗𝒅∗𝑵 𝑏 el puerto en un año. 𝜆 se calcula como: 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠 𝑙𝑙𝑒𝑔𝑎𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 𝜆= ⁄𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜. Buen funcionamiento del puerto Hay que cumplir estas 2 condiciones, no pasa nada si no cumplo la de arriba 𝑻𝒃𝒂 𝑻𝒘 ≈ 𝟎. 𝟖 𝝉= < 𝟎. 𝟓 𝟎. 𝟔 < 𝝆 < 𝟎. 𝟕 𝑻𝒃 𝑻𝒃 Tiempo en el buque en espera sea la mitad q el tiempo en q está siendo cargado/descargado Si 𝜌 es menor a 0,6 se desaprovechan los puestos de atraque y si es mayor a 0,7 congestión en poco tiempo Capacidad El rendimiento de un puerto se puede medir en el número de barcos despachados anualmente o por las toneladas manipuladas. 𝑄 = 𝑚𝑒𝑟𝑐𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎𝑠 𝑚𝑎𝑛𝑖𝑝𝑢𝑙𝑎𝑑𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑢𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜 − 𝑀𝑜𝑣𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑁 = 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑙𝑜𝑠 𝑸 = 𝝆 ∗ 𝑵 ∗ 𝑱′ ∗ 𝒅 𝐽′ = 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑞𝑢𝑒 𝐽 = 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑞𝑢𝑒 𝑻𝒃𝒂 𝑱′ = 𝑱 ∗ 𝑱 = 𝒏𝒖𝒎𝒆𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝒈𝒓𝒖𝒂𝒔 ∗ 𝒓𝒆𝒏𝒅. 𝒈𝒓𝒖𝒂𝒔 ∗ 𝒏 𝒉𝒐𝒓𝒂𝒔 𝒅𝒆 𝒕𝒓𝒂𝒃𝒂𝒋𝒐 ∗ 𝒇𝒓 ∗ 𝒇𝒐 𝑻𝒃 𝑻𝒓𝒂𝒇𝒊𝒄𝒐 𝑼𝒏𝒊𝒕𝒂𝒓𝒊𝒐 (𝑻𝑬𝑼 𝒐 𝒕) 𝑻𝒃𝒂 = 𝑻𝒃𝒎 = 𝟓 𝒂 𝟔 𝒉 𝑻𝒃 = 𝑻𝒃𝒂 + 𝑻𝒎 𝑻𝑬𝑼 𝒕 𝒏 𝒈𝒓𝒖𝒂𝒔 ∗ 𝒓𝒆𝒏𝒅 𝒈𝒓𝒖𝒂𝒔 ( 𝒐 ) ∗ 𝒇𝒓 𝒉 𝒉 Factor de rendimiento considera el tiempo de viaje entre el barco y el almacén Fr = Factor de rendimiento 0.8 contenedores 0.9 combustibles y graneles Factor de optimización considera un tiempo constante que en realidad no lo es Fo= Factor de optimización =0.9 Almacenamiento de cereales El objetivo es obtener el número de silos necesarios Ns. 𝑄 365 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑟 𝑚𝑜𝑣𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑇𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑗𝑒 𝑆𝑡𝑜𝑘 𝑇𝑠 = ∗𝑡 365 𝑡 = 𝑒𝑠𝑡𝑎𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑟𝑐𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝑑𝑒 7 𝑎 10 𝑑𝑖𝑎𝑠) 𝑇𝑠 𝑡𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑉𝑎 = 𝛾 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑒𝑟𝑒𝑎𝑙 0.7 𝛾 𝑚3 𝜋 ∗ 𝑑2 𝑑 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 (15 𝑎 20𝑚) 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 1 𝑠𝑖𝑙𝑜 𝑉1 = ∗ℎ 4 ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 (30 𝑎 50 𝑚) 𝑉𝑎 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑙𝑜 𝑁𝑠 = 𝑉1 Almacenamiento de combustibles líquidos 𝑄 365 𝑝𝑜𝑟 𝑠𝑒𝑟 𝑚𝑜𝑣𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑇𝑜𝑛𝑒𝑙𝑎𝑗𝑒 𝑆𝑡𝑜𝑘 𝑇𝑠 = ∗𝑡 365 𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑑𝑒 7 𝑎 10 𝑑𝑖𝑎𝑠) 𝑇𝑠 𝑡𝑛 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑉𝑎 = 𝛾 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑏𝑙𝑒 = 0.9 𝛾 𝑚3 𝜋 ∗ 𝑑2 𝑑 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 40𝑚 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 1 𝑠𝑖𝑙𝑜 𝑉1 = ∗ℎ 4 ℎ = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 10𝑚 𝑉𝑎 𝑁𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑙𝑜 𝑁𝑠 = 𝑉1 Se colocan muros o terraplenes perimetrales de 1 metro de altura rodeando cada silo en un área capaz de contener el volumen, ante posibles derrames. Para calcular el área necesaria para colocar los 8 silos tengo que tener en cuenta que estos tienen que tener una muro de 1m que almacene todo el líquido en caso de derrame. Por lo tanto, tengo que dividir el volumen que ocuparía 1 silo por 1m y ahí tengo el área necesaria, y para saber el lado del cuadrado le hago la raíz. Almacenamiento de contenedores El objetivo es obtener el área de almacenamiento A, superficie requerida para almacenar de forma temporal cada tipo de contenedores (importación, exportación, frigoríficos, vacíos, de mercancías peligrosas), hasta su salida por tierra. 𝐶 ∗ 𝑡 ∗ 𝑓𝑝 ∗ 𝑓𝑜 𝑎 𝐶 = 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝒇𝒑 = 𝒇𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒑𝒊𝒄𝒐 = 𝟏. 𝟐 𝒂 𝟏. 𝟑 𝐴= ∗ 𝑑 ℎ 𝑡 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑒𝑛𝑑𝑜𝑟 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 𝒇𝒑 = 𝒇𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒐𝒄𝒖𝒑 = 𝟏. 𝟐𝟓 En los contenedores cambia un poco, ya que el tiempo de estancia depende el tipo de contendor, y la capacidad de almacenamiento puede ser un % diferente del Movimiento Anual para cada contendor. a/h lo saco de tabla. Altura de apilado medio: considero que va a haber lugares vacíos dentro del área para poder sacar uno que esté apilado en el fondo. El factor de ocupación (fo) corrige el efecto de la menor facilidad de operación cuando una explanada está muy llena de contenedores dado que para alcanzar determinados contenedores es necesario remover otros y se requiere espacio para cambiar estos contenedores. El factor de pico (fp) corrige el efecto que se produce en la terminal debido a la distribución de llegadas (número de contenedores por barco) y salidas para transporte terrestre. Se trata de un factor de seguridad. Costos portuarios CF= administrativos CV= combustible, estadía en el puerto, depende de si el barco está o no. 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒃𝒂𝒓𝒄𝒐 = 𝑻𝒃 ∗ 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝑽𝒂𝒓𝒊𝒂𝒃𝒍𝒆 + 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝑭𝒊𝒋𝒐 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒇𝒊𝒋𝒐 + 𝑪𝒐𝒔𝒕𝒐 𝒑𝒐𝒓 𝒆𝒍 𝒕𝒊𝒆𝒎𝒑𝒐 𝒒𝒖𝒆 𝒆𝒍 𝒃𝒂𝒓𝒄𝒐 𝒆𝒔𝒕𝒂 𝒐𝒄𝒖𝒑𝒂𝒏𝒅𝒐 𝒖𝒏 𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒐 𝒅𝒆 𝒂𝒕𝒓𝒂𝒒𝒖𝒆 El costo del barco en la terminal se podría calcular como el costo fijo más el costo variable por la cantidad de días.  (2) Mareas y olas Mareas Marea astronómica: Conjunto de movimientos regulares de ascenso y descenso del nivel del mar, causado por la atracción gravitacional de la Luna y en menor medida el Sol sobre la tierra, y a la fuerza centrífuga debida a la rotación de la tierra. La amplitud de este movimiento de ascenso-descenso depende del lugar de la Tierra que se considere. La luna y el sol generan atracción a la tierra y eso hace que el agua tenga cambios por esa atracción. Cuando la Luna y el Sol están alineados (luna llena y luna nueva), sus fuerzas se suman y se producen mareas de mayor intensidad denominadas mareas vivas o mareas de sicigia. → PLEAMARES Y BAJAMARES, AMBAS MAS ALTAS O BAJAS En fase de cuarto menguante o cuarto creciente, los tres astros se encuentran formando un ángulo recto y los elipsoides se cancelan parcialmente. En este caso las mareas son menos pronunciadas y se denominan mareas muertas o de cuadraturas. → PLEAMARES Y BAJAMARES NO TAN ALTAS Y BAJAS Traslado de marea Luna: 24hs 50´en dar la vuelta a la tierra MAREA SEMIDIURNA: Cada 12 hs 25´aproximadamente, se produce una marea alta (pleamar) a cada lado de la tierra, una cuando la luna está en el punto determinado y la otra cuando está en la posición opuesta 2 pleamares y dos bajamares por día. 6 hs entre BM y PM Como la luna no completa la vuelta en un día solar, los ciclos se retrasan todos los días entre 40 y 50 minutos dependiendo del tamaño de la marea y la fricción con el fondo. Servicio de Hidrografía Naval (SHN) Tablas de mareas → listado