[EN] Armor porosity of mound breakwaters and the armor unit placement method have a considerable influence on the hydraulic behavior of the structure. The armor porosity is a parameter of great importance to the structure, it influences the hydraulic stability, run-up, overtopping and forces on the crown wall, but it is also essential when planning the necessary materials for the construction of the armor. Differences between design porosity, laboratory tested porosity and real constructed porosity may jeopardize the integrity of the structure and lead to lack or excess of materials in its construction. In armor units with complex shapes it is usual to pay special attention to the placement process to obtain the recommended porosities, not however for massive elements with random placement. This Doctoral Thesis has focused on developing Cubipod armor unit placement, massive element of random placement in one or more layers, in order to obtain armor porosities similar to those tested in hydraulic stability laboratory tests to avoid model effects. To achieve this, placement grids and processes to be followed in usual sections in mound breakwaters, such as straight trunk, curved trunk with low curvature, roundheads or high curvature curved sections and different types of transitions, have been studied. Static and progressive Cubipod placement grids have been developed adapted to straight and curved trunk. On the first ones, the element rows separation on the slope remains constant along the entire armor. However on the second ones, this distance is reduced to adjust the placement grid to possible row settlements during armor construction. In case of curved sections placement grids have been adapted depending on the curvature degree. For roundheads or high curvature curved sections, where distances between elements of the same row decrease significantly in the direction from toe to crown, chained grids have been designed, where unit rows are grouped in an annulus of a specific placement grid that is decoupled from the placement grid of the contiguous annulus. Placement grid design has been optimized through nearly one hundred realistic 3D small-scale placement tests, using small-scale crawler cranes and pressure clamps, under different wave conditions in the wave tank of the Laboratory of Ports and Coasts of the Universidad Politécnica de Valencia. Tests were used to estimate the porosity range Cubipod armors can be built with and to define placement grid parameters for each breakwater section on slopes H/V=1.5/1 and H/V=2/1, for one-layer and double-layer armors. / [ES] La porosidad del manto principal de un dique en talud y el método de colocación de los elementos de protección en él influye considerablemente en el comportamiento hidráulico de la estructura. La porosidad del manto es un parámetro de gran relevancia para la estructura, ésta influye en la estabilidad hidráulica, remonte, rebase y fuerzas sobre el espaldón, pero además es fundamental a la hora de la planificación de los materiales necesarios para la construcción del manto. Diferencias entre la porosidad de diseño, la ensayada en laboratorio y la realmente construida pueden poner en riesgo la integridad de la estructura, así como conducir a la falta o exceso de materiales en su construcción. En las piezas de protección con formas complejas es habitual poner especial atención en su proceso de colocación para obtener las porosidades recomendadas, no siendo así para los elementos masivos de colocación aleatoria. Esta Tesis Doctoral se ha centrado en el desarrollo de la colocación del elemento Cubípodo, elemento masivo de colocación aleatoria en una o varias capas, con la finalidad de obtener mantos con porosidades similares a las ensayadas en los test de laboratorio de estabilidad hidráulica para evitar posibles efectos de modelo. Para ello se han estudiado las mallas de colocación y los procesos a seguir en las secciones típicas que se dan en un dique en talud, como son la de tronco recto, tronco curvo de baja curvatura, morros o tramos curvos de alta curvatura, entronques y distintos tipos de transiciones. Se han desarrollado mallas estáticas y progresivas de colocación de Cubípodos adaptadas a tronco recto y curvo. En las primeras, la separación de las filas de elementos en el talud permanece constante a lo largo de todo el manto. Mientras que en las segundas, esta distancia va reduciéndose para adaptar la