DISEÑO y CALCULO de INSTALACIONES MARINAS Prof. Dr. Ing. Miguel Jover

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1 Acuicultura Avanzada DISEÑO y CALCULO de INSTALACIONES MARINAS Prof. Dr. Ing. Miguel Jover 1.- ESFUERZOS EN CORRALES 2.- ESFUERZOS EN POLÍGONOS 3.- DIMENSIONAMIENTO DE ANCLAJES

2 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover NOCIONES DE OCEANOGRAFIA LOS FACTORES O MECANISMOS QUE AFECTAN A LA DINAMICA LITORAL Y AL DISEÑO Y MANTENIMIENTO DE POLÍGONOS DE JAULAS MARINAS SON: + CORRIENTES + VIENTO DISEÑO DE ANCLAJES + OLEAJE + CORRIENTES arrastre de la red + VIENTO dificulta trabajo: amarre, pienso + OLEAJE impide acceso

3 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover 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

4 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) NNW Noroeste WNW OESTE NORTE NNE Noreste ENE ESTE WSW Suroeste SSW SUR SSE ESE Sureste

5 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover VIENTO ESCALA BEAFOUR / DOUGLAS Nudo = milla náutica / hora Milla náutica = 1852 m Nudo = 0,514 m/seg

6 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover ROM VIENTO (MOPMA)

7 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover OLEAJE: CARACTERIZACIÓN + CRESTAS + SENOS + LONGITUD ONDA (L) + PERIODO (T) + FRECUENCIA (f) H L d Olas gravedad: T = 1-30 seg. + AMPLITUD (a) + ALTURA DE OLA (H) + CELERIDAD (C) = L/T + PERALTE (P) = H/L + PROFUNDIDAD RELATIVA (d/l) - Aguas profundas: d/l < 0,5 - Aguas intermedias: 0,02 < d/l < 0,5 - Aguas someras: d/l < 0,02 ALTURA OLA VISUAL (Hv) = Hm ALTURA OLA SIGNIFICANTE (Hs) ALTURA OLA MAXIMA (H max ) Distribución de Rayleigh: + Hs = 1.41 x Hm + H max = Hs (lnn/2) 1/2

8 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover OLEAJE: PROPAGACIÓN OLEAJE TIPO SEA MAR DE VIENTO 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 OLEAJE TIPO SWELT MAR DE FONDO 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

9 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

10 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover TABLA DE ALTURA SIGNIFICANTE - MAXIMAS MENSUALES ( PUNTO WANA (NORTE VALENCIA) EN EL AÑO 2005 Hs: Altura significativa m Tp: Periodo de Pico seg Dir: Direccion media 0 = N; 90 = E Mes Hs Tp Dir Dia Hora Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic

11 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover Area VII: Valencia ROM OLEAJE (MOPT) 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

12 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE UNA JAULA MARINA ESTATICAS FLOTABILIDAD + PESO ESTRUCTURA + INCRUSTACIONES + PESO DE OPERACIÓN (PERSONAL, PECES, ETC) DINAMICAS + CORRIENTES ESFUERZO CONSTANTE CASI-DINÁMICO + VIENTO + OLEAJE ESFUERZO PUNTUAL DINÁMICO DISEÑO DE AMARRES Y ANCLAJES

13 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover PESO JAULA 25 m - 10 m / TUBO 315 mm Peso Jaula y elementos: kg Peso red: 451 kg Peso aro anticor.: kg SUBTOTAL kg Peso incrustaciones 902 kg Operarios 240 kg Peces kg SUBTOTAL kg TOTAL kg EMPUJE TUBOS 12 x 1025 = kg FLOTABILIDAD RESERVA DE FLOTABILIDAD Flotabilidad = = kg Reserva Flot = 2.468/ = 0.19 Rf = 19 % (>35%)

14 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover CORRIENTE Esfuerzo sobre el area de la red transversal (Nw): F c = ½ * C a * D am * A * V c 2 C a Coeficiente arrastre cilindros = 1,30 D am densidad agua mar = 1025 kg/m3 A Area transversal red sumergida = 25 * 10 * 0,50 = 125 m2 V c Velocidad corriente = 0,6 m/seg F c = Nw 29981/9,81 = 3056 kg

15 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover VIENTO Esfuerzo sobre los elementos emergidos (Nw): F v = ½ * C a * D a * A * V v 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 = kg Total = kg Fv Redes = 551 kg

16 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover OLEAJE Esfuerzo sobre la jaula (Nw): F o = C f * C p * D am * 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 = Nw 16069/9,81 = 1638 kg

17 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover FUERZAS DINAMICAS JAULA MARINA AISLADA + CORRIENTES kg + VIENTO kg ESFUERZO CONSTANTE: kg + OLEAJE kg ESFUERZO TOTAL : kg Coef. Mayoración Esfuerzos = 2 F = Kg (Factor Seguridad Carga Rotura Materiales = 3 5)