de puertos patrones (Puerto Quequén) y puertos secundarios → elegimos el año y mes → cartas, latitud, nivel medio del mar, pleamares máximas y medias, bajamares máximas y medias, y amplitud. →tabla día hora altura: pleamar y bajamar por marea astronómica: no es ese nivel porque interviene las corrientes, viento, factores meteorológicos puede varias ese valor. En los puertos secundarios: significa que los datos van a estar referenciadas a un puerto patrón. Si es negativo se resta y si es positivo se suma. El IGN (instituto Geográfico Nacional) adopta como cero el nivel medio del mar tomado en Mar del Plata. Este no coincide con el cero de Quequén ya que los niveles de marea son afectados por la ubicación geográfica. Cada puerto define un nivel de referencia o cero conveniente para la realización de obras, dragados, etc.; que se conoce con el nombre de cero del puerto y que normalmente coincide con la mínima bajamar. Puede coincidir o no con el cero hidrográfico, dependiendo de los datos a partir de los que se ha obtenido, de las variaciones históricas en las condiciones de la marea, etc. En general, el puerto requiere un cero que no se quede “en seco” (que daría lugar a niveles negativos del mar), algo que, por definición, no tiene por qué ocurrir con el cero hidrográfico. El dato del nivel del mar 𝑋(𝑡): 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑎𝑟 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑡 𝑋(𝑡) = 𝑍𝑜 (𝑡) + 𝑀(𝑡) + 𝑅(𝑡) 𝑍0(𝑡): 𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 (𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎, 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑎ñ𝑜𝑠) 𝑀(𝑡): 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑖ó𝑑𝑖𝑐𝑎 (𝒎𝒂𝒓𝒆𝒂 𝒂𝒔𝒕𝒓𝒐𝒏ó𝒎𝒊𝒄𝒂) R(t): variación no periódica (marea meteorología) → no la usamos en el cálculo, lo despreciamos, pero existe e influye mucho, es por esta que no podemos asegurar si un barco pasa o no solo con la marea astronómica. Niveles de referencia NMM varia para cada puerto las extremas son las de sicigia (cuando la luna se alinea con el sol y la tierra) Cálculo de mareas Si es un puerto secundario, primero se corrige la marea con el puerto patrón Altura de mareas (uso el que está más cerca): Δ𝑀 𝐷𝑒𝑠𝑑𝑒 𝐵𝐴𝐽𝐴𝑀𝐴𝑅 𝐻𝑖 = 𝐵𝑀 + (1 − cos(180°𝜃)) ∆𝑡𝑖 2 𝜃= Δ𝑀 𝐷 𝐷𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑃𝐿𝐸𝐴𝑀𝐴𝑅 𝐻𝑖 = 𝑃𝑀 − (1 − cos(180°𝜃)) 2 𝐵𝑀: 𝐵𝑎𝑗𝑎 𝑚𝑎𝑟 𝑃𝑀: 𝑃𝑙𝑒𝑎 𝑚𝑎𝑟 ∆𝑀: 𝑎𝑚𝑝𝑙𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑟𝑒𝑎 (𝑃𝑀 − 𝐵𝑀) 𝐻𝑖 = 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑝𝑢𝑛𝑡𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 ∆𝑡: 𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝐵𝑀 𝑜 𝑃𝑀 𝑎𝑙 𝐻𝑖 𝐷: 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (𝑇𝑏𝑚 − 𝑇𝑝𝑚 ) ¿A qué hora pasa el barco? Si me dicen que necesito una marea de H metros. Hago una horizontal, en el primer punto que toque marco, como es decreciente despues no puede pasar. En el segundo punto puede pasar porque sube. Si digo hasta que hora puede pasar calculo el primer punto. Si digo a qué hora empieza a pasar es el segundo punto Si el punto cae mar cerca que PM o BM uso la formula correcta Perfil longitudinal ℎ𝑚𝑎𝑟𝑒𝑎 + 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 = 𝑐𝑎𝑙𝑎𝑑𝑜 + 𝑟𝑒𝑣𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 (2𝑚) Que parámetros debería conocer para saber si un banco circulará normalmente. Será necesario conocer el calado (sumado a una revancha de 2.5 m) del buque y datos de altura de marea de la zona que se quiere navegar. Es probable que los datos de marea estén en función del horario y oscilen entre un valor mínimo a bajamar y uno máximo a pleamar. Por esto, será importante conocer el horario por el cual se navegará por la zona en cuestión. Si la zona es un canal, será importante conocer el ancho del mismo y la manga del barco, y verificar que realmente pueda navegar, teniendo en cuenta las revanchas mínimas. Dependiendo del lugar que se quiera navegar, puede llegar a ser necesario conocer el calado aéreo. Explique como se obtiene y analiza un registro de niveles del mar para una ubicación especifica y que aplicaciones tiene dicha información para la operación y la planificación portuaria. ¿Qué aspectos referidos al oleaje se deben estudiar para el diseño de un puerto? Olas Ondas que se desplazan a través de la superficie del agua, de mares, océanos, ríos o lagos. Las olas más comunes son generadas por el viento o Viento: movimiento horizontal de la masa de aire, que se genera por los cambios de presión atmosférica, producidos por las variaciones térmicas en zonas del planeta 𝑹𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔 𝑶𝒍𝒂𝒔 { 𝑰𝒓𝒓𝒆𝒈𝒖𝒍𝒂𝒓𝒆𝒔 La fuerza del viento actuando sobre la interfaz aire-mar es la principal fuerza que genera olas. Una porción grande de la energía de olas se disipa en la costa y en la playa. La energía de olas les da forma a las playas, transporta material y ejerce fuerzas sobre las estructuras costeras. Generación de las olas por el viento La interacción de las moléculas de aire del viento, con las moléculas de agua de la superficie del mar, generan fuerzas que modifican la superficie del océano, provocando pequeños rizos llamados olas de capilaridad. Estas olas aumentan la superficie de agua en contacto con el viento, hecho que produce el crecimiento de la ola de manera que se facilita cada vez más que el viento pueda ejercer una mayor presión sobre ella. El punto cuando las olas paran de crecer se llama condición de mar totalmente desarrollado. Luego de cesado el viento por efecto de la fricción se degrada la energía hasta extinguirse. Una proporción significativa de la energía de las olas es disipada en cercanías de la costa y en la playa. Una vez que el viendo supera la longitud donde sopla pasa al mar de fondo Interacción moléculas de aire - agua -- pequeñas ondulaciones: superficie de contacto es cada vez más grande y a su vez más grandes las ondulaciones Alcance: FETCH, distancia sobre la que el viento sopla Mar de fondo: olas regulares Tamaño que alcanzan las olas Depende de tres factores básicos: La intensidad: Velocidad de acción del viento contra la superficie del agua. La duración: Tiempo durante el cual el viento sopla contra la superficie del agua. El alcance: Distancia, denominada Fetch, sobre la cual el viento actúa sobre la masa de agua. Cuantos km sopla ese viento, sin variar demasiado en su ángulo y velocidad Las olas no crecen de manera indefinida, aunque el viento sople de manera indefinida, y el alcance sea indefinido, si la velocidad del viento se mantiene constante. De esta manera, para una velocidad dada existen unos valores mínimos de duración y alcance, en que la energía que absorben las olas del viento se equilibra con la que pierden. Cuando las olas llegan a esta fase dejan de crecer por rompimiento de la cresta, obteniéndose lo que se denomina océano en completo desarrollo. Por más que esa intensidad siga en el tiempo y distancia va a haber un tamaño de altura de ola que no va a ser superado Cuando las olas salen de la zona de alcance o zona de acción del viento, se forman grandes frentes de crestas, que son más lisas, con direcciones predominantes