ES2224874B1 - Bloque artificial perfeccionado, configurado para su colocacion ordenada en una capa, para la proteccion de diques y riberas maritimas y fluviales. - Google Patents
Bloque artificial perfeccionado, configurado para su colocacion ordenada en una capa, para la proteccion de diques y riberas maritimas y fluviales.Info
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Abstract
Bloque artificial perfeccionado, configurado para su colocación ordenada en una capa, para la protección de diques y riberas marítimas y fluviales. Corresponde a un bloque configurado de tal forma que la envolvente exterior del bloque tiene la forma de un prisma hexagonal, donde la zona interior está formada por un cilindro central -1- perforado, del que parten seis alas -2- con forma de prismatoides, de tamaño variable, que mantiene las relaciones entre los lados 1,25 (altura) / 1,443 (lado) para el ámbito marítimo y de 0,90 (altura) y 1,443 (lado), para la utilización en riberas no expuestos a la acción del oleaje, donde el lado está considerado desde el centro de revolución a la cara exterior del prismatoide y la altura es el canto del prismatoide. El referido bloque permite la conexión entre piezas por el simple contacto que supone la yuxtaposición de las caras exteriores -3- con un orden constructivo prefijado.
Description
Bloque artificial perfeccionado configurado para
su colocación ordenada en una capa, para la protección de diques y
riberas marítimas y fluviales.
La presente invención se refiere a un bloque
artificial perfeccionado para la protección de diques y riberas
marítimas o fluviales en talud, cuya especial configuración y
estudiado diseño hacen que se puedan colocar de forma ordenada en
una sola capa que permita que las olas expuestas sobre los diques en
sus variados procesos se vean notablemente reducidas, tanto por su
estabilidad estructural como del comportamiento hidráulico
favorable del dique.
El uso de piezas artificiales de hormigón armado
o en masa para la protección de obras marítimas se ha extendido a
nivel mundial debido a múltiples razones. Por un lado, se están
planteando fuertes restricciones a la utilización de las canteras
para la obtención de escolleras naturales. Por otro lado, la
necesidad de realizar obras en zonas de profundidad cada vez
superior obliga a incrementar el peso unitario de las piezas
alcanzando valores que no hacen posible el uso de las escolleras
naturales.
Las prestaciones de los bloques de hormigón se
conocen con mayor precisión debido al alto número de estudios
experimentales realizados en los últimos años acerca de su
comportamiento hidráulico y estructural. Este ha hecho que se hayan
ido desarrollando un variado número de piezas de diversas formas
para su utilización como partes constitutivas de los mantos de
protección de los diques marítimos.
En España, la pieza artificial que ha venido
empleándose con mayor frecuencia para la protección de diques ha
sido el bloque cúbico o paralelepipédico, llegándose a alcanzar
unidades de hasta 150 t de peso en el caso del dique de Punta
Lucero del Puerto de Bilbao. Sin embargo el uso de esta pieza,
extraordinariamente robusta, implica un elevado coste de hormigón
por unidad de superficie de dique protegida.
A partir de la publicación de las fórmulas
empíricas de cálculo de los ingenieros españoles Castro (1934) e
Iribarren (1939, 1965), se toma conciencia del grado en el que
intervienen otros factores en la estabilidad conjunta del manto.
Todavía algunos de ellos, como la forