Estudio conceptual de profundización del canal …...2018/11/28 · ESTUDIO CONCEPTUAL DE...
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ESTUDIO CONCEPTUAL DE PROFUNDIZACIÓN DEL CANAL HAVERBECK.
XIV REGIÓN DE LOS RÍOS, VALDIVIA
DEFENSA DEL PROYECTO PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL OCEÁNICO
GINA GAJARDO ESPINOZA
NOVIEMBRE 2018
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ÍNDICE DE CONTENIDOS
2
Introducción
Objetivos
Alcances y limitaciones
Metodología
Resultados
Conclusiones y recomendaciones
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INTRODUCCIÓN
3
Cruces
Valdivia
Terminal II
ASENAV (I – III)
ASENAV (II)
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ASENAV
4
TERMINAL II
TERMINAL I Y IIIPUENTE CRUCES
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BATIMETRÍA
5
De acuerdo a la información provista por la carta náutica N°6254
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OBJETIVOS
6
GENERAL
✓Diseñar un dragado de mantención que permita la óptima navegabilidad
ESPECÍFICOS
✓Caracterizar el régimen de transporte de sedimentos en la zona, en la condición actual y con proyecto.
✓Determinar la profundidad necesaria para la operación de naves de hasta 7 m de calado en el canal Haverbeck, empleando el modelo numérico FESWMS-2DH.
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ALCANCES Y LIMITACIONES
7
NO SE LOGRÓ REALIZAR UNA CALIBRACIÓN DE
SEDIMENTOS NI DE CORRIENTES
ESTA ES UNA LIMITANTE QUE PODRÍA AFECTAR A LOS
RESULTADOS DE TRANSPORTE DE SEDIMENTO
EL MODELO HA SIDO REVISADO Y SOMETIDO A
ANÁLISIS DE SENSIBILIDAD, SE CUENTA CON UNA
CONFIANZA DE QUE LOS RESULTADOS SON
REPRESENTATIVOS.
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METODOLOGÍAMODELO NUMÉRICO FESWMS-2DH
8
Se aplican las ecuaciones de momentum promediadas en la profundidad para representar las velocidades ortogonales (U y V) integradas en la vertical
U=1
Hන
zb
zw
u z dz V=1
Hන
zb
zw
v z dz
0 =∂zw∂t +
∂q1∂x +
∂q2∂y
La ecuación de conservación de masa se define como
FLUJO DE MASA
FLUJO EN DIRECCIÓN X
FLUJO EN DIRECCIÓN Y
ELEVACIÓN DEL FONDO
ELEVACIÓN DE LA SUPERFICIE DE AGUA
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MODELO NUMÉRICO FESWMS-2DH
9
Las ecuaciones de gobierno que describen el transporte de momentum tanto para el eje 𝑥 como el eje 𝑦 son
∂q1∂t +
∂∂x β
q12
H +12 gH
2 +∂∂y β
q1q2H +gH
∂zb∂x +
Hρ∂pa∂x −q2+
1ρ τbx−τs𝑋−
∂ Hτxx∂x −
∂ Hτxy∂y =0
∂q2
∂t+
∂
∂yβq12
H+1
2gH2 +
∂
∂xβq1q2H
+gH∂zb∂y
+H
ρ
∂pa∂y
−q1+1
ρτby−τsy−
∂ Hτyx
∂x−∂ Hτyy
∂y=0
𝒈 aceleración de gravedad, densidad del fluido, 𝒑𝒂 presión atmosférica, Y parámetro de coriolis
FRICCIÓN DE FONDO
COEF. CORRECCIÓN DE FLUJO DE MOMENTO ISOTÓPICOQUE REPRESENTA LA VARIACIÓN VERTICAL DE LA VELOCIDAD DE FLUJO
TURBULENCIA DEL FLUJO
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MODELO NUMÉRICO FESWMS-2DH, TRANSPORTE DE SEDIMENTOS
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Los cambios en los niveles del lecho provocados por la erosión o el depósito de sedimentos están dados por la
ecuación de continuidad
POROSIDAD DEL MATERIAL
(1 − 𝜂𝑠)𝜕𝑧𝑏
𝜕𝑡+
𝜕𝑞𝑠1
𝜕𝑥+
𝜕𝑞𝑠2
𝜕𝑦= 0
FLUJO EN DIRECCIÓN X
FLUJO EN DIRECCIÓN Y
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MODELO NUMÉRICO FESWMS-2DH, CÁLCULOS AUXILIARES
11
𝜏∗ =𝜏
𝜌𝑔 𝑆−1 𝑑
Se adimensiona la tensión de corte (𝜏) de acuerdo a la siguiente fórmula
Luego se calculó la tensión admisible (𝜏∗) a partir del cual se calcula el transporte adimensional, de acuerdo a la
siguiente expresión para Meyer-Peter y Müller (1948)
𝑞∗ = 8 𝜏∗ − 0,0483
2
DESBALANCE DE TENSIÓN CRÍTICA
SI 𝒒∗ ES POSITIVO EXISTE TRANSPORTESI ES NEGATIVO NO EXISTE TRANSPOTE
𝝆 es la densidad del fluido
𝒈 es la gravedad
𝑺 es la proporción de la densidad del sedimento y del fluido
𝒅 el diámetro de los sedimentos.