y ritmicidad en el fenómeno, lo que produce un oleaje menos caótico con muy poca pérdida de energía. Pese a esto las olas pierden altura por su dispersión angular. Esta fase se denomina Mar tendida o Mar de fondo. En función de la profundidad relativa del lecho marino (h/λ) en el que se encuentren, las olas se pueden clasificar en: 𝒅 𝟏 𝑶𝒍𝒂𝒔 𝒆𝒏 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒑𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒂𝒅 > 𝑳 𝟐 𝟏 𝒅 𝟏 𝑑 = 𝑝𝑟𝑜𝑓𝑢𝑛𝑑𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑶𝒍𝒂𝒔 𝒆𝒏 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒊𝒏𝒕𝒆𝒓𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂𝒔: < < 𝐿 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑜𝑙𝑎 𝟐𝟎 𝑳 𝟐 𝟏 𝒅 𝑶𝒍𝒂𝒔 𝒆𝒏 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒑𝒐𝒄𝒐 𝒑𝒓𝒐𝒇𝒖𝒏𝒅𝒂𝒔: > 𝟐𝟎 𝑳 Olas regulares Teoría lineal (ola simple) Teoría más simple, desarrollada por Airy, Teoría de olas de pequeña amplitud, Perfil de ola simétrico, Muchos problemas pueden ser tratados razonablemente bien por esta teoría Hipótesis: El fluido es homogéneo e incompresible, densidad del agua constante Se desprecian las tensiones superficiales El efecto de Coriolis es despreciable La presión sobre la superficie libre es uniforme y constante El fluido es ideal (sin viscosidad) El flujo es irrotacional El fondo es horizontal, fijo e impermeable La amplitud de la ola es pequeña y de forma invariante Las olas son planas y de cresta larga Parámetros de una ola simple Ola monocromática (definida mediante la función seno). El intervalo de tiempo entre el pasaje de dos crestas o senos sucesivos por un determinado punto es igual al período de la ola T Velocidad de propagación La velocidad de propagación de la ola se denomina velocidad de fase Aguas profundas: son función de su periodo Aguas profundas: movimiento es circular y se va reduciendo h/ el fondo donde es nulo el movimiento Aguas no tan profundas: movimiento en forma de elipse y en el fondo si existen movimiento Olas irregulares Olas irregulares se utiliza para determinar el estado natural del mar La superficie del mar, está compuesta por olas que ºº1 y periodo moviéndose en distintas direcciones. Oleaje irregular: superposición de oleajes regulares La superficie del océano es combinación de olas individuales que fueron generadas por el viento en diferentes regiones del océano y son propagadas al punto de observación. Suma de olas regulares Para cuando las olas comienzan a crecer, se necesita teorías de mayor orden que representan la NO linealidad de las olas. Estudio: Métodos para determinar la altura de ola (Aguas profundas y método del espectro) Métodos espectrales: Determina la distribución de la energía y los estadísticos de la ola para cada frecuencia, convirtiendo la serie de tiempo del registro de olas en un espectro de olas. Transformada de Fourier de la superficie del mar. 𝐻𝑠 = 3.8 ∗ √𝑚𝑜 Muy apropiado Muy complejo Descompone en serie de ondas regulares que sumadas todas juntas da la real Análisis del tren de olas: Se utiliza la historia temporal de la superficie del mar en un determinado lugar Mediciones directas de olas irregulares y un registro típico de olas irregulares. El registro tiene que tener una longitud finita y muestra la variación de la superficie del mar en un determinado intervalo de tiempo (segundo) Método de cruce ascendente Se traza el nivel medio y se identifican las crestas y alturas de olas individuales Se ordenan de mayor a menor despreciando las alturas menores a 0.3 m Se calcula la altura de la ola significativa 𝐻𝑠o 𝐻1/3 (promedio del tercio de olas más altas); 𝐻1/10 (promedio del 10% de olas más altas) y 𝐻1(promedio del 1% de olas más altas) → dimensionado de escolleras Distribución de las alturas de olas Para obtener una estadística de olas de largo alcance, se deben determinar las alturas de olas para periodos de 15 min cada 3 hs durante 10 años, con lo que se tendrían alrededor de 29000 alturas de olas significativas, con lo que sería factible estimar la altura de la ola para ese periodo de años. Clima de olas o smb Es un método semi teórico, semi empírico, simplificado Hipótesis: o Viento constante en magnitud (U) y dirección que actúa sobre una masa de agua de geometría simple, o Inicialmente en reposo, o Sobre una distancia F o Con una duración t Estimación del FETCH FETCH: región donde la velocidad del viento y la dirección son razonablemente constantes ▪ Las variaciones de dirección < 15° ▪ Variaciones de velocidad < 2.5 m/s Ajuste por elevación (por altura) Las observaciones pueden ser realizadas desde barcos, estructuras de costa, boyas, etc. y no coinciden con el nivel de referencia de 10m. Debemos convertir a 10m: 10 1/7 𝑈10 = 𝑈𝑧 ( ) 𝑧 Ajuste por duración: Si la información proviene de vientos extremos 𝑈𝑇 = 𝑈3600 ∗ 𝑅𝑇 Cuando el viento supera la hora no lo corregimos porque estamos del lado de la seguridad. Ajuste por efectos locales: Si las observaciones se hacen en tierra o FETCH < 16km 𝑈𝑤 = 1.2 ∗ 𝑈𝐿 o FETCH > 16 km 𝑈𝑤 = 𝑈𝐿 ∗ 𝑅𝐿 Ajuste por estabilidad (por temperatura): Si existe una diferencia de temperatura entre el aire y el mar conocida. ∆𝑡 = 𝑇𝑎 − 𝑇𝑠 𝑈𝑇 = 𝑈 ∗ 𝑅𝑇 Si solo se conoce el estado de capa limite atmosférica: ESTABLE: temperatura de aire más caliente que la del mar Rt= 0.9 NEUTRAL: temperatura del aire igual a la del mar Rt= 1 INESTABLE: temperatura del aire menor que la del mar Rt= 1.1  Viento geostrofico Obtenido a partir de las cartas sinópticas, preparadas cada 6 hs Duracion: se usan 2 e interpolación lineal En vez de un viento medido en un punto utilizar las cartas sinópticas y tener el viento geostrófico. Se ingresa con latitud e isobara e inclinado esta la velocidad en nudos Ajuste del viento Geostrofico Corrección por nivel y estabilidad para vientos geostrófico Por último, se calcula la altura de la ola y el periodo Aguas Profundas o Crecimiento de olas con el FETCH 𝑿𝟎.𝟔𝟕 𝒕𝒙,𝒖 = 𝟕𝟕. 𝟐𝟑 ∗ 𝟎.𝟑𝟒 𝑡𝑥,𝑢 = 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑟 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑓𝑒𝑡𝑐ℎ 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎𝑑𝑜 𝑼 ∗ 𝒈𝟎.𝟑𝟑 Fetch limitado: ola llego a completo desarrollo o no, si llegó a la altura máxima. o Crecimiento de la ola para condiciones de FETCH limitado 𝐷𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 > 𝑡𝑥,𝑢 ▪ Si 𝒅𝒖𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 > 𝒕𝒙, 𝒖 la ola llego a completo desarrollo 𝑔 ∗ 𝐻𝑠 𝑔 ∗ 𝑋 1/2 𝑢∗2 = 0.0413 ∗ ( ) 𝐶 𝐷 = 𝑢∗2 𝑢∗2 𝑈2 1 𝑔 ∗ 𝑇𝑠 𝑔∗𝑋 3 = 0.751 ∗ ( 2 ) 𝐶𝐷 𝑢∗ 𝑢∗ = 0.001 ∗ (1.1 + 0.035 ∗ 𝑈) ▪ Si 𝒅𝒖𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 < 𝒕𝒙, 𝒖 𝑔∗𝑋 𝑔 ∗ 𝑡 3/2 𝑋: 𝐹𝐸𝑇𝐶𝐻 𝑂𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝐹𝐸𝑇𝐶𝐻 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑒 = 0.00523 ∗ ( ) 𝑢∗ : 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑟𝑎𝑠𝑡𝑟𝑒 𝑢∗2 𝑢∗2 𝑡: 𝑑𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 Y se reemplaza en eucaciones anteriores o Crecimiento de la ola para mar totalmente desarrollado 𝑔 ∗ 𝐻𝑠 𝑔 ∗ 𝑇𝑠 = 211.5 = 239.8 𝑢∗2 𝑢∗ Transformación de las olas La ingeniería de costas considera problemas cerca de la costa normalmente en profundidades de agua menores que 20 m. Generalmente el clima de olas está disponible en aguas profundas, entonces se estudiaran de aquí en adelante los procedimientos para transformar las olas de aguas profundas a localizaciones cercanas a la costa que es donde las necesita el ingeniero. De aguas profundas a aguas no tan profundas Refracción Cambio de altura y dirección de propagación del frente de olas al acercarse a zonas de menor profundidad. Las olas vienen con una inclinación hacia la costa donde hay cada vez menos profundidad. la cresta se pone en dirección perpendicular a la costa. Por la diferencia de velocidades se pone cada vez más paralela a la playa Cuando las olas ingresan a aguas de baja profundidad, la velocidad o celeridad de las mismas comienza a depender de la profundidad, por lo que disminuye a medida que la profundidad se reduce. Con esto se produce también un cambio de dirección gradual, volviéndose las crestas cada vez más paralelas a las isobaras (puntos de igual profundidad).  