malla de colocación a los posibles asentamientos de las filas a medida que se avanza con la construcción del manto. Para tramos curvos se han adaptado las mallas de colocación en función del grado de curvatura de los mismos, llegando a emplear varias mallas encadenadas en las secciones de morro, donde la separación entre piezas de elementos de la misma fila disminuye rápidamente en la dirección del pie a coronación. El diseño de las mallas de colocación se ha optimizado a través de casi un centenar de ensayos de laboratorio de construcción realista de mantos principales mediante grúas y pinzas de presión a escala reducida, y bajo distintas condiciones de oleaje en el tanque de ensayos del Laboratorio de Puertos y Costas de la Universidad Politécnica de Valencia. Los ensayos han permitido estimar el rango de porosidades con las que se puede construir un manto de Cubípodos y obtener los parámetros definitorios de las mallas de colocación específicas para cada tramo de manto sobre taludes H/V=1.5/1 y H/V=2/1 y para mantos monocapa y bicapa. / [CA] La porositat del mantell principal d'un dic en talús i el mètode de col¿locació dels elements de protecció en ell influeix considerablement en el comportament hidràulic de l'estructura. La porositat del mantell és un paràmetre de gran rellevància per a l'estructura, aquesta influeix en l'estabilitat hidràulica, run-up, ultrapassament i forces sobre l'espatller, però a més és fonamental per a planificar els materials necessaris per a la construcció del mantell. Diferències entre la porositat de disseny, l'assajada en laboratori i la realment construïda poden posar en risc la integritat de l'estructura, així com conduir a la manca o excés de materials en la seva construcció. En les peces de protecció amb formes complexes és habitual posar especial atenció en el seu procés de col¿locació per a obtenir les porositats recomanades, i no és així per als elements massius de col¿locació aleatòria. Aquesta Tesi Doctoral s'ha centrat en el desenvolupament de la col¿locació de l'element Cubípodo, element massiu de col¿locació aleatòria en una o diverses capes, amb la finalitat d'obtenir mantells amb porositats similars a les assajades en els test de laboratori d'estabilitat hidràulica per evitar possibles efectes de model. Per a això s'han estudiat les malles de col¿locació i els processos a seguir en les seccions típiques que es donen en un dic en talús, com són la de tronc recte, tronc corb de baixa curvatura, morros o trams corbs d'alta curvatura, entroncaments i diferents tipus de transicions. S'han desenvolupat malles estàtiques i progressives de col¿locació de Cubípodos adaptades a tronc recte i corb. En les primeres, la separació de les files d'elements en el talús romanen constants al llarg de tot el mantell. Mentre que en les segones, aquesta distància es va reduint per adaptar la malla de col¿locació als possibles assentaments de les files a mesura que s'avança amb la construcció del mantell. Per trams corbs s'han adaptat les malles de col¿locació en funció del grau de curvatura dels mateixos, arribant a emprar diverses malles encadenades en les seccions de morro, on la separació entre peces d'elements de la mateixa fila disminueix ràpidament en la direcció del peu a coronació. El disseny de les malles de col¿locació s'ha optimitzat mitjançant un centenar d'assajos de laboratori de construcció realista de mantells principals utilitzant grues i pinces de pressió a escala reduïda, i sota diferents condicions d'onatge en el tanc d'assajos del Laboratori de Ports i Costes de la Universitat Politècnica de València. Els assajos han permès estimar el rang de porositats amb què es pot construir un mantell de Cubípodos i obtenir els paràmetres definitoris de les malles de col¿locació específiques per a cada tram de mantell sobre talussos H/V=1.5/1 i H/V=2/1 i per mantells monocapa i bicapa. / Pardo De Gregorio, V. (2015). Análisis de las mallas de colocación y la porosidad de los mantos monopaca y bicapa de Cubípodos en troncos y morros de dique en talud [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58608