18 Esfuerzos en Corrales Marinos - M. Jover ESFUERZOS EN POLIGONOS DE JAULAS DISEÑO DE AMARRES ESTACHAS FONDEOS

19 Grupo de Cálculo de esfuerzos sobre polígonos de corrales marinos y diseño de anclajes: primera aproximación Prof. Dr. Ing. Miguel Jover Cerdá

20 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de FASE 1: FUERZAS ESTATICAS Y DINAMICAS SOBRE UN CORRAL MARINO FASE 2: FUERZAS ESTATICAS Y DINAMICAS SOBRE UN POLIGONO DE CORRALES MARINOS FASE 3: DISEÑO DE: AMARRES, 3.2.-CABLES, ESTACHAS, FONDEOS Y BOYAS

21 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Tipos de agrupaciones de jaulas y sistemas de fondeo (Tomado de Beaz, 2009) Disposición habitual en el Mediterráneo 3 x 2 corrales

22 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Boyas de fondeo Cabo o Estacha de Fondeo Cabo de amarre Cable del Entramado Anclajes o Fondeos

23 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de

24 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de 2) Transmisión de esfuerzo al cabo de amarre de las jaulas 5) Esfuerzo sobre bloques de fondeo 6) Peso de la estructura 1) Arrastre de las jaulas 4) Esfuerzo sobre estacha de fondeo 3) Esfuerzo sobre cables del entramado 6) Empuje de las boyas

25 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Polígono 6 jaulas 25 m Ø 3-5 m 35 m 50 m 50 m m

26 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de 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 = Kg/corral Coef. Seguridad Carga Rotura Fuerzas Constantes = 5 Crc = 9800 x 5 = Kg/corral Coef. Seguridad Carga Rotura Fuerzas Dinámicas = 3 Crd = x 3 = Kg/corral Carga de rotura de amarre: Cr = Kg / 2 = Kg POR SEGURIDAD SE PONEN TRES AMARRES!!!

27 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección del diámetro del cabo de amarre TRES AMARRES (21 m) DE 40 mm POR CORRAL A CADA NUDO

28 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de 3.2. Elección del diámetro del cable del entramado Efecto sombra sobre los corrales: 100 % 60 % 30 % 29,4 Tm 14,7 Tm 49 Tm 29,4 Tm 14,7 Tm 2 líneas x 44,1 Tm = 88,2 Tm 49 Tm 29,4 Tm 14,7 Tm 88,2 Tm / 3 cables = 29,4 Tm 29,4 Tm + 14,7 Tm 44,1 Tm 14,7 Tm Por seguridad se consideran solo 2 cables: 88.2 Tm / 2 = 44.1 Tm

29 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección del diámetro del cable del entramado CABLE DEL ENTRAMADO (50 m x 50 m) DE 28/30 mm

30 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección del diámetro de la estacha de fondeo Efecto sombra sobre los corrales: 100 % 60 % 30 % 29,4 Tm 14,7 Tm 49 Tm 49 Tm 29.4 Tm 14.7 Tm 49 Tm 49 Tm 29.4 Tm 14.7 Tm 2 x 49,0 Tm 2 x 29,4 Tm 2 x 14,7 Tm 29,4 Tm 14,7 Tm 186,2 Tm / 2 estachas = 93,1 Tm

31 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección del diámetro de la estacha de fondeo TRES ESTACHAS (120 m) DE 40 mm

32 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección del diámetro de la estacha de fondeo TRES ESTACHAS (120 m) DE 88 mm

33 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección del diámetro de la cadena de amarre 1 M DE CADENA DE 22 mm Elección del diámetro de la cadena de fondeo 20 M DE CADENA CON CONCRETE DE 42 mm

34 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección del diámetro de los grilletes

35 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de 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

36 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección de las boyas de la estructura Numero Peso (Kg/m) Total (kg) Densidad (Kg/dm3) Empuje (Kg) Entramado 850 1, , Platos ,85 38 Amarres , , Cadena amarre 72 27, , Cadena de boya ,85 84 Estacha , , Cadena fondeo ,4 3911,6 7, Grilletes fondeo , Grilletes entram ,85 30 Grilletes boyas ,85 12 Grilletes amarre ,85 37 Boyas Incrustaciones , Seguridad (5%) 1154 Peso total (Kg) Peso aparente (Kg) Nº Boyas 12 1,025 Volumen Boyas (l) 2200 Flotabilidad Boyas (Kg) Reserva Flotabilidad (Kg) Reserva Flotabilidad (%) 40%

37 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Elección de las boyas de la estructura Flotabilidad: l Especiales: l 4 BOYAS DE 4400 L EN LAS ESQUINAS DEL ENTREMADO Y 8 BOYAS DE 2200 L EN EL RESTO (Reserva flotabilidad de 60%)

38 Esfuerzos en polígonos de jaulas y anclajes M. Jover Grupo de Boyas Esquina 4400 l Boyas Centro 2200 l Cable del entramado de 28/30 mm Cabo de amarre de Polyester de 40 mm Ancla de 1000 Kg y dos bloques de 6 Tm Estacha de Fondeo Dynema de 40 mm Cadena Fondeo de 42 mm

39 Grupo de

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