Ingeniera Civil / En Chile, un país con alta actividad tectónica, el diseño sísmico de edificios y obras industriales cobra gran relevancia, y está normado. Sin embargo, algunas estructuras portuarias, tales como rompeolas, generalmente no se verifican sísmicamente, al no considerar las cargas sísmicas como dominantes. No obstante, la literatura entrega registros de evidencia de rompeolas con daño debido a eventos sísmicos, mencionando desmoronamiento de la coraza, asentamientos; y principalmente, falla de talud y deslizamientos superficiales. Lo anterior, sumado a que se prevé un crecimiento de infraestructura portuaria sostenido en nuestro país, motiva la propuesta de una metodología de análisis sísmico para rompeolas. Específicamente de talud tipo escollera, el más utilizado tanto en Chile como en el extranjero. La propuesta metodológica consiste en un análisis sísmico pseudo-estático, en que se considera la interacción entre estructura, suelo y agua. Esto se traduce en una serie de esfuerzos actuando de manera conjunta. Dos modos de falla son abordados, el desplazamiento horizontal del rompeolas y el deslizamiento superficial de talud. Se define un criterio de estabilidad para ambos; un factor de seguridad de 1,1[-]. De no ser cumplido, el rompeolas es inestable sísmicamente. La inestabilidad, sin embargo, no implica necesariamente un daño significativo, por lo que la propuesta continúa con un análisis de desplazamientos para los casos no satisfactorios. Esto según el Método de Newmark, utilizando registros sísmicos reales. El criterio de aceptación es alcanzar deformaciones menores a 100[cm] para desplazamiento horizontal, y 0,5D y 0,75D para deslizamientos de talud (D: diámetro característico elemento de coraza). La propuesta metodológica es aplicada en rompeolas de talud tipo escollera construidos en Chile. Incluye el análisis a un rompeolas extenso, con las características que se esperan para los futuros proyectos portuarios. Se analiza y discute tanto la propuesta como los resultados obtenidos en los ejemplos. Para esta primera aproximación, los resultados obtenidos son satisfactorios, invitando a continuar con la investigación sobre comportamiento sísmico de rompeolas.

El presente documento describirá el proceso contructivo de un rompeolas ubicado en la zona sur del departamento de Lima, dicho rompeolas estará totalmente aislado de la costa y se construirá por vía marina y vía terrestre. El rompeolas en mención alcanzará una longitud de 800 m, de los cuales 320m del lado norte y 320m del lado sur conforman el tronco y los 80 m restantes en cada lado conformaran los extremos redondeados del rompeolas. La altura total de la estructura es de de 24.5m (desde la profundidad 14. CD hasta 11.5 CD). El rompeolas estará conformado por una capa de filtro y sobre ella se colocará la capa de núcleo para luego construir las capas de protección, que a su vez se dividen en las capas que forman los pies de talud y las que conforman la protección de la parte superior de la sección. Para la construcción de cada capa se utilizará rocas de diferentes gradaciones que incluyen rocas desde 1 kg hasta 6 ton , así también se incluye el uso de unidades de concreto de 5 y 8m3 que ayudaran a lograr la estabilidad del rompeolas. / Tesis

El extenso litoral marítimo argentino presenta, como en diversos sitios costeros del mundo, numerosos ejemplos de áreas afectadas por procesos erosivos. En el presente Trabajo de Tesis se estudia una alternativa de obra a las tradicionalmente utilizadas para las defensas de costas, las cuales no siempre han tenido resultados favorables. Asimismo, con el estudio se busca profundizar el conocimiento de los procesos hidrodinámicos y morfológicos involucrados en las defensas de costas, lo cual tiene significativa importancia para la sustentabilidad del sistema. El presente estudio se realizó mediante la implementación de tres modelos matemáticos, calibrados y validados con un estudio real de dinámica costera y con la ejecución de un modelo físico. Las simulaciones numéricas se llevaron a cabo tanto para esquemas simplificados, como para sistemas reales combinados, y con simulaciones a corto y mediano plazo.