[EN] The armor layer of mound breakwaters, made of large quarry-stone or precast concrete units, must withstand the forces generated by waves breaking on the slope during wave storms. This PhD focuses on the hydraulic stability of mound breakwaters armored with quarry-stones, cubes and the new armor unit, Cubipod. The Heterogeneous Packing (HeP) is identified as a new essential failure mode of breakwater armors. When the armor erosion is being studied, HeP should be considered together with the armor unit extraction and sliding as a whole. The Virtual Net method was established to measure the dimensionless armor damage; this method takes into account the three failure modes. In order to solve the face-to-face coupling between units undergone by cube armors, a new concrete armor unit, Cubipod, is described in this PhD. This new armor unit has a basic cubic or parallelepiped shape, characterized by one or more protrusions on its faces, and these features solve the face-to-face fitting problems. Cubipod armors show higher hydraulic stability than cube armors, but maintain their advantages, such as the high structural strength and the easy production, stacking and placing in prototypes. Likewise, a new concrete armor unit classification is developed in terms of their structural strength and number of layers. This new classification introduces the concept of oriented and specific placement in addition to the random and uniform placement, commonly considered. This study shows the two-dimensional hydraulic stability tests carried out with three types of armor units: double-layer quarry-stones, double-layer cubes and single- and double-layer Cubipods. The models were tested under non-breaking and non-overtopping conditions; regular and irregular wave trains, with increasing wave height with a constant Iribarren number, were generated from no damage to Initiation of Destruction. The test results were used to calibrate and validate the wave-to-wave exponential model to estimate armor damage progression on double-layer quarry-stone and cube mound breakwaters, and this model is applicable to stationary and non-stationary wave conditions. Moreover, a comparison of the stability of cube and Cubipod armors completes the analysis. The hydraulic stability was higher for double-layer Cubipod armor than for single-layer Cubipod armor, which had a higher hydraulic stability than conventional double-layer cube armor. / [ES] El manto principal de los diques en talud, constituido por escollera de gran tamaño o elementos prefabricados de hormigón, es la parte del dique que debe resistir las acciones generadas por las olas rompiendo sobre el talud durante los grandes temporales. Esta tesis doctoral se centra en el estudio de la estabilidad hidráulica del manto principal de los diques en talud protegidos con escolleras, cubos y Cubípodos, un nuevo elemento de escollera artificial. La compactación heterogénea del manto se identifica como un nuevo modo de fallo fundamental del manto principal de los diques en talud. Este nuevo mecanismo se debe considerar junto con la extracción y deslizamiento de piezas cuando se estudia la erosión del manto principal. Por ello, se establece el método de la Malla Virtual para obtener el daño adimensional del manto, el cual considera conjuntamente todos los modos de fallo. Para dar respuesta al problema del adoquinamiento en mantos bicapa de bloques cúbicos, la tesis define un nuevo elemento de escollera artificial, el Cubípodo. Esta nueva pieza de forma básica cúbica o paralelepipédica con una o varias protuberancias en sus caras permite resolver los problemas de adoquinamiento y baja estabilidad hidráulica del cubo, pero manteniendo sus ventajas, como la elevada resistencia estructural y la facilidad de fabricación, acopio y colocación en obra. Así mismo, se presenta una nueva clasificación de las piezas especiales de hormigón utilizadas en mantos de diques respecto de su resistencia estructural y número de capas. Esta nueva clasificación introduce el concepto de colocación orientada y específica, además de la colocación aleatoria y uniforme comúnmente consideradas. El cuerpo central de la tesis presenta los ensayos bidimensionales de estabilidad hidráulica realizados con tres tipos de elementos: escolleras bicapa, cubos bicapa y Cubípodos monocapa y bicapa. Los modelos se han ensayado sin limitación de fondo, sin rebase y manteniendo constante el número de Iribarren, aumentando la altura de ola progresivamente hasta alcanzar el Inicio de Destrucción del manto. Los resultados obtenidos permiten establecer, calibrar y validar un modelo exponencial de progresión de daños válido en condiciones estacionarias y no estacionarias para mantos de escolleras y cubos bicapa. Además, se completa