Reflexión La ola choca contra un obstáculo o barrera vertical y se refleja con muy poca perdida de energía. Si el tren de olas es regular, se suman las olas incidentes y reflejadas, generando una ola estacionaria, sin movimientos horizontales y con verticales de doble altura y doble energía. Diques verticales →no son recomendables en la entrada de los puertos. En los puertos conviene diques a talud, escolleras Difracción Es un fenómeno por el cual la energía se transfiere lateralmente a lo largo de la cresta de la ola, perpendicular a la dirección en que se propaga. Se produce cuando la propagación de un tren de olas es interrumpida por una barrera o una isla. → reducen su altura y cambia su dirección. Olas pasando por rompeolas simples Cuando una ola se aproxima a un rompeolas de longitud semiinfinitas en una región de profundidad constante (no hay efecto de refracción). Una porción de la ola que alcanza la escollera es parcialmente disipada y reflejada; La porción de la ola que pasa la escollera se difracta en la parte posterior de la escollera, disminuyendo la altura de ola. Entrada en un puerto Olas pasando por una boca de ancho b Incidencia normal o SI B5 Los efectos de difracción de cada extremo son independientes Incidencia oblicua Se considera el ancho de la abertura según una proyección en la dirección de la ola incidente Rotura: La altura de la ola alcanza el valor critico Las olas que se acercan a la costa aumentan la pendiente a medida que disminuye la profundidad de agua. Cuando la ola alcanza un valor límite de la pendiente, la ola rompe, disipa su energía e induce corrientes cerca de la playa y aumenta el nivel medio del mar. La ola rompe en una profundidad de agua de aproximadamente igual a la altura de la ola Para una profundidad de agua y periodo de ola, hay una altura limite por encima de la cual la ola se transforma en inestable y rompe (ALTURA DE OLA ROMPIENTE) SPILLING: La cresta de la ola se hace inestable y cae en cascada hacia adelante PLUNGING: (EN TUBO) la cresta se curva sobre la cara anterior de la ola y cae dentro de su base COLLAPSING: La cresta permanece no rota mientras la parte baja de la cara anterior se peralta y cae SURGING: La cresta permanece no rota y la cara frontal avanza hacia la playa con una rompiente secundaria Medición de las olas Boya oceanográfica: Mide con exactitud: altura, periodo y dirección de las olas Sensores de presión: AWAC: se puede obtener la velocidad y dirección de la corriente y en capas de 1 metro desde el fondo hasta la superficie, y medir olas largas, de tormenta, de viento, de estela de barco, etc.  (3) Régimen de costas y playas Área costera LA PLAYA: acumulación de sedimentos no consolidados, integrados por arena, guijarros, gravas, etc. que se extiende desde la línea de bajamar, hacia la costa hasta encontrarse con algún cambio fisiográfico, tal como un acantilado o un campo de dunas. La playa reconoce a su vez dos zonas, la playa posterior, por encima de la de lavado, también llamada aérea, y la playa anterior, normalmente expuesta a la acción de lavado por olas ACANTILADO: sector escarpado de forma casi vertical, recortada por la acción de las olas. BERMA: se denomina a la porción casi horizontal de la playa formada por la deposición de material sedimentario por las olas en su retroceso ZONA DE ROMPIENTE: es la porción de la zona cercana a la costa en la que las olas se inestabilizan y rompen. BARRA ROMPIENTE: son crestas de arena, aproximadamente paralelas a la línea de costa, de las cuales pueden existir varias, a distintas profundidades. → generan el rompimiento de las olas Menor profundidad genera que la ola rompa Formas costeras EROSIÓN El oleaje golpeando contra un acantilado provoca el desgaste y caída de sectores Se produce por la presión de impacto y la acción abrasiva de las olas y roca arrojados contra el paredón → cavernas, fallarones, en forma de arco La erosión no es pareja en todo el manto por la variación de resistencia entre las rocas DEPOSICION Formaciones costeras con sedimentos no consolidados Isla: sedimentación entre la costa y la isla → TÓMBOLO Corrientes en las zonas de rompientes Son producidas por el oleaje Originan y regulan el movimiento de sedimentos costeros Remplazan las aguas de la playa por otras limpias de mar afuera En función de su dirección se clasifican en: o Normales a la costa De retorno: Circulación en celdas de corrientes transversales y corrientes asociadas lo largo de la costa, formando un circuito cerrado en la región de rompiente. Chorro concentrado, atravesando la línea de rompientes para expandirse luego o Paralelas a la costa El oleaje incidente es oblicuo a la costa Se genera una corriente paralela a la costa entre la línea de rompientes y la orilla Recibe el nombre de corriente litoral → Es la principal responsable del transporte de sedimentos a lo largo de la costa Corriente litoral Cuando la ola llega a la costa con un cierto ángulo, la componente de energía paralela a la playa produce una corriente litoral y por consiguiente un transporte litoral El transporte litoral se efectúa siguiendo 2 procesos: Por efecto de la ola a precipitarse sobre la parte alta de la playa, la ola transporta sedimentos en dirección de la ola y descienden por la línea de mayor pendiente, transporte en cierra Debido al rompimiento de la ola y la corriente longitudinal, la corriente en la rompiente El principal agente que produce transporte litoral son las corrientes inducidas por los oleajes, mientras que las corrientes de marea y oceánicas solo influyen bajo condiciones excepcionales. Se produce en la zona de rompiente y próxima a la costa, desarrollando corrientes perpendiculares y paralelas a la costa. La predominante es la paralela a la playa Son generadas por la componente longitudinal del flujo de energía cuando las olas inciden oblicuamente Son de relativamente baja magnitud Se desarrollan en el tiempo, transportando el sedimento que pone en movimiento el oleaje. La velocidad es función del ángulo de incidencia, mientras que el caudal transportado depende mayormente de H Transporte de sedimentos Se manifiesta cuando su movimiento se ve interrumpido: Espigones Rompeolas Diques La estructura actúa como dique de retención y genera: Un embanque o aterramiento aguas arriba de la obra Erosión del lado opuesto Transporte litoral total: El transporte litoral total consiste en la suma de los transportes sólidos en suspensión y de fondo Transporte de solidos en suspensión (20%) transportado por la columna de agua donde el material se mantiene por turbulencia del agua. Transporte de solidos de fondo se mueve sobre o cerca del fondo, mantenido en un estado de dispersión Transporte litoral neto: Es la sumatoria de los transportes debidos a los distintos oleajes que arriban a la costa desde diversas áreas de generación y con distintas características. Predecir erosión y/o embarque de una obra. 