El presente documento describirá el proceso contructivo de un rompeolas ubicado en la zona sur del departamento de Lima, dicho rompeolas estará totalmente aislado de la costa y se construirá por vía marina y vía terrestre. El rompeolas en mención alcanzará una longitud de 800 m, de los cuales 320m del lado norte y 320m del lado sur conforman el tronco y los 80 m restantes en cada lado conformaran los extremos redondeados del rompeolas. La altura total de la estructura es de de 24.5m (desde la profundidad 14. CD hasta 11.5 CD). El rompeolas estará conformado por una capa de filtro y sobre ella se colocará la capa de núcleo para luego construir las capas de protección, que a su vez se dividen en las capas que forman los pies de talud y las que conforman la protección de la parte superior de la sección. Para la construcción de cada capa se utilizará rocas de diferentes gradaciones que incluyen rocas desde 1 kg hasta 6 ton , así también se incluye el uso de unidades de concreto de 5 y 8m3 que ayudaran a lograr la estabilidad del rompeolas.

[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] El cambio climático y la conciencia social sobre el impacto de las infraestructuras en el medio está llevando a la necesidad de diseñar diques en talud con cotas de coronación reducidas frente a eventos de rebase más extremos. Además, la mayoría de estos diques se construyen en zonas de profundidades reducidas, donde el oleaje rompe a causa de la limitación por fondo. Estudios recientes apuntan a la necesidad de considerar no sólo la caudal medio de rebase (q) sino también el máximo volumen individual de rebase (Vmax), el espesor de lámina de agua (OLT) y la velocidad del flujo de rebase (OFV) en el diseño de la cota de coronación de un dique en talud según criterios de rebase. No obstante, existen pocos estudios en la literatura científica centrados en Vmax en estructuras costeras sometidas a oleaje limitado por fondo. Además, estos estudios proporcionan resultados contradictorios en relación a la influencia de la limitación por fondo del oleaje sobre Vmax. En cuanto a OLT y OFV, no se han encontrado estudios en la literatura científica que permitan su predicción en diques en talud. En esta tesis doctoral, se han realizado ensayos físicos 2D en diques en talud rebasables (0.3≤Rc/Hm0≤2.5) sin espaldón y con tres mantos principales (Cubípodo®-1L, cubo-2L y escollera-2L) sobre dos pendientes de fondo suaves (m=2% and 4%) en condiciones de oleaje limitado por fondo (0.2≤Hm0/h≤0.9). Vmax junto con q son las variables más recomendadas en la literatura científica para diseñar la cota de coronación de diques en talud según criterios de rebase. En el presente estudio, los mejores resultados en la estimación de Vmax*=Vmax/(gHm0T012) se han obtenido empleando la función de distribución Weibull de dos parámetros con un coeficiente de determinación R2=0.833. Durante la fase de diseño de un dique en talud, es necesario predecir q para calcular Vmax cuando se emplean los métodos dados en la literatura científica. Por tanto, se debe estimar q con fines de diseño si no se dispone de observaciones directas. En caso de emplear la red neuronal CLASH NN para estimar q (R2=0.636), la bondad de ajuste de la función de distribución Weibull de dos parámetros propuesta en esta tesis para predecir Vmax* es R2=0.617. Así, el ratio entre Vmax* medido y estimado cae dentro del rango de 1/2 a 2 (banda de confianza del 90%) cuando se emplea q estimado con CLASH NN. Los nuevos estimadores desarrollados en la presente disertación proporcionan resultados satisfactorios en la predicción de Vmax* con un método más simple que aquellos propuestos en la literatura científica. No se ha encontrado una influencia significativa de la pendiente de fondo ni de la limitación por fondo del oleaje sobre Vmax* en este estudio. OLT y OFV están directamente relacionados con la estabilidad hidráulica de la coronación del dique y la seguridad peatonal frente a rebase. Por tanto, se requiere estimar OLT y OFV en la coronación del dique para diseñar apropiadamente su cota de coronación empleando criterios de rebase. En este estudio, se han empleado redes neuronales para desarrollar nuevos estimadores explícitos que permiten predecir OLT y OFV superados por el 