el análisis comparando la estabilidad de mantos de cubos y Cubípodos. La estabilidad hidráulica es mucho mayor en el caso de mantos bicapa de Cubípodos que monocapa, los cuales tienen a su vez mayor estabilidad hidráulica que los mantos convencionales de cubos bicapa. / [CA] El mantell principal dels dics en talús, constituït per escullera de grans dimensions o elements prefabricats de formigó, és la part del dic que ha de resistir les accions generades per les ones trencant sobre el talús durant els grans temporals. Esta tesi doctoral se centra en l'estudi de l'estabilitat hidràulica del mantell principal dels dics en talús protegits amb esculleres, cubs i Cubípodes, un nou element d'escullera artificial. La Compactació Heterogènia del mantell s'identifica com una nova manera de fallada fonamental del mantell principal de dics en talús. Este nou mecanisme s'ha de considerar juntament amb l'extracció i lliscament de peces quan s'estudia l'erosió del mantell principal. Per això, s'estableix el mètode de la Malla Virtual per obtenir el dany adimensional del mantell, el qual considera conjuntament totes les formes de fallada. Per donar resposta al problema de l'adoquinat en mantells bicapa de blocs cúbics, la tesi defineix un nou element d'escullera artificial, el Cubípode. Esta nova peça de forma bàsica cúbica o paral·lelepipèdica amb una o diverses protuberàncies en les seves cares permet resoldre els problemes de l'adoquinat i baixa estabilitat hidràulica del cub, però mantenint els seus avantatges, com l'elevada resistència estructural i la facilitat de fabricació, apilament i col·locació en obra. Així mateix, es presenta una nova classificació de les peces especials de formigó utilitzades en mantells de dics respecte de la seva resistència estructural i nombre de capes. Esta nova classificació introdueix el concepte de col·locació orientada i específica, a més de la col·locació aleatòria i uniforme comunament considerada. La part central de la tesi presenta els assajos bidimensionals d'estabilitat hidràulica realitzats amb tres tipus d'elements: esculleres bicapa, cubs bicapa i Cubípodes monocapa i bicapa. Els models s'han assajat sense limitació de fons, sense ultrapassament i mantenint constant el nombre d'Iribarren, augmentant l'alçada d'ona progressivament fins a aconseguir l'Inici de Destrucció del mantell. Els resultats obtinguts permeten establir, calibrar i validar un model exponencial de progressió de danys vàlid en condicions estacionàries y no estacionàries, per a mantells d'esculleres i cubs bicapa. A més, es completa l'anàlisi comparant l'estabilitat de cubs i Cubípodes. L'estabilitat hidràulica és molt major en el cas de mantells bicapa de Cubípodes que monocapa, els quals tenen a més major estabilitat hidràulica que els mantells convencionals de cubs bicapa. / Gómez Martín, ME. (2015). Análisis de la evolución de averías en el manto principal de diques en talud formado por escolleras, cubos y Cubípodos [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59231 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales

[ES] En las últimas décadas, el Cambio Climático (CC) y la presión antrópica están comprometiendo el estado de salud de los hábitats marinos. Como resultado, los arrecifes de coral están retrocediendo, y en consecuencia, se reduce la capacidad que tienen estas formaciones naturales de proteger las costas. Adicionalmente, el aumento del nivel del mar (SLR, por sus siglas en inglés) a causa del CC incrementa los procesos de erosión en playas a nivel global. La erosión de los litorales y la degradación de los corales aumenta la vulnerabilidad de las comunidades costeras a temporales e inundaciones, además de los daños asociados a los ecosistemas. Para reducir o revertir el deterioro de los ecosistemas costeros, se necesitan acciones activas. En muchas situaciones, el uso de infraestructuras de defensa, como diques rompeolas de baja cota (LCS, por sus siglas en inglés), es la opción adecuada. Los LCS son adecuados para la protección del litoral costero al prevenir o mitigar la erosión. Estas estructuras proporcionan servicios ecosistémicos, beneficiosos para la biodiversidad y que favorecen la colonización y regeneración de entornos degradados. No obstante, estas estructuras transforman el entorno y generan significativos impactos ambientales. Por esta razón, estructuras multi-propósito, como los diques homogéneos LCS formados por