𝑻𝒓𝒂𝒏𝒔𝒑𝒐𝒓𝒕𝒆 𝒏𝒆𝒕𝒐 = 𝒅𝒊𝒇𝒆𝒓𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝒅𝒆 𝒗𝒐𝒍ú𝒎𝒆𝒏𝒆𝒔 𝒎𝒐𝒗𝒊𝒅𝒐𝒔 𝒆𝒏 𝒅𝒊𝒔𝒕𝒊𝒏𝒕𝒂𝒔 𝒅𝒊𝒓𝒆𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔 Se deben evaluar los transportes individuales y sus direcciones Ejemplo: Una costa orientada de Norte a Sur 1° ondas que arriban desde el sur, mueven la arena hacía en norte (Qn) por un cierto periodo 2° se mueve hacia el Sur (Qs) bajo la acción de un oleaje proveniente del Norte durante otro lapso TRANSPORTE TOTAL: Qt= Qs+ Qn TRANSPORTE LITORAL NETO: Qneto = Qs-Qn Tipos de protecciones Los diques y rompeolas se construyen en general para: proteger las costas, interrumpir el movimiento de sedimentos a lo largo de la costa, reorientándolos y manteniendo ancha la playa, retener material en las aguas quietas detrás de la obra, con objeto de construir o mantener una playa amplia, proveer acceso desde tierra hasta aguas relativamente profundas, proveer protección del oleaje a los barcos amarrados en puertos. Espigones normales a la playa Si se requiere proteger una línea de playa, porque se ha construido una escollera o espigón, se podrían proponer dos soluciones: (A) Por dragado del material sedimentado aguas arriba de la escollera (es decir del lado donde provienen los sedimentos) y refulado del mismo aguas abajo (B) Construyendo espigones de longitud decreciente. Los espigones se colocan cada 2-4 veces su longitud y evita la socavación aguas abajo y ganar playa. Se reduce la longitud en 6°, entonces en el último no se genera socavación porque es muy corto el espigón → se evita la perdida de playa aguas abajo Comienzan en línea de costa más allá de la pleamar de sicigia y tenga una longitud hasta aproximadamente el límite de acción de la bajamar de sicigia Se pueden construir con piedras, pilotes de madera, etc., de una altura variable y pendiente horizontal o similar a la de la playa. Objetivos: Reducir la perdida de arena en una zona de playa Reducir la erosión aguas debajo de una escollera Aguas arriba de una entrada donde se debe controlar la intrusión de arena. Se rellena la playa, se colocan los espigones y el relleno de playa empieza a tener esa forma Un solo espigón disminuye el transporte de arena a lo largo de la playa, reorienta la línea de la playa y reduce el ángulo entre la línea de la costa y la dirección de la ola incidente. La reorientación reduce la tasa local de transporte a lo largo de la costa para producir acumulación y/o redistribución de la arena aguas arriba del espigón. Los sedimentos se mueven por encima de la parte superior (sobrepaso) y a través de la zona permeable y de detrás de la estructura (Shore-passing). En la punta del espigón, la difracción de las olas causa una disminución de la energía. Espigones paralelos a la playa Cuando la dirección de la ola es perpendicular usamos espigones paralelos ttambién pueden utilizarse escolleras paralelas y cercanas a la costa que disminuyen la energía de la ola en el tramo de área protegida y en consecuencia el transporte litoral es más lento; produce deposición de sedimentos salientes de la línea de costa, detrás de la escollera en zona protegida y el transporte de sedimentos puede continuar a lo largo de la costa detrás de las escolleras. Se utilizan para ganar playa Cuando el transporte de sedimentos normal a la playa es predominante Objetivos: Incrementar la vida útil del proyecto de relleno de playa Proteger las áreas de costa de tormentas Proporcionar un ancho de playa para recreación En los extremos de la escollera se produce el fenómeno de difracción con una disminución de la altura de ola, en consecuencia, es posible visualizar una zona de erosión de la costa en coincidencia con los extremos de la escollera y una zona de acumulación de arena detrás de la escollera Saliente (zona de acumulación) Se generan cuando las escolleras se encuentran suficientemente alejadas de la costa Es preferible como línea de costa Permite la continuidad del transporte de sedimentos a lo largo de la costa en playas situadas aguas abajo Tómbolo (zona de erosión) Se generan cuando la escollera está cerca de la costa Con longitud relativamente larga respecto a la longitud de la onda incidente Interrumpe el transporte longitudinal de sedimentos y estimulan el movimiento de sedimentos costa afuera en forma de corrientes Se trata que se generen salientes y no tómbolos, Aplica en mares ya que los oleajes son mayores  (4) Estructuras de costas Función Proteger los accesos, las zonas de maniobra y las obras interiores contra la acción de los oleajes procedentes de aguas profundas. Encauzamiento de corrientes Interrupción del transporte litoral Ganancia de terrenos al mar. Clasificación Según su Función o Muros de contención o Rompeolas normales (escolleras) o Rompeolas paralelos (prevenir erosión y aumento zona de playa) o Estructuras encaminadas para generar acceso a muelles o Espigones (control de sedimentos) ▪ Paralelos a la costa ▪ Perpendiculares a la costa Cualquiera sea su función, estructuralmente deberá ser capaz de resistir las diferentes acciones a las que está sujeto, principalmente las correspondientes al oleaje Para su estudio se dividen en: Los que amortiguan el oleaje Los que impiden el paso del oleaje Amortiguan el oleaje No es muy usual, su utilización se restringe a casos especiales. Rompeolas sumergidos: disminución de la altura de la ola por reflexión parcial Rompeolas flotantes: disminución de la altura de la ola mediante un coeficiente de transmisión del oleaje. Impiden el paso del oleaje Son los más usuales, se clasifican en relación a la forma en que se oponen al oleaje. De paramento vertical (diques verticales) De paramento a Talud Mixtos  1. Escolleras (obra de defensa de costas a talud) Definición de obras a talud y exigencias técnico-económicas. Son macizos de sección trapecial, que resisten las acciones del mar, transmitiendo al suelo de fundación los esfuerzos a los que están sometidos. Provoca un conjunto de reflexiones y absorciones de energía que dependen esencialmente del perfil de la obra y de la estructura del revestimiento. Menor profundidad La ola rompe Los elementos que conforman la estructura tienen que asegurar la disipación o reflexión de la energía incidente, sin dejar pasar las ondas o los derrames capaces de deteriorar el coronamiento, el núcleo o el talud interior de la obra. Es preferible que la estructura absorba la energía de la ola y