Validación multi-modelo de los ensayos en laboratorio de propagación y rebase del oleaje en el Malecón de la Habana, Cuba

Abstract

El presente Trabajo Fin de Máster aborda la propagación del oleaje y el rebase en el Malecón de La Habana (dique vertical urbano) bajo condiciones de oleaje extremo, sirviendo como “laboratorio virtual” para reproducir la cadena completa de procesos desde la propagación espectral hasta el rebase. Se utilizaron datos de ensayos físicos a escala 1:60 (modelo reducido) extrapolados al prototipo, integrando un modelo espectral (MOPLA/OLUCA y SWAN) acoplado con un modelo basado en las ecuaciones de Boussinesq (simulación 2DV) para simular la rotura del oleaje, el run-up y el caudal de rebase ola a ola. Las predicciones numéricas se validaron frente a los registros experimentales del laboratorio y las fórmulas empíricas de Eurotop 2018 para muros verticales. La comparación multi-modelo reveló que el modelo Boussinesq 2DV reprodujo con mayor fidelidad los procesos físicos clave (reflexión, rotura, run-up, rebase) cerca del muro, estimando los caudales de rebase con la mejor precisión global. En contraste, los enfoques espectrales (MOPLA/OLUCA + Eurotop y SWAN + Eurotop) fueron eficaces para variables integradas a gran escala, pero al no resolver la fase de la ola dependieron de fórmulas externas y tendieron a sobreestimar el rebase al usar la altura de ola pre-rompiente, como condición al pie del muro. Estos hallazgos subrayan la importancia de elegir la herramienta de modelado adecuada según el fenómeno de interés, en lugar de forzar un modelo fuera de su rango óptimo. Como resultado, el estudio brinda recomendaciones de buenas prácticas en la modelización de oleaje en estructuras verticales y propone medidas conceptuales para mitigar el rebase en el Malecón (por ej., elevar la cota de coronación, mejorar el drenaje). En definitiva, este TFM traduce el conocimiento teórico en criterios prácticos de diseño, aportando una contribución útil a la ingeniería costera.

This Master’s thesis addresses wave propagation and overtopping at the Malecon seawall in Havana under extreme wave conditions, using this site as a “virtual laboratory” to reproduce the full chain of wave processes from spectral propagation to overtopping. It uses data from 1:60 scale physical model tests (small‐scale laboratory) extrapolated to prototype scale, integrating a spectral wave model (MOPLA/OLUCA and SWAN) coupled with a Boussinesq equations-based phase-resolving model (2DV) to simulate wave breaking, run-up, and wave-by-wave overtopping. The numerical predictions are validated against the experimental records and empirical Eurotop (2018) formulas for vertical walls. The multi-model comparison showed that the Boussinesq 2DV model reproduced the key physical processes (reflection, breaking, run-up, overtopping) near the wall with the highest fidelity, yielding the most accurate overtopping discharge estimates. In contrast, the spectral approaches (MOPLA/OLUCA + Eurotop and SWAN + Eurotop) were reliable for integrated wave parameters over larger domains, but without resolving wave phase they relied on external formulas and tended to overestimate overtopping when using the pre-breaking wave height as input at the wall. These findings underscore the importance of selecting the appropriate modeling tool for the phenomenon of interest, rather than forcing a single model beyond its optimal range. Consequently, the study provides best-practice recommendations for wave modeling on vertical structures and proposes conceptual measures to mitigate overtopping at the Malecon (e.g. raising the crest elevation, improving drainage). In summary, this work translates theoretical knowledge into practical design criteria, offering a useful contribution to coastal engineering applications.