Cubípodos® (HLCS, por sus siglas en inglés), son preferibles respecto a los LCS para proveer los mismos servicios. Esta tipología está solo formada por Cubípodos®, construyéndose alineando múltiples capas horizontalmente. Esta estructura genera menos impactos, y es una estructura más porosa y heterogénea que presenta una mayor exposición a la luz y mayor cantidad huecos que favorece la colonización marina. Los HLCS presentan claras ventajas ambientales y, en consecuencia, los proyectos de investigación HOLOBREAK (2019-2022) y HOLOBRACE (2022-2024) tienen como objetivo aumentar la base de datos experimental y el conocimiento relacionado con los HLCS de Cubipodos®. Esta disertación, enmarcada en estos proyectos de investigación, busca desarrollar nuevas metodologías para diseñar HLCS de Cubipodos®. Primeramente, es necesario caracterizar su respuesta frente a la acción del oleaje. Típicamente, esto se solventa con perfiladores mecánicos, que son aparatos muy extendidos en experimentación física a pequeña escala que no han evolucionado en décadas. En contraste, estos métodos pueden actualizarse con instrumentación más moderna, como escáneres láser 3D. Es más, se presenta un método que utiliza los escáneres láseres 3D como perfiladores digitales para caracterizar la respuesta a la acción del oleaje de los modelos físicos, incluso con la presencia de agua, corrigiendo la distorsión por refracción de la luz. Segundamente, la factibilidad de la construcción de una nueva tipología de dique se evalúa con ensayos de construcción realista a pequeña escala. El inconveniente es que consumen valioso tiempo y necesitan operadores especializados. En cambio, los modelos numéricos son potenciales alternativas para simular procesos de construcción, así poder reducir la incertidumbre por defectos de escala. Para ello, el Bullet Physics Engine (BPE, por sus siglas en inglés) se ha escogido; su uso está muy extendido en la industria de la animación y videojuegos. Aquí, el BPE se adapta para simular un gruista y, gracias a ello, la realización de multitud de simulaciones realistas de la construcción para evaluar la viabilidad de la constructiva de diques HLCS de Cubípodos®. / [CA] En les últimes dècades, el Canvi Climàtic (CC) i la pressió antròpica estan comprometent l'estat de salut dels hàbitats marins. Com a resultat, els esculls de coral estan retrocedint, i en conseqüència, es reduïx la capacitat que tenen estes formacions naturals de protegir les costes. Addicionalment, l'augment del nivell de la mar (SLR, per les seues sigles en anglés) a causa del CC incrementa els processos d'erosió en platges a nivell global. L'erosió dels litorals i la degradació dels corals augmenta la vulnerabilitat de les comunitats costaneres a temporals i inundacions, a més dels danys associats als ecosistemes. Per a reduir o revertir la deterioració dels ecosistemes costaners, es necessiten accions actives. En moltes situacions, l'ús d'infraestructures de defensa, com a dics de baixa cota de coronació (LCS, per les seues sigles en anglés), és l'opció adequada. Els *LCS són adequats per a la protecció del litoral costaner en previndre o mitigar l'erosió. Estes estructures proporcionen servicis ecosistèmics, beneficiosos per a la biodiversitat i que afavorixen la colonització i regeneració d'entorns degradats. No obstant això, estes estructures transformen l'entorn i generen significatius impactes ambientals. Per esta raó, estructures multi-propòsit, com els dics homogenis LCS formats per Cubipods® (HLCS, per les seues sigles en anglés), són preferibles respecte als LCS per a proveir els mateixos servicis. Esta tipologia està només formada per Cubipods®, construint-se alineant múltiples capes horitzontalment. Esta estructura genera menys impactes, i és una estructura més porosa i heterogènia que presenta una major exposició a la llum i major quantitat buits que afavorix la colonització marina. Els HLCS presenten clars avantatges ambientals i, en conseqüència, els projectes d'investigació HOLOBREAK (2019-2022) i HOLOBRACE (2022-2024) tenen com a objectiu augmentar la base de dades experimental i el coneixement relacionat amb els HLCS de Cubipods®. Esta dissertació, emmarcada en estos projectes d'investigació, busca desenrotllar noves metodologies per a dissenyar HLCS de Cubipods®. Primerament, és necessari caracteritzar la seua resposta enfront de l'acció de l'onatge. Típicament, això se soluciona amb perfiladors