3- Fundamentos de Diseño -CIV-513 - 2015

INGENIERÍA CIVIL Diseño y Construcción de Obras Marítimas

FUNDAMENTOS DE DISEÑOProyectos de Ingeniería Marítima


RECOMENDACIONES DE OBRAS MARITIMAS

ESTANDARES INTERNACIONALES

Existen varias recomendaciones de obras marítimas a nivel mundial, las cuales han sido

utilizadas en forma parcializada en el ámbito de la ingeniería chilena, dependiendo del

contexto histórico en cuestión. La recomendaciones utilizadas actualmente en el país, y

que se revisan someramente en este documento, son las siguientes:

• Recomendaciones de Obras Marítimas (España)

• Technical Standards and Commentaries for Port and Harbor Facilities (Japón)

• Coastal Engineering Manual (EEUU)

• British Standards (Reino Unido)

• Documentos de referencia GIOC (España)

• CIRIA-CUR, The Rock Manual (Francia, Paises Bajos Y Reino Unido)

• PIANC (Organización mundial)

• SHOA, Instrucciones hidrográficas y oceanográficas (Chile)

• Publicaciones de ingeniería marítima, oceánica y costera.

“Se ha demostrado que los procesos de normalización constituyen inmejorables modelos

estratégicos de desarrollo tecnológico y para la implantación de políticas de

innovación” (José Llorca, 2007)


ROM

PUERTOS DE ESTADO, ESPAÑA

EL programa ROM es consistente, especialmente desde el punto de vista metodológico, y constituye el

fruto de varias décadas de trabajo (desde la aparición de la primera recomendación, en 1990, a la fecha

se sigue desarrollando el programa).

Posibilita la existencia de una opinión (española) representativa de consenso, en el marco de los

diferentes foros normativos, generales y sectoriales, existentes o de previsible creación, tanto a nivel

nacional como internacional.

Las ROM definen una metodología para la verificación de la fiabilidad estructural o probabilidad de

supervivencia de la infraestructura portuaria durante todas las fases de proyecto y condiciones de trabajo.

Las ROM definen una metodología para la evaluación de los niveles de operatividad de la infraestructura

portuaria.


ROM


Se han publicado las siguientes recomendaciones:

0.0 Procedimiento general y bases de calculo

0.2-90 Acciones en el proyecto de obras marítimas

0.3-91 Acciones medioambientales I: oleaje

0.4-95 Acciones medioambientales II: viento

0.5-94 Recomendaciones geotécnicas

3.1-99 Recomendaciones para el proyecto de accesos marítimos y áreas de flotación

4.1-94 Recomendaciones para el proyecto construcción de pavimentos portuarios

5.1-05 Calidad de las aguas litorales en áreas portuarias

0.5-05 Recomendaciones geotécnicas para obras marítimas y portuarias


ROM


Las ROM en fase avanzada de elaboración son las siguientes:

1.1 Obras de abrigo

2.1 Obras de atraque y amarre

0.1 Propiedades de los materiales. Pliegos de condiciones técnicas

5.0 Recomendaciones ambientales


TECHNICAL STANDARDS AND COMMENTARIES FOR PORT

AND HARBOUR FACILITIES IN JAPAN

OCDI (THE OVERSEAS COASTAL AREA DEVELOPMENT INSTITUTE)

Se conoce en Chile como la “norma” Japonesa, aun cuando no tiene caracter regulatorio. La última

versión corresponde a la traducción de la mayor parte (2/3) del documento de 1999 publicado por el

Japan Port and Harbour Association, Minister of Transport.

Integra resultados de modelos físicos, numéricos y datos de campo con fundamentos de buenas

prácticas de ingeniería y está dividido en los siguientes capítulos:

Part I General

Part II Design Conditions

Part III Materials

Part IV Precast Concrete Units

Part V Foundations

Part VI Navigation Channels and Basins

Part VII Protective Facilities for Harbors

Part VIII Mooring Facilities

Part IX Other Port Facilities

Part X Special Purpose Wharves

Part XI Marinas


TECHNICAL STANDARDS AND COMMENTARIES FOR

PORT AND HARBOUR FACILITIES IN JAPAN

OCDI (THE OVERSEAS COASTAL AREA DEVELOPMENT INSTITUTE)


COASTAL ENGINEERING MANUAL

USACE (U.S. ARMY CORPS OF ENGINEERS)

Complementa, actualiza y reemplaza al Shore Protection Manual (1984) y corresponde a

una guía práctica y de uso sencillo. Está orientado a ingenieros con conocimientos

escenciales en ingeniería costera.