evitar el sobrepaso. La reflexión incrementa la altura de la ola y en consecuencia resultan estructuras más grandes para ser estables que aquellas que absorben la energía de la ola. Constituido por un “núcleo” de enrocamiento (piedras relativamente pequeñas), que impiden la transmisión de la energía dada su baja porosidad. Éste está protegido por una capa o varias de enrocamiento, pero con tamaños crecientes, cuya función es evitar la dispersión del núcleo por acción del oleaje: “capa secundaria” actúa como filtro. Coraza: el manto exterior, puede estar constituido por rocas o elementos conformados, es el que resiste directamente la acción del oleaje. Define la capacidad resistente de todo el rompeolas. Espaldón: de hormigón para impedir el sobrepaso de la ola, disminuye el tamaño de la coraza aguas adentro. otros costos La estructura debe estar constituida por elementos que tengan una tendencia a solidarizarse los unos con los otros de manera de constituir una estructura estable, presentando taludes erguidos. Pero, al mismo tiempo, el agua tiene que circular para evitar las subpresiones La parte externa del revestimiento debe presentar una estructura tal que resulte de gran rugosidad y de una fuerte porosidad. El revestimiento debe: ser estable y permitir ejecutarlo con un talud de pendiente fuerte, para reducir el volumen de la obra y con ello el costo; los elementos deben ser individualmente estables y asegurar la disipación o reflexión de la energía incidente, sin dejar pasar las ondas o los derrames capaces de deteriorar el coronamiento, el núcleo o el talud interior de la obra. Conviene aumentar el peso unitario de los elementos y aumentar la trabazón, que tiende a evitar desplazamientos relativos. Además de la importancia del peso unitario de los elementos, tenemos la importancia de la cohesión del revestimiento, en la que interviene la forma de los elementos. La reflexión total de la ola incrementa la altura de la ola incidente y conduce, para resistir los esfuerzos y evitar el pasaje por encima, a realizar macizos más importantes que aquellos de una obra que destruya la energía. Además, la agitación que se produce entorpece la navegación. Materiales utilizados para la coraza (revestimiento) Rocas naturales o Por su forma irregular materializan bastante bien las condiciones de rugosidad y porosidad. + trabazón o Es económico, pero depende si hay canteras cerca. o Las aristas vivas peligran ser consumidas por el oleaje Bloques artificiales (paralelepípedos) o Dispuestos irregularmente ofrecen fuerte rugosidad y porosidad o Pueden producir deslizamientos por erosión, o corte del macizo comprometiendo la estabilidad de la obra Elementos conformados. ¿Por qué son mejores que las rocas? o Su porosidad, rugosidad y trabazón son tales que permiten disminuir considerablemente el peso de cada elemento. Su forma hace que se claven con las olas. o Forma irregular: porosidad con menos cantidad de materiales, + livianos o Tienen una ubicación específica para que la ola al romper libere la energía en los huecos Ventajas de elementos conformados Aumento de la estabilidad individual y total con menor peso Posibilidad de fabricación en obra Transporte relativamente simple Posibilidad de utilización en lugares donde no hay rocas disponibles Si no pongo una planta de hormigón: camiones con C°, arena y piedra: planta en el puerto y se construyen los elementos conformados Utilización sin restricciones físicas impuestas por el proyecto Desventajas de elementos conformados Mayor costo que las rocas La rotura de los elementos es un problema potencial Las fallas parecen ser más catastróficas. Modos de fallas de las escolleras Extracción de las piezas del manto principal a causa de las fuerzas inducidas por el oleaje. Movimientos continuos de los bloques del manto principal sin grandes desplazamientos instantáneos, pero capaces de deformar a largo plazo la geometría del manto (fatiga). Rotura de las piezas por choques entre ellas. Deslizamiento de una zona de la coraza por taludes de alta pendiente Deslizamiento del manto por falta de fricción con las capas subyacentes. Fallas debidas a una baja capacidad de carga en el terreno de cimentación. Erosión de pie o socavación. Falta de compacidad en las capas subyacentes, que, al permitir el paso de agua al interior, producen fuerzas de levantamiento sobre las capas superiores. Averías en el manto interior y en la corona por rebase del oleaje. Discrepancias en las características de los materiales, no cumplen con el tamaño. Defectos de construcción que crean zonas débiles. Parámetros de diseño de una obra de abrigo y obtención de la altura de diseño. Parámetros de diseño de la sección tipo Oleaje Estructurales o Altura de ola, depende si la estructura o Dimensiones de la sección tipo del es crítica o no (exposición) dique ▪ H1/3, H1/10, Hmáx o Elementos de los mantos principal y o Periodo del oleaje secundarios ▪ Tp, T1/3, Tmed o Espaldón o Dirección del oleaje Emplazamiento ▪ Ángulo de incidencia β o Profundidad h o Duración del temporal. Persistencia o Carrera de marea: diferencia entre PM ▪ Número de olas: N y BM o Parámetros espectrales o Configuración del fondo; pendiente del ▪ Tp, Hmo, 𝛾, dispersión fondo m direccional Geotécnicos o Características del terreno o Dragado Sección transversal Tiene que ser FUNCIONAL: Minimiza la cantidad de energía de ola, pasante o reflejada por el rompeolas, para minimizar la propagación a través del rompeolas, la elevación del núcleo será mayor que la cresta de la ola. Para minimizar el traspaso por sobrepaso, la altura de coronamiento del rompeolas debe ser lo suficientemente alto para impedir sobrepasos significativos Acceso a las embarcaciones amarradas, adyacentes al rompeolas, y proveer acceso a la cresta del rompeolas para su mantenimiento y reparación, etc. Parámetros físicos de diseño El nivel del agua tiene influencia en las condiciones de la ola en el lugar. La profundidad relativa determina que una estructura esté sometida a olas sin romper, rompientes o rotas El viento como generador de olas Las corrientes pueden producir cambios en zonas cercanas a la base Condiciones de fundación Clima de las olas En el diseño de la ola deberá determinarse a que tipo de olas estará sometido La determinación de la máxima ola rompiente que actuará contra la estructura para una profundidad de agua, puede usarse para establecer si la estructura estará sometida a olas rompientes, no rompientes o rotas 𝑂𝑙𝑎 > 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑟𝑜𝑚𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 → 𝑂𝐿𝐴 𝑅𝑂𝑇𝐴 𝑂𝑙𝑎 ≈ 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑟𝑜𝑚𝑝𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 → 𝑅𝑂𝑀𝑃𝐼𝐸𝑁𝑇𝐸 𝑂𝑙𝑎 > periodo propio de la estructura Olas rompientes con un frente casi vertical: o Forman un frente vertical antes de curvarse para luego romperse o Frente vertical próximo a la pared fuerte presión sobre el muro y de corta duración, seguido de pequeñas oscilaciones o Una pequeña parte de aire es atrapada que genera un pico de presión de centésimas de segundo  Olas rompientes con grandes bolsas de aire: o Una gran bolsa