2% del oleaje incidente con un alto coeficiente de determinación (0.866≤R2≤0.867). El número de cifras significativas apropiado para los coeficientes experimentales de dichos estimadores se ha determinado en base a su variabilidad. El punto óptimo en el que las características del oleaje deben ser estimadas para predecir OLT y OFV se ha identificado a una distancia de 3h desde el pie de la estructura (siendo h la profundidad a pie de dique). La pendiente de fondo tiene influencia sobre OLT y OFV. Los valores más extremos de OLT y OFV se han descrito empleando las distribuciones Exponencial de un parámetro y Rayleigh, respectivamente, con resultados satisfactorios (0.803≤R2≤0.812). / [CA] El canvi climàtic i la consciència social sobre l'impacte de les infraestructures al medi està portant a la necessitat de dissenyar dics en talús amb cotes de coronació reduïdes front a esdeveniments d'ultrapassament més extrems. A més, la majoria dels dics es construeixen en zones amb profunditats reduïdes on l'onatge es trenca a causa de la limitació per fons. Estudis recents apunten a la necessitat de considerar no solament el cabal mitjà de sobrepasse (q) sinó també el màxim volum individual de sobrepasse (Vmax), l'espessor de la làmina d'aigua (OLT) i la velocitat del flux de sobrepasse (OFV) pel disseny de la cota de coronació d'un dic en talús segons criteris de sobrepasse. No obstant, existeixen pocs estudis a la literatura científica centrats en Vmax en estructures costeres sotmeses a onatge limitat per fons. Addicionalment, aquests estudis proporcionen resultats contradictoris en relació a la influència de la limitació per fons de l'onatge sobre Vmax. Quant a OLT i OFV, no s'han trobat estudis a la literatura científica que permeten la seua predicció a dics en talús. En aquesta tesi doctoral, s'han realitzat assajos físics 2D amb dics en talús amb sobrepassos rellevants (0.3≤Rc/Hm0≤2.5) sense espatlló i amb tres elements al mantell principal (Cubípode-1L, cubs-2L i esculleres-2L) ubicats sobre pendents de fons suaus (m=2% i 4%) en condicions d'onatge limitat pel fons (0.2≤Hm0/h≤0.9). Vmax conjuntament amb q són les variables més recomanades a la literatura científica per dissenyar la cota de coronació en dics en talús segons criteris d'ultrapassament. Al present estudi, els millors resultats en l'estimació de Vmax*=Vmax/(gHm0T012) s'han obtingut utilitzant la funció de distribució Weibull de dos paràmetres amb un elevat coeficient de determinació R2=0.833. Durant la fase de disseny d'un dic en talús, és necessari predir q per calcular Vmax quan s'utilitzen els mètodes donats a la literatura científica. Per tant, es deu estimar q amb fins de disseny si no es disposa d'observacions directes. Si s'aplica la xarxa neuronal de CLASH NN per estimar q (R2=0.636), la bondat d'ajust de la funció de distribució Weibull de dos paràmetres proposada a aquesta tesi per predir Vmax* és R2=0.617. Així doncs, el ràtio entre el Vmax* mesurat i estimat es troba dins del rang de 1/2 a 2 (banda de confiança del 90%) quan s'usa q predit amb CLASH NN. Els nous estimadors desenvolupats a aquesta dissertació proporcionen resultats satisfactoris en la predicció de Vmax* amb un mètode més senzill que aquells proposats a la literatura científica. No s'ha trobat una influència significativa de la pendent de fons ni de la limitació de l'onatge per fons sobre Vmax* a aquest estudi. OLT i OFV estan directament relacionats amb l'estabilitat hidràulica de la coronació de dics i la seguretat de vianants front a ultrapassaments. Per tant, es requereix estimar OLT i OFV en la coronació de dics per dissenyar apropiadament la seua cota de coronació utilitzant criteris de sobrepasse. En aquest estudi, s'han usat xarxes neuronals per desenvolupar nous estimadors explícits que permeten predir OLT i OFV superats pel 2% de l'onatge incident amb un elevat coeficient de determinació (0.866≤R2≤0.867). El nombre de xifres significatives apropiat per als coeficients experimentals dels mencionats estimadors s'ha determinat basant-se en la seua variabilitat. El punt òptim on determinar les característiques de l'onatge deuen ser estimades per predir OLT i OFV s'ha identificat a una distància de 3h des del peu de l'estructura (on h és la profunditat a