Integra resultados de modelos físicos, numéricos y datos de campo con fundamentos de

buenas prácticas de ingeniería.

Está dividido en los siguientes capítulos:

Part I Introduction

Part II Coastal hydrodynamics

Part III Coastal sediment processes

Part IV Coastal geology

Part V Coastal project planning & design

Part VI Design of coastal project elements

Está disponible en forma gratuita en versión pdf y en software.




Part II Coastal hydrodynamics

Water wave mechanics

Meteorology and wave climate

Estimation of nearshore waves

Surf zone hydrodynamics

Water levels and long waves

Hydrodynamics of tidal inlets

Harbor Hydrodynamics

Hydrodynamic analysis and design conditions

Part III Coastal sediment processes

Sediment Properties

Longshore Transport

Cross-shore Transport

Wind-blown Transport

Cohesive shores

Outside the Surf Zone (Shore-face)




Part IV Coastal geology

Terminology

Environments

Classification and Morphology

Morphodynamics

Part V Coastal project planning & design

Planning & Design Process

Site Characterization

Shore Protection Projects

Beach Fill Design

Navigation Projects

Inlets/Harbors

Environmental Enhancement

Federal Role in Hazard Mitigation




Part VI Design of coastal project elements

Types & Functions of Structures

Site Specific Conditions

Materials & Construction

Fundamentals of Design

Reliability

Case Examples

Repair/Rehab & Modification

DISEÑO DE OBRAS MARÍTIMAS

FUNDAMENTOS DE DISEÑO

BRISTISH STANDARDS

CIVIL ENGINEERING AND BUILDING STANDARDS POLICY COMMITTEE

Los British Standards (BS) han sido escasamente utilizados en Chile, salvo excepciones

(consultoras externas).

Están orientados a profesionales con experiencia en el ámbito de la ingeniería marítima y

proporciona guía e información verificable.

El BS 6349 (Maritime Structures) está dividido en los siguientes capítulos:

Part 1 General criteria;

Part 2 Design of quay walls, jetties and dolphins;

Part 3 Design of dry docks, locks, slipways and shipbuilding berths, shiplifts

and dock and lock gates;

Part 4 Design of fendering and mooring systems;

Part 5 Code of practice for dredging and land reclamation;

Part 6 Design of inshore moorings and floating structures;

Part 7 Guide to the design and construction of breakwaters.


BRISTISH STANDARDS


La Parte 6, Design of inshore moorings and floating structures, está dividida en los

siguientes capítulos:

Section 1 General

Section 2 Environmental loads

Section 3 Moorings

Section 4 Floating structures

Section 5 Ponttons, floating docks and floating breakwaters

A continuación se presenta en detalle los contenidos de las sección 1.


BRISTISH STANDARDS



BRISTISH STANDARDS


La Parte 7, Guide to the design and construction of breakwaters, está dividida en los

siguientes capítulos:

Section 1 General

Section 2 Layout planning

Section 3 General design of breakwater structures

Section 4 Rubble mound structures

Section 5 Vertical face structures

Section 6 Composite structures

A continuación se presenta en detalle los contenidos de las secciones 2 y 3.


BRISTISH STANDARDS




UNICAN

DOCUMENTOS DE REFERENCIA

El Grupo de Ingeniería Oceanográfica y de Costas de la Universidad de Cantabria (GIOC),

perteneciente al Instituto de Hidráulica, ha desarrollado una serie de documentos de

referencia bajo los siguientes títulos, que son resultado de investigación científica y por

ende de alto grado técnico:

Volumen 1 Dinámicas

Volumen 2 Procesos litorales

Volumen 3 Obras

Volumen 4 Medio ambiente litoral

Volumen 5 Apéndices

CIRIA-CUR

THE ROCK MANUAL

(THE USE OF ROCK IN HYDRAULIC ENGINEERING)

FRANCIA, PAISES BAJOS Y REINO UNIDO


PIANC

PERMANENT INTERNATIONAL ASSOCIATION OF NAVIGATION

CONGRESSES


SHOA

INSTRUCCIONES OCEANOGRAFICAS E HIDROGRAFICAS


¿UNA DISCIPLINA EN INGLES?