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CALIBRACIÓN CON MAREAS
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Comparación dato a datoComparación series de tiempo
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BUQUE DE DISEÑO
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TIPO ARMADORCALADO
MÁX.DISEÑO
ESLORA
TOTALMANGA
AÑO
CONSTRUCCIÓN POTENCIA
ÁREA DE
CARGA
UT 745
CDL PSV
Supply
Vessel
Maersk 7 m
Rolls
Royce
Marine
90,15 m 18,80 m 2009/2010 2 x 5.222 hp 900 m²
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ANCHO DE LA VÍA DE NAVEGACIÓN
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𝐵𝑡 = 𝐵𝑛 + 𝐵𝑟
PROFUNDIDAD DE LA VÍA DE NAVEGACIÓN
Requerimientos en planta de la ROM, parte 8
Requerimientos en alzado de la ROM, parte 7
𝐻1 = 𝐷𝑒 + 𝑑𝑠 + 𝑑𝑔 + 𝑑𝑡 +0.7𝑑𝑤 + 𝑟𝑣𝑠𝑚 + 𝑟𝑣𝑠𝑑
ANCHURA TOTAL
ANCHURA NOMINAL
ANCHURA DE RESERVA
PROF. TOTAL
CALADO ESTÁTICO
CAMBIO DE DENSIDAD
AUMENTO CALADO
MÁX. SOBRECALADO
MOVIMIENTO POR OLEAJE
RESGUARDO DE SEGURIDAD
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GEOMETRÍA DE DRAGADO
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Sección actual y con proyecto
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EXTRACCIÓN DE SEDIMENTOS
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0,27mmClasificación de arena fina
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CONDICIONES NATURALES - Mareas
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Diciembre 2013
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CONDICIONES NATURALES - Caudales
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Variación media mensual de las estaciones pluviales
Promedio de los Caudales mensuales
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CONDICIONES NATURALES - Batimetría
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RESULTADOS
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PUNTOS DE ANÁLISISFORZANTES DEL MODELO
✓ NÚMERO DE FROUDE
✓ VELOCIDADES
✓ TENSIÓN DE CORTE EN EL LECHO
✓ TRANSPORTE ADIMENSIONAL
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NÚMERO DE FROUDE
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𝐹𝑟 < 1
* El río es controlado por la condición de nivel de aguas abajo.
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MAGNITUD DE LAS VELOCIDADES, Julio
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SIN PROYECTO CON PROYECTO
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MAGNITUD DE LAS VELOCIDADES, Julio
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SIN PROYECTO CON PROYECTO
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MAGNITUD DE LAS VELOCIDADES, Septiembre
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SIN PROYECTO CON PROYECTO
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MAGNITUD DE LA TENSIÓN DE CORTE, Julio
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SIN PROYECTO CON PROYECTO
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MAGNITUD DE LA TENSIÓN DE CORTE, Septiembre
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SIN PROYECTO CON PROYECTO
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TRANSPORTE ADIMENSIONAL DE SEDIMENTOS, Julio
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SIN PROYECTO CON PROYECTO
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TRANSPORTE ADIMENSIONAL DE SEDIMENTOS, Septiembre
28
SIN PROYECTO CON PROYECTO
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TASA ANUAL DE SEDIMENTACIÓN
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SIN PROYECTO CON PROYECTO
*No se altera el régimen morfológico del río
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DRAGADO DE MANTENCIÓN
30
Esquema temporal de dragado
✓ será necesario realizar un dragado de mantención cada 3 años y 2 meses, el cual se demorará 3 meses y 11 días
✓ Vt a dragar de 182.192 mᵌ
✓ Costo inicial 1.620.000.000
✓ Costo mantención 1.600.000.000
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RECOMENDACIONES
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Realizar este estudio de profundización a lo largo de todo el río y replicar esta metodología.
Se podría cambiar el límite de dragado, por ejemplo comenzar desde más arriba.
Otra alternativa es que se instalen trampas de sedimento en puntos estratégicos de manera que se desvíe el material
particulado a otro sector donde no generen repercusiones de profundidad
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CONCLUSIONES
32
La profundidad actual no es suficiente para la operación de la nave de diseño
Se propone un dragado en la zona de aproximación del terminal II de ASENAV
Al realizar el dragado el flujo reduce su velocidad y con ello el potencial de transporte de sedimentos
Se espera que la geometría del canal regrese a su condición inicial.
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CONCLUSIONES
33
A raíz del aumento de la profundidad y pérdida de velocidad, comienza el proceso de depositación hasta el punto que es necesario volver a dragar
La profundidad adecuada tendrá una duración de 3 años y 2 meses, transcurrido este periodo se deberá realizar un dragado de mantención
Este estudio se considera como una primera aproximación, sin embargo, a futuro se podrían seguir realizando estudios que mejoren las incertidumbres.
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34