de aire es atrapada entre la pared y la ola o Se genera un doble pico de presión seguido de oscilaciones importantes o Primer pico generado por la cresta de la ola o Segundo pico generado por la compresión del aire Criterios de elección de rompeolas Para grandes profundidades, las obras talud requieren mucho material y es donde mejor trabajan los rompeolas verticales en condiciones reflejantes Los rompeolas a talud son recomendables en profundidades pequeñas o medias Sin embargo, las solicitaciones hidráulicas, geotécnicas, disponibilidad de materiales o equipos, darán las condiciones de selección Parámetros que influyen en la elección de un parámetro vertical o escollera. Los factores que definen la elección son: destino de la obra, profundidad a la que se ubica la obra, efectos de la misma sobre costas y navegabilidad, forma de tratar la energía y costo. Los paramentos verticales devuelven al mar la energía por reflexión sin desgastarla. Por eso no será siempre rentable usarlas ya que estamos imponiendo que la ola no rompa y para eso se necesita un buen suelo para dar profundidad, que no siempre es posible. La reflexión, además, puede causar molestias en barcos en cercanías de puertos. Si se cuenta con buena cimentación y se garantiza que no cauce molestias, puede utilizarse. Sino, se optará por escolleras que disipan la energía. Las escolleras se realizan en aguas poco profundas; las olas rompen y se disipa la energía. Los diques mixtos se realizan en profundidades intermedias; la ola puede o no romper. Los diques verticales se realizan en aguas profundas; la ola no rompe y devuelve la energía sin desgastarla.  (5) Obras de atraque y amarre Objetivo Proporcionar a los buques condiciones adecuadas y seguras para su permanencia en el puerto y para que puedan desarrollarse las operaciones portuarias necesarias Ej. Descenso y ascenso de pasajero Carga y descarga de mercancías Atraque es la maniobra Amarre el atado de las cuerdas en el muelle o lo que sea. Clasificación en función a su tipología estructural Muelles Estructura fija que conforma una línea de atraque continua, generalmente excedente a la longitud del buque Conectada total o parcialmente a tierra mediante rellenos a lo largo de la parte posterior de las mismas También conocido como muelle marginal o malecón. De un lado se amarra y del otro hay superficie Sirve para todos, pero es la más cara Deja libre un plano prácticamente vertical de agua desde su línea de borde, que permite el atraque adosado de los buques proporcionando, además, una superficie horizontal apta para las operaciones de carga y descarga. Ubicación de las grúas, almacenamiento cerca por su costo debido al traslado de las grúas. Pantalanes Estructura fija o flotante que pueden conformar una línea de atraque continua o discontinua, a uno o a ambos lados. Conectado o no a tierra Se mete en el agua y permite el atraque de ambos lados Es también conocido como muelle de penetración o tipo espigón (fijos) Se orienta perpendicularmente, o con un cierto ángulo, respecto de la línea de la costa hacia el agua. Principal para graneles al tener las escotillas a los costados.  Pantalanes flotantes Son estructuras que se encuentran suspendidas sobre el nivel del agua, ancladas al fondo marino o a estructuras fijas. Son de posición variable, ya que tienen libertad de movimiento. Tienen la utilidad de servir a embarcaciones menores, como por ejemplo para pesca o actividades deportivas, y también para auxiliar en procedimientos de carga y descarga. Deportiva, pesca, ayuda para ingresar al puerto, pero no con algo q tenga mucho peso Duques de alba Estructuras exentas y separadas de la costa que se utilizan como puntos de atraque, de amarre, de ayuda a las maniobras de atraque. Están el medio del agua Se pueden disponer aislados o formando parte de pantalanes discontinuos de solución mixta Boyas, campos de boyas y monoboyas Boyas Estructuras de amarre flotante, cuya posibilidad de movimiento se encuentra limitada por una cadena amarrada a un ancla Supone un punto fijo en el fondo Pueden disponer de equipamiento para la carga y descarga de combustibles a través de mangueras submarinas flexibles Descarga de combustibles por tubería que pasa por el fondo del mar, y está anclada al fondo del mar.  Campo de boyas Disposición de boyas que posibilita el amarre de un buque simultáneamente a varias boyas Objetivo: limitar los movimientos del buque amarrado Utilizado generalmente para carga y descarga del gráneles líquidos Combustibles líquidos: lo más alejado de la zona más usada puerto Soluciones mixtas Pantalanes constituidos o complementados con varios diques de alba, plataformas auxiliares y boyas de amarre Estaciones de transferencia a flote Buque silo, dotado de medios de descarga que permiten el atraque a ambos costados del mismo tanto barcasas como buques oceánicos. Graneles solidos Uso: buque interoceánico con mucho calado, se pasa la mercancía a buques menores para que pase al puerto. Clasificación funcional Comercial o Graneles líquidos o Graneles solidos o Mercancía general o Pasajeros Pesquero Náutico –deportivo Industrial Militar Criterios para la elección del atraque ❖ Volumen (cantidad de mercancías, pasajeros) ❖ Tipo de tráfico (mercancías o pasajeros) ❖ Tamaño, composición y frecuencia de llegadas (tamaño de los buques, de qué y cada cuanto llegan) ❖ Necesidades de superficie y de equipos e instalaciones de carga y descarga en líneas de atraque (grúas; dependiendo del tipo de terminal van a ser las necesidades) ❖ Necesidad de área de almacenamiento más o menos próximas a la línea de atraque y de equipos e instalaciones de transporte entre esta y las explanadas. (graneles sólidos: cintas transportadoras, carga continua o discontinua(cuchara)). ❖ Necesidades de conexión con el transporte terrestre El muelle suele ser la configuración del atraque que se adapta a todos los tipos de tráfico dado su gran flexibilidad operativa, pero, dado que normalmente tiene un mayor coste de construcción, no siempre es la más adecuada desde el punto de vista económico. Graneles líquidos Son manipulados mediante el uso de instalaciones especiales de gran rigidez en las cuales el sistema de transporte de la mercancía es continuo entre el buque y los depósitos de almacenamiento. El carácter de mercancías peligrosas de gran parte de los graneles líquidos supone limitaciones importantes a su coexistencia con otros tráficos (distancias mínimas, procedimientos específicos de operación, etc.). Ello favorece infraestructuras específicas alejadas de las zonas más congestionadas del puerto. o Productos petrolíferos y químicos ▪ Monoboyas, Campos de boyas o Pantalanes discontinuos formados por soluciones mixtas ▪ No ser necesario que los depósitos de almacenamiento se sitúen cercanos a la línea de atraque o Gases licuados ▪ Pantalán discontinuo: dado que los sistemas de manipulación exigidos consisten en brazos articulados de carga y descarga que deben quedar situados entre las válvulas de descarga del buque. ▪ Es imprescindible, especialmente para gas natural, que los depósitos de almacenamiento se sitúen en las proximidades de la línea de