DICCIONARIO TECNICO MARITIMO

Una pequeña ayuda para la traducción de los términos comunmente utilizados en la

literatura de habla inglesa corresponde a este Diccionario Técnico Marítimo (Luis Gil, 1983)



PUBLICACIONES

INGENIERIA MARITIMA, OCEANICA Y COSTERA

“Pese a los notables avances, contribuciones técnicas y

científicas, así como evoluciones en los procesos de diseño y

construcción, el ingeniero marítimo, mirando al mar, debe ser

prudente, sensible y consciente de su limitado saber y de la

ignorancia que todavía le envuelve

“Diseño de diques rompeolas”,

Vicente Negro Valdecantos (2002)


DISEÑO EN

INGENIERÍA

MARÍTIMA

DISEÑO

OPERACIONAL

ASPECTOS

CONSTRUCTIVOS

MARCO LEGAL

ADMINISTRATIVO

DISEÑO

OCEANOGRAFICO

HIDRÁULICO

ASPECTOS

AMBIENTALES

DISEÑO

ARQUITECTÓNICO

URBANÍSTICO

DISEÑO

ESTRUCTURAL

ASPECTOS

SOCIALES


PUERTO VALPARAÍSO – V REGIÓN

DISEÑO OPERACIONAL

LAYOUT MARITIMO Y TERRESTRE


MUELLES NO PROTEGIDOS

MUELLES COMBINADOS CON ROMPEOLAS

MUELLES DE TIPO MARGINAL (MALECONES)

MUELLES DE PENETRACIÓN Y ESPIGONES

COMBINACIÓN

DE MUELLES Y

MALECONES

DÁRSENA EXCAVADA

EN TIERRA

DISEÑO OPERACIONAL




DISEÑO OPERACIONAL



Verificación de factibilidad de las maniobras.

Verificación de requerimiento de remolcadores.

Duración de las maniobras de arribo/partida.

Condiciones límite de viento y corrientes.

Maniobras preferidas por capitanes.

Verificación círculo de maniobras

Definición de área a dragar.

DISEÑO OPERACIONAL

AREAS DE ACCESO Y MANIOBRAS


DISEÑO OPERACIONAL

PROFUNDIDADES


Modelo Norte

Relleno

Modelo Norte

Relleno

DISEÑO OPERACIONAL

PROFUNDIDADES


PUERTO DE CORONEL – VIII REGIÓN

DISEÑO OPERACIONAL

TRANSPORTE DE SEDIMENTOS

El diseño estructuras busca evaluar las cargas, esfuerzos, deformaciones y condiciones de

estabilidad que ofrecen seguridad a los diferentes elementos de la estructura.

Avances en el diseño de estructuras portuarias tras el terremoto de 1985, lo que indica que la

Ingeniería estructural en buen pie. Modelos sofisticados en el diseño estructural de obras

marítimas.

TERREMOTO DE 1985 EN PUERTO DE SAN ANTONIO – V REGIÓN

DISEÑO ESTRUCTURAL

CHILE, PAIS SISMICO



DISEÑO ESTRUCTURAL

ACCIONES

CARGAS PERMANTES

Peso propio

Cargas muertas

CARGAS VARIABLES

Cargas del terreno

Cargas variables de uso o explotación

Sobrecargas de: estacionamiento y almacenamiento / equipos e instalaciones

Tráfico / sobrecargas para dimensionamiento de explanadas / sobrecargas de operación de buques

Cargas medioambientales

Oleaje / corrientes / mareas / variaciones del nivel del mar / viento / sísmica

Presión atmosférica / temperatura del aire y agua / precipitaciones / nieve y hielo

CARGAS ACCIDENTALES

Fallos en sistema de drenaje o control de subpresiones

Empujes debidos a inestabilidades del suelo

Depósitos y sobredragado

Socavación por efecto de hélices de buques

Colisión de embarcaciones

Impacto debido a maniobras excepcionales de mercancía

Impacto debido a maniobras excepcionales del buque

Rebase de oleaje

Huracanes

Tsunamis

Explosiones, fuego y otros (a gusto del cliente)

MUELLE SITIO 4-5 – ANTOFAGASTA – II REGIÓN

MUELLE PUERTO DE ANGAMOS – ANTOFAGASTA – II REGIÓN

DISEÑO ESTRUCTURAL

CHILE, PAIS SISMICO



DISEÑO ESTRUCTURAL

CHILE, PAIS SISMICO


DISEÑO OCEANOGRAFICO / HIDRAULICO

PROPAGACION DE OLEAJE

MODELACIÓN NUMÉRICA DE PROPAGACIÓN ESPECTRAL DE OLEAJE


MUELLE MAGUELLINES – VII REGIÓN


PROPAGACION DE OLEAJE

AGITACIÓN PUERTO DE ARICA – I REGIÓN (PRDW-AV)


AGITACION DE OLEAJE




INTERACCION OLEAJE ESTRUCTURA

MUELLE VERGARA – V REGIÓN




En el diseño hidráulico se deben considerar los siguientes aspectos:

Run-up y run-down: Define la cota de la estructura sobre la cual no se genera sobrepaso

Sobrepaso: Define la cota que permite sobrepaso aceptable (dependiendo del uso)

Transmisión: Puede generarse por sobrepaso o penetración de la obra. Es responsable

de movimientos en zonas abrigadas.