mecànics, que són aparells molt estesos en experimentació física a petita escala que no han evolucionat en dècades. En contrast, estos mètodes poden actualitzar-se amb instrumentació més moderna, com a escàners làser 3D. És més, es presenta un mètode que utilitza els escàners làsers 3D com a perfiladors digitals per a caracteritzar la resposta a l'acció de l'onatge en els models físics, fins i tot amb la presència d'aigua, corregint la distorsió per refracció de la llum. Segondament, la factibilitat de la construcció d'una nova tipologia de dic s'avalua habitualment amb assajos de construcció realista a escala reduïa. L'inconvenient és que són poc eficients en temp i necessiten operadors especialitzats. En canvi, els models numèrics són potencials alternatives per a simular processos de construcció, així poder reduir la incertesa per defectes d'escala. Per a això, el Bullet Physics Engine (BPE, per les seues sigles en anglés) s'ha triat; el seu ús està molt estés en la indústria de l'animació i videojocs. Ací, el BPE s'adapta per a simular un gruista i, gràcies a això, la realització de multitud de simulacions realistes de la construcció per a avaluar la viabilitat constructiva dels dics HLCS de Cubipods®. / [EN] In recent decades, Climate Change (CC) and the anthropogenic pressure are compromising the health of marine habitats. As a result, coral reefs are retreating, reducing the ability of these natural formations to protect coastlines. In addition, Sea Level Rise (SLR) due to CC increases beach erosion processes globally. Coastal erosion and coral degradation increase the vulnerability of coastal communities to storms and flooding, in addition to the associated damage to ecosystems. To reduce or reverse the deterioration of coastal ecosystems, active actions are needed. In many situations, the use of hard-defense structures, such as Low Level Breakwaters (LCS), is the appropriate option. LCS are suitable for shoreline protection by preventing or mitigating erosion. These structures provide ecosystem services, which are beneficial for biodiversity and favour the colonisation and regeneration of degraded environments. Nonetheless, these structures transform the environment and generate significant environmental impacts. For this reason, multi-purpose structures, such as homogeneous LCS made out of Cubipods® (HLCS), are preferable to LCS to provide the same services. This typology is only formed by Cubipods®, being built by aligning multiple layers horizontally. This structure generates fewer impacts, and is a more porous and heterogeneous structure that has greater exposure to light and more hollows that favour marine colonisation. HLCS present clear environmental advantages and, consequently, the HOLOBREAK (2019-2022) and HOLOBRACE (2022-2024) research projects aim to increase the experimental database and knowledge related to Cubipodos® HLCS. This dissertation, framed within these research projects, aims to develop new methodologies for designing Cubipod HLCS®. Firstly, it is necessary to characterise their response to wave action. Typically, this is solved with mechanical profilers, which are widely extended instruments in small-scale physical experimentation that have not evolved for decades. In contrast, these outdated methods can be upgraded with modern instrumentation, such as 3D laser scanners. Moreover, a method is presented that uses 3D laser scanners as digital profilers to characterise the response to wave action in physical models, even in the presence of water, correcting for light refraction distortion. Secondly, the feasibility of constructing a new type of breakwater is usually assessed with small-scale realistic construction tests. The drawback is that they are not very time efficient and require trained operators. In contrast, numerical models are potential alternatives to simulate construction prodedures in order to reduce uncertainty due to scale defects. For this purpose, the Bullet Physics Engine (BPE) has been chosen; widely used in the animation and video game industry. Here, the BPE is adapted to simulate a crawler crane, with the performance of the multitude of realistic construction simulations to evaluate the construction feasibility of Cubipods® HLCS breakwaters. / Muñoz Palao, S. (2024). Hydraulic Stability and Placement Grids for Homogeneous Low-Crested Structures (HLCS) [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/213914