atraque por el alto coste de la tubería criogénica o Otros: aceites, agua. ▪ Pantalán discontinuo, aunque no debe descartarse que la manipulación de estas mercancías se realice en muelles multipropósito. Graneles sólidos La carga o la descarga se efectúa a través de una serie de escotillas distribuidas a lo largo del buque, por lo que es conveniente que, independientemente del sistema de manipulación utilizado, la línea de atraque sea continua y de longitud no menor que la eslora del buque No recomendables duques de alba ▪ Con instalación especial o Es conveniente que sean manipulados mediante el uso de instalaciones especiales, en las cuales el sistema de transporte de la mercancía es continuo entre el buque y los silos, explanadas o tinglados de almacenamiento, o viceversa. o No es necesario que los almacenamientos estén muy próximos a la línea de atraque o La configuración física que suele ser más conveniente es el pantalán continuo. o Lo anterior no impide que en algunas situaciones puedan utilizarse pantalanes discontinuos de solución mixta que dispongan de plataformas auxiliares anejas a la línea de atraque con una longitud similar a la eslora del buque.  ▪ Sin instalación especial (terminal multipropósito) o En el caso de sistemas de carga-descarga discontinuos (grúas en buque, grúas fijas y móviles en el atraque equipadas con cuchara) sin trasferencia directa entre el buque y los modos de transporte terrestre o La solución más recomendable será la de muelle al necesitar áreas de almacenamiento provisional próximas a la línea de atraque. o En el caso de transferencia directa de la mercancía entre el buque y los modos de transporte terrestre, en general la configuración más conveniente será la de pantalán continuo. Carga general Carga convencional o La configuración física más conveniente es el muelle dado que es necesario que la carga y la descarga se puedan efectuar a lo largo de toda la eslora del buque y que, aunque es posible su transferencia directa desde el buque a otros modos de transporte, es conveniente que exista una explanada adyacente a la línea de atraque en donde se pueda almacenar provisionalmente la mercancía para su posterior transporte terrestre o marítimo, ya que la distancia de la explanada a la línea de atraque repercute directamente en los rendimientos de la misma. Contenedores o La configuración física del atraque más conveniente es el muelle, porque es necesario que las operaciones de carga y descarga de contenedores se puedan efectuar a lo largo de toda la eslora del buque. En este caso es imprescindible disponer de una explanada adyacente a la línea de atraque ya que el transporte hasta o desde el área de almacenamiento es muy costoso. Ferris o Los buques ferris pueden transportar tanto pasajeros y vehículos en régimen de pasaje. o Las operaciones de embarque y desembarque de pasajeros, se realizan normalmente por puertas localizadas en el costado del buque, a través de pasarelas fijas o móviles que cumplen también la misión de separar el tráfico peatonal del rodado. o Por estas razones es imprescindible que la longitud del atraque sea del orden de la eslora del buque, por lo que las configuraciones del atraque más convenientes suelen ser: Pantalanes continuos y Muelles. Partes y elementos Cimentacion: transmite al terreno las cargas Estructura: elemento o conjunto de elementos encargados de conservar su forma y transmitir las acciones Superestructura: permite la transmisión y reparto de las acciones Relleno: material de préstamo Elementos de uso y explotacion: Vigas carriles, Defensas, Puntos de amarre, Rampas Ro-Ro, Galerías, Pavimento Clasificación según su tipología estructural Obras fijas y cerradas La parte estructural conforma un paramento continuo vertical o casi vertical de la línea de atraque desde la superestructura a la cimentación Obras fijas abiertas (duques de alba) La estructura está formada por una plataforma sustentada en pilotes o pilas Pilotes, parte del agua ingrese a la zona Obras flotantes La parte estructural se encuentra flotando, con posibilidad de movimientos verticales y/o horizontales (pantalán o boya) Criterios para la elección de la tipología estructural ❖ Uso y explotación (tipo de buques, mercancías y necesidades de superficie) ❖ Geotécnicas (calidad y homogeneidad del terreno de cimentación) ❖ Morfológicas ❖ Climáticas (en clima marítimo severo se recomienda abiertas o flotantes) ❖ Medioambientales ❖ Constructivas y de los materiales (disponibilidad de materiales en la zona) ❖ Sísmicas ❖ Conservación y mantenimiento ❖ Económicas Estado de carga – muelles sobre pilotes Características de un atraque Longitud del atraque o Continuo para 1 solo barco: 1.5 Eslora del barco tipo o Continuo para varios barcos: 1.1 Eslora (multiplicado por la cantidad de puestos de atraque) Cota de fondo de dársena o Característica del barco de diseño o CF= Calado + Revancha o Revancha de 0.7 a 1 m en función del tipo de suelo, suelo rocoso: valor menor. Arena: revancha mayor Cota de coronamiento o Característica del barco de diseño o CC= PleaMar + 2.5 a 3 (BM es el cero) Equipo de amarres Bolardos: sirven para realizar el amarre del buque y tienen distintas formas Diseño del sistema de defensas elásticas Sistema de defensas o Conjunto de elementos capaces de absorber las energías típicas que estadísticamente tendrán lugar durante la vida útil de la estructura del muelle. Conjunto de elementos: c/u elemento no es una sola defensa: un elemento de defensa puede ser 1 o +más defensas. Dos pegadas es un elemento Metodología de diseño o 1°CONCEPTO: parte de un comportamiento rígido de la obra de atraque, los elementos adicionales deben absorber la totalidad de la energía. Usamos la 1°. o 2°CONCEPTO: considera que la obra de atraque es parte integral del sistema de defensas, en el cual las defensas absorben la energía que no se disipa por deformación elástica de las estructuras Defensas ¿Por qué se colocan? Describa las defensas, explique como se seleccionan y realice un esquema ubicándolas. Toda embarcación que navega se desplaza con un alto grado de energía cinética, la cual en el momento del atraque genera esfuerzos de tal magnitud que producirán daños irreparables a embarcaciones y estructuras portuarias si no se interpusiera un sistema apto para controlarlos y reducirlos. Por esto surge el sistema de defensa, al que se define como el conjunto de elementos capaces de absorber las energías típicas que tendrán lugar durante la vida útil del muelle, para todas las condiciones de atraque realizadas de acuerdo con los procedimientos normales, mediante la deformación elástica y el pandeo del cuerpo de la defensa Cilíndricas: buques pequeños y medianos, en esquinas. Muy flexibles Trapeciales: transmiten reacciones muy bajas en relación a la energía disipada. De reacción constante. Arco: disipa grandes valores de energía, transmite una mínima reacción y ejerce bajos valores de presión. Parámetros para el diseño de sistemas de defensa. Los parámetros que deben tenerse en cuenta son: Tipo de defensas (cilíndricas, trapeciales, sistema arco); Tamaño de los barcos y tipos de barco; Acción del viento y corri