peu de dic). La pendent de fons té influència sobre OLT i OFV. Els valors més extrems de OLT i OFV s'han descrit amb les distribucions Exponencial d'un paràmetre i Rayleigh, respectivament, amb resultats satisfactoris (0.803≤R2≤0.812). / [EN] Climate change and the social concern about the impact of infrastructures is leading to mound breakwaters with reduced crest freeboards facing higher extreme overtopping events. In addition, most mound breakwaters are built in the surf zone where depth-limited wave breaking takes place. Recent studies point out the need of considering not only the mean wave overtopping discharge (q) but also the maximum individual wave overtopping volume (Vmax), the overtopping layer thickness (OLT) and the overtopping flow velocity (OFV) when designing mound breakwater crest elevation using overtopping criteria. However, few studies in the literature are focused on Vmax on coastal structures under depth-limited breaking wave conditions. In addition, those few studies report contradictory conclusions regarding the significance of depth-limited breaking waves on Vmax. With respect to OLT and OFV, no studies are found in the literature for their prediction on mound breakwaters. In this PhD thesis, 2D physical model tests were conducted on overtopped mound breakwaters (0.3≤Rc/Hm0≤2.5) without a crown wall armored with three armor layers (Cubipod®-1L, cube-2L and rock-2L) on two gentle bottom slopes (m=2% and 4%) in depth-limited breaking wave conditions (0.2≤Hm0/h≤0.9). Vmax together with q are the most recommended variables in the literature to design mound breakwater crest elevation based on overtopping criteria. In the present study, the 2-parameter Weibull distribution provides the best results when estimating Vmax*=Vmax/(gHm0T012) with coefficient of determination R2=0.833. During the design phase of a mound breakwater, q is needed to predict Vmax using methods given in the literature. Thus, q must be estimated for design purposes when direct observations are not available. If CLASH NN is used to estimate q (R2=0.636), the goodness-of-fit of the 2-parameter Weibull distribution proposed in this thesis to predict Vmax* is R2=0.617. Hence, the ratio between the estimated and measured Vmax* falls within the range 1/2 to 2 (90% error band) when q is predicted using CLASH NN. The new estimators derived in this study provide satisfactory estimations of Vmax* with a method simpler than those found in the literature. Neither the bottom slope nor the depth-induced wave breaking seem to significantly influence the dimensionless Vmax* in this study. OLT and OFV are directly related to the hydraulic stability of the armored crest and the pedestrian safety. Thus, OLT and OFV are required to properly design crest elevation using overtopping criteria. Neural Networks (NNs) are used in this study to develop new explicit unbiased estimators for the OLT and OFV exceeded by 2% of the incoming waves with a high coefficient of determination (0.866≤R2≤0.867). The appropriate number of significant figures of the empirical coefficients of such estimators is selected according to their variability. The optimum point where wave characteristics are determined to predict OLT and OFV was identified at a distance of 3h from the toe of the structure (where h is the water depth at the toe of the structure). The bottom slope does influence both OLT and OFV. The most extreme values of OLT and OFV are described with the 1-parameter Exponential and Rayleigh distribution functions, respectively, with satisfactory results (0.803≤R2≤0.812). / Al Ministerio de Educación, Cultura y Deporte, por la financiación brindada con el programa de Formación de Profesorado Universitario (FPU16/05081). Al Ministerio de Economía y Competitividad, por la financiación de los proyectos ESBECO (EStabilidad hidráulica del manto, BErmas y COronación de diques en talud con rebase y rotura por fondo, BIA2015-70436-R) y HOLOBREAK (Estabilidad Hidráulica y Transmisión de Diques Rompeolas Homogéneos de Baja Cota Diseñados a Rotura por Fondo, RTI2018-101073-B-I00-AR). / Mares Nasarre, P. (2021). Overtopping flow on mound breakwaters under depth-limited breaking wave conditions [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/163154