Reflexión: Responsable de agitación en dársenas, en bocanas de acceso. Genera ondas

resultantes de esbeltez alta que afectan embarcaciones menores.

SOBREPASO EN COSTANERA CIUDAD DEL CABO, SUDÁFRICA


PUERTO SAN VICENTE – VIII REGIÓN




PUERTO DE BURRIANA, CASTELLÓN. ESPAÑA

ASPECTOS AMBIENTALES

GESTION SOSTENIBLE DEL BORDE COSTERO

Busca ofrecer una solución que tenga los menores efectos negativos sobre el medio

ambiente (entendido como el medio físico litoral, químico, biológico y social) durante la

vida útil de la obra.


?

BAHÍA DE CONCÓN – V REGIÓN


GESTION SOSTENIBLE DEL BORDE COSTERO

PUERTO DE SAN ANTONIO – V REGIÓN


EFECTOS SOBRE LA MORFOLOGIA COSTERA



EXPLOTACION DE CANTERAS


?


¿VARIACIONES EN EL LARGO PLAZO?


ASPECTOS CONSTUCTIVOS

CONSTRUIR EN EL MAR ES COMPLEJO

Las obras marítimas son caras y de compleja construcción, pues se insertan en un

ambiente agresivo (mal) llamado Océano Pacífico

• Trabajos sobre y bajo el agua

• Variaciones de la marea modifican las condiciones constructivas

• Tormentas generan una complejidad en las condiciones de trabajo

• El acceso desde tierra o mar puede ser dificultoso

• Escaso espacio para acopio de materiales e instalaciones

• El fondo marino es variable

• Es difícil controlar el acceso a sitios de trabajo

• Se necesita experiencia y equipamiento


CLUB DE YATES HIGUERILLAS – V REGIÓN

ASPECTOS CONSTUCTIVOS

CONSTRUIR EN EL MAR ES COMPLEJO


MARCO LEGAL ADMINISTRATIVO

CONCESIONES, DESTINACIONES, AREAS DE CULTIVO, ETC…


ASPECTOS SOCIALES

IMPACTOS SOBRE COMUNIDAD


TAZACORTE, ISLA CANARIAS. ESPAÑA

Visitar cubos del puerto de Llanes, España

http://www.babab.com/no21/ibarrola21.php

Puerto de Palamós, España

DISEÑO ARQUITECTONICO-URBANISTICO

IMPACTO VISUAL

Las obras marítimas intervienen sectores preciados por el hombre y por tanto deben

intentar ser agradables a la vista y lo menos intrusivas posible.


DISEÑO ARQUITECTONICO-URBANISTICO

IMPACTO VISUAL

POSIBLE AMPILACION PUERTO VALPARAISO HACIA SAN MATEO


Condiciones

de diseño

Condiciones

de explotación

Mercancía BuqueTransporte

terrestre

Condiciones

ambientales

Meteorología

Vientos

Visibilidad

Presión

atmosférica

Clima

marítimo

Oleaje

Marea

astronómica

Marea

meteorológica

Tsunamis

Ondas largas

Corrientes

Nivel del mar

Condicionantes

morfológicos

Topografia

batimetría

Geotecnia

sismos

Suelos

Sedimentos

Morfodinámica


PROCESO DE PLANIFICACIÓN Y DISEÑO

Especificar requerimientos funcionales y vida útil de la obra.

Estimar condiciones naturales en el corto y largo plazo y cambios geomorfológicos.

Selección de niveles de diseño de parámetros hidráulicos.

Disponibilidad de equipos y materiales.

Selección de alternativas para tipología estructural.

Identificación de modos de falla posibles.

Selección de niveles de daño aceptables.

Diseño conceptual (considerando daños aceptables y respuesta hidráulica)

Evaluación de costos.

Ingeniería de detalles, evaluación económica y de seguridad.


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