Post on 05-Nov-2018
DISEÑO y CALCULO de INSTALACIONES
MARINAS
Prof. Dr. Ing. Miguel Jover
1.- ESFUERZOS EN CORRALES
2.- ESFUERZOS EN POLÍGONOS
3.- DIMENSIONAMIENTO DE ANCLAJES
Acuicultura Avanzada
NOCIONES DE OCEANOGRAFIA
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
LOS FACTORES O MECANISMOS QUE AFECTAN A LA DINAMICA
LITORAL Y AL DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE POLÍGONOS DE
JAULAS MARINAS SON:
+ CORRIENTES
+ VIENTO
+ OLEAJE
+ CORRIENTES arrastre de la red
+ VIENTO dificulta trabajo: amarre, pienso
+ OLEAJE impide acceso
DISEÑO DE ANCLAJES
CORRIENTES
Desplazamiento de masas de agua:
+ SUPERFICIALES y LOCALES por acción del viento
+ CORRIENTES GENERALES contraria a las agujas del reloj
Dirección principal: Este – Noreste / Velocidad 0,6 m/seg
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
VIENTO: ES EL AGENTE GENERADOR DEL OLEAJE:
+ INTENSIDAD: VELOCIDAD Vientos Dominantes
+ DIRECCIÓN Y FRECUENCIA Vientos Reinantes
(origen del viento)
NORTE NNE
ESTE OESTE
SUR
Sureste Suroeste
Noroeste Noreste
NNW
ENE WNW
ESE WSW
SSE SSW
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
VIENTO ESCALA BEAFOUR / DOUGLAS
Nudo = milla náutica / hora
Milla náutica = 1852 m
Nudo = 0,514 m/seg
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
OLEAJE: CARACTERIZACIÓN
+ CRESTAS
+ SENOS
+ LONGITUD ONDA (L)
+ PERIODO (T)
+ FRECUENCIA (f)
+ AMPLITUD (a)
+ ALTURA DE OLA (H)
+ CELERIDAD (C) = L/T
+ PERALTE (P) = H/L
ALTURA OLA VISUAL (Hv) = Hm
ALTURA OLA SIGNIFICANTE (Hs)
ALTURA OLA MAXIMA (Hmax)
Olas gravedad: T = 1- 30 seg.
+ PROFUNDIDAD RELATIVA (d/L)
- Aguas profundas: d/L < 0,5
- Aguas intermedias: 0,02 < d/L < 0,5
- Aguas someras: d/L < 0,02
L
H
d
Distribución de Rayleigh:
+ Hs = 1.41 x Hm
+ Hmax = Hs (lnN/2)1/2
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
OLEAJE: PROPAGACIÓN
OLEAJE TIPO “SEA” – MAR DE VIENTO
OLEAJE TIPO “SWELT” – MAR DE FONDO
Zona de generación del oleaje = Fetch
Ondas elementales de altura, frecuencia y
dirección independientes, caóticas o
aleatorias “mar de viento” u “oleaje local”
+ Olas grandes y pequeñas sin orden
Al avanzar el oleaje y abandonar la zona de
generación, se producen fenómenos de
“soldadura” y “filtrado” de las olas,
simplificándose el oleaje “oleaje de
fondo” o “distante”
+ Grupos de olas
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
OLEAJE: ROTURA ASOMERAMIENTO (“SHOALING”)
+ Al alcanzar aguas menos profundas, la velocidad y longitud se reducen,
por lo que el peralte del oleaje aumenta, y para mantener la energía
constante, aumenta la altura de la ola.
+ Por otra parte, la disipación de energía por fricción con el fondo hace que
H se reduzca
ROTURA DE LA OLA
+ Cuando la altura H es relativamente
mayor que su longitud L L = 7 H
+ Cuando la altura H es
comparativamente mayor que la
profundidad “d” la ola se vuelve
inestable y se produce la rotura:
H = 0.78 d
d = 1.3 H
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
Hs: Altura significativa m
Tp: Periodo de Pico seg
Dir: Direccion media 0 = N; 90 = E
Mes Hs Tp Dir Dia Hora
Ene 2.0 8.4 28 25 15
Feb 1.8 8.0 62 28 15
Mar 2.7 10.6 61 1 12
Abr 1.6 12.0 36 10 18
May 0.8 3.1 31 6 0
Jun 1.0 4.5 73 8 21
Jul 0.9 4.9 95 8 12
Ago 0.7 4.0 125 5 21
Sep 1.2 7.6 53 18 3
Oct 0.9 7.9 58 3 0
Nov 2.1 9.3 55 10 12
Dic 2.1 11.0 66 10 15
TABLA DE ALTURA SIGNIFICANTE - MAXIMAS MENSUALES (www.puertos.es)
PUNTO WANA 2048038 (NORTE VALENCIA) EN EL AÑO 2005
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
Area VII: Valencia
La ola media es de unos
2-3 m de altura y un
periodo de 4 seg.
