Propagación de oleaje sobre canales exteriores de navegación, análisis del fenómeno, estrategia numérica y diagnóstico de los efectos a largo plazo en las estructuras portuarias adyacentes

Abstract

Este trabajo presenta un estudio numérico en relación al análisis de los efectos que tienen los canales de navegación de acceso portuario en la propagación del oleaje. El objetivo fundamental es demostrar que dichos canales inducen importantes cambios en la dinámica marina adyacente y, por lo tanto, pueden condicionar enormemente el pre-diseño de las estructuras de protección portuarias, tanto en el ámbito funcional como en el estructural. En primer lugar se lleva a cabo un análisis del estado del arte en donde se logra identificar los principales procesos de transformación del oleaje que tienen lugar frente a la presencia de un canal: refracción, reflexión y difracción. Posteriormente se diseña una simulación y para poder cumplir el objetivo general, se ha analizado la propagación de oleaje irregular sobre un canal dragado y bajo condiciones espaciales controladas con cuatro modelos numéricos diferentes pero de uso común en la ingeniería portuaria y costera, y cada uno de ellos basados en distintas aproximaciones matemáticas, y por tanto, con distintas capacidades e hipótesis de partida. Se comparan y evalúan los resultados obtenidos con cada uno de los modelos y experimentos, lográndose observar y cuantificar interesantes zonas de concentración y de atenuación del oleaje, cuyas localizaciones varían dependiendo del modelo numérico empleado y del periodo y la dirección del oleaje con el cual fueron forzados. Finalmente y con lo aprendido en los experimentos controlados, se extrapola la experiencia de propagación numérica en un ámbito real, un puerto comercial localizado en la costa de Ghana, demostrándose que la presencia del canal conlleva importantes modificaciones en los parámetros de diseño en el morro del dique y en el contradique, situados a ambos lados del mismo. También se revela la sensibilidad de estos parámetros cuyo valor en determinadas secciones del dique, varía considerablemente dependiendo del modelo numérico utilizado. Este estudio ha permitido establecer una observación pormenorizada de los complejos procesos de propagación de oleaje debido a la presencia de un canal dragado y al mismo tiempo ha permitido conocer las posibles limitantes, ventajas y desventajas del uso de cada familia de modelos en relación al impacto funcional y estructural en las estructuras portuarias diseñadas.

ABSTRACT: This study presents a numerical analysis of the effects that ship channels have in the wave propagation. The main objective of this work is to demostrate that these channels cause important changes in adjacent hydrodynamics, which could have a huge impact in the functional and structural pre-design of port protection structures Firstly, through the analysis of the state of the art, main wave transformation processes related to channel navigation are identified: refraction, reflection and diffraction. Then a theoretical simulation is designed and to accomplish the main goal, irregular wave propagation over a dredging channel in under controlled special conditions has been studied with four numerical models that are often used in Port and Coastal Engineering. Nevertheless, each of these models are based in different mathematical approximations so they have distinct capacities and hypothesis. Afterward the results provided by these models are compared. As a result, concentration and reduction areas of energy are detected, whose location depends on the numerical model that it has been used and on the wave period and direction runned in the simulation. Finally, knowledge got in this simulations is enforced to a real situation in commercial port located in the Ghana Coast, showing that the channel presence involves a huge transformation in designing parameters of the nose of the dikes placed on both sides of it. It is also proved that the value of these parameters vary considerably depending on the used numerical model. This study establishes a detailed observation of the complex processes of wave propagation due to the presence of a dredged channel and at the same time has revealed the possible limitations, advantages and disadvantages of using each family of models in relation to the functional impact and structural port structures designed.