Los valores extremales
del oleaje, para las
direcciones dominantes
NE – E – SE son:
Hs = 6.5 m
T = 13 seg.
L = 195 m
ROM 03-91 OLEAJE (MOPT)
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA JAULA MARINA
DINAMICAS
+ CORRIENTES
+ VIENTO
+ OLEAJE
DISEÑO DE
AMARRES Y
ANCLAJES
ESTATICAS
+ PESO ESTRUCTURA + INCRUSTACIONES
+ PESO DE OPERACIÓN (PERSONAL, PECES, ETC)
FLOTABILIDAD
ESFUERZO CONSTANTE
CASI-DINÁMICO
ESFUERZO
PUNTUAL DINÁMICO
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
FLOTABILIDAD PESO JAULA 25 m - 10 m / TUBO 315 mm
Peso Jaula y elementos: 5.464 kg
Peso red: 451 kg
Peso aro anticor.: 1.813 kg
SUBTOTAL 7.728 kg
Peso incrustaciones 902 kg
Operarios 240 kg
Peces 1.473 kg
SUBTOTAL 2.615 kg
TOTAL 10.343 kg
EMPUJE TUBOS
12 x 1025 = 12.811 kg
RESERVA DE
FLOTABILIDAD
Flotabilidad = 12811 –
10343 = 2.468 kg
Reserva Flot =
2.468/ 12.811 = 0.19
Rf = 19 %
(>35%)
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
CORRIENTE
Esfuerzo sobre el area de la red transversal (Nw):
Fc = ½ * Ca * Dam * A * Vc 2
Ca Coeficiente arrastre cilindros = 1,30
Dam densidad agua mar = 1025 kg/m3
A Area transversal red sumergida = 25 * 10 * 0,50 = 125 m2
Vc Velocidad corriente = 0,6 m/seg
Fc = 29981 Nw 29981/9,81 = 3056 kg
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
VIENTO
Esfuerzo sobre los elementos emergidos (Nw):
Fv = ½ * Ca * Da * A * Vv 2
Ca Coeficiente aerodinámico cilindros = 0,7
Da densidad aire húmedo = 2,2 kg/m3
A Area elementos emergidos = 13,45 m2
Vv Velocidad viento = 35 m/seg
Fv Estructura = 1.293 kg
Total = 1.844 kg
Fv Redes = 551 kg
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
OLEAJE
Esfuerzo sobre la jaula (Nw):
Fo = Cf * Cp * Dam * π * D * H 2
Cf Coeficiente flotación = 0,0035
Cp Coeficiente profundidad = 1.35
Dam densidad agua mar = 1025 kg/m3
D Diámetro jaula = 25 m
H Altura ola máxima 6,5 m
Fc = 16069 Nw 16069/9,81 = 1638 kg
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
FUERZAS DINAMICAS JAULA MARINA AISLADA
+ CORRIENTES 3.056 kg
+ VIENTO 1.844 kg
ESFUERZO CONSTANTE: 4.900 kg
+ OLEAJE 1.638 kg
ESFUERZO TOTAL : 6.538 kg
Coef. Mayoración Esfuerzos = 2 F = 13.077 Kg
(Factor Seguridad Carga Rotura Materiales = 3 – 5)
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
ESFUERZOS EN POLIGONOS DE JAULAS
DISEÑO DE AMARRES – ESTACHAS – FONDEOS
Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Cálculo de esfuerzos sobre polígonos de corrales marinos y diseño de anclajes: primera aproximación
Prof. Dr. Ing. Miguel Jover Cerdá
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
FASE 3:
DISEÑO DE: 3.1.- AMARRES,
3.2.-CABLES, 3.3.- ESTACHAS,
3.4.- FONDEOS Y 3.5.- BOYAS
FASE 1:
FUERZAS ESTATICAS Y DINAMICAS
SOBRE UN CORRAL MARINO
FASE 2:
FUERZAS ESTATICAS
Y DINAMICAS SOBRE
UN POLIGONO DE
CORRALES MARINOS
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Tipos de agrupaciones de jaulas y sistemas de
fondeo (Tomado de Beaz, 2009)
Disposición habitual en el
Mediterráneo 3 x 2 corrales
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Cabo o Estacha
de Fondeo Cable del
Entramado
Cabo
de
amarre
Boyas de
fondeo
Anclajes o Fondeos
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
1) Arrastre de
las jaulas
2) Transmisión de esfuerzo al cabo de amarre de las jaulas
3) Esfuerzo sobre cables
del entramado
4) Esfuerzo sobre
estacha de fondeo
5) Esfuerzo sobre
bloques de fondeo 6) Peso de la
estructura
6) Empuje de las
boyas
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
50 m 50 m
Polígono 6 jaulas 25 m Ø
90-140 m
35 m
3-5 m
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
FUERZAS POLIGONO DE CORRALES MARINOS: 3.1. Amarres
+ CORRIENTES
+ VIENTO
+ OLEAJE
ESFUERZO CONSTANTE ESTÁTICO :
4900 Kg
Factor Mayoración = 2 Ec = 9800 Kg
ESFUERZO PUNTUAL DINÁMICO: 1638 Kg
Factor Mayoración = 2 Ed = 3276 Kg
Ft = Ec + Ed
= 13076
Kg/corral
Coef. Seguridad Carga Rotura Fuerzas Constantes = 5
Crc = 9800 x 5 = 49.000 Kg/corral
Coef. Seguridad Carga Rotura Fuerzas Dinámicas = 3
Crd = 13076 x 3 = 39.228 Kg/corral
Carga de rotura de amarre: Cr = 49.000 Kg / 2 = 24.500 Kg
¡¡¡ POR SEGURIDAD SE PONEN TRES AMARRES !!!
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Elección del diámetro del cabo de amarre
TRES AMARRES (21 m) DE 40 mm POR CORRAL A CADA NUDO
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
3.2. Elección del diámetro del cable del entramado
Efecto sombra
sobre los corrales:
49
Tm
29,4 Tm
29,4 Tm
14,7 Tm
14,7 Tm
100 % 60 % 30 %
29,4
Tm
14,7
Tm
+
14,7 Tm
44,1 Tm
2 líneas x 44,1 Tm =
88,2 Tm
88,2 Tm / 3 cables =
29,4 Tm
Por seguridad se
consideran solo 2
cables: 88.2 Tm / 2
= 44.1 Tm
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
49
Tm
29,4
Tm
14,7
Tm
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Elección del diámetro del cable del entramado
CABLE DEL ENTRAMADO (50 m x 50 m) DE 28/30 mm
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
3.3.- Elección del diámetro de la estacha de fondeo
Efecto sombra
sobre los corrales:
49
Tm
29,4 Tm
29,4 Tm
14,7 Tm
14,7 Tm
100 % 60 % 30 %
49
Tm
29.4
Tm
29.4
Tm
14.7
Tm
14.7
Tm
49 Tm
2 x 49,0 Tm
2 x 29,4 Tm
2 x 14,7 Tm
186,2 Tm / 2
estachas =
93,1 Tm
49 Tm
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Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Elección del diámetro de la estacha de fondeo
TRES ESTACHAS
(120 m) DE 40 mm
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Elección del diámetro de la estacha de fondeo
TRES ESTACHAS (120 m) DE 88 mm
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Elección del diámetro de la cadena de amarre
Elección del diámetro de la cadena de fondeo
1 M DE
CADENA DE
22 mm
20 M DE
CADENA
CON
CONCRETE
DE 42 mm
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Elección del diámetro de los grilletes
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
3.4.- Elección
de los fondeos:
anclas y bloques
PARA QUE EL ANCLA TRABAJE HORIZONTALMENTE SE
INSTALAN 1-2 BLOQUES POR LINEA DE 1,5 x 1,5 x 1 m
UNIDOS POR TRAMOS DE CADENA DE 5 m
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
3.5.- Elección de las boyas de la estructura
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Numero
Peso
(Kg/m) Total (kg)
Densidad
(Kg/dm3)
Empuje
(Kg)
Entramado 850 1,84 1564 7,85 199
Platos 12 25 300 7,85 38
Amarres 1548 0,982 1520 0,95 1600
Cadena amarre 72 27,5 1980 7,85 252
Cadena de boya 60 11 660 7,85 84
Estacha 1680 0,534 897 0,95 944
Cadena fondeo 154 25,4 3911,6 7,85 498
Grilletes fondeo 56 22 840 7,85 157
Grilletes entram. 34 7 136 7,85 30
Grilletes boyas 24 4 96 7,85 12
Grilletes amarre 72 4 288 7,85 37
Boyas 12 180 2160
Incrustaciones 4364 2 8728 1,85 4718
Seguridad (5%) 1154
Peso total (Kg) 24235 8571
Peso aparente (Kg) 16183
Nº Boyas 12
1,025 Volumen Boyas (l) 2200
Flotabilidad Boyas (Kg) 27060
Reserva Flotabilidad (Kg) 10877
Reserva Flotabilidad (%) 40%
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Elección de las boyas de la estructura
Flotabilidad:
600 – 850 – 1100 – 1350 – 1600 – 1750 l
Especiales: 2200 – 4400 l
4 BOYAS DE 4400 L EN LAS ESQUINAS DEL ENTREMADO
Y 8 BOYAS DE 2200 L EN EL RESTO (Reserva flotabilidad
de 60%)
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover
Grupo de Acuicultura y Biodiversidad
Estacha de Fondeo
Dynema de 40 mm
Cable del
entramado
de 28/30 mm
Cabo de
amarre de
Polyester de
40 mm
Boyas Esquina 4400 l
Ancla de 1000 Kg y dos
bloques de 6 Tm
Boyas Centro 2200 l
Cadena Fondeo
de 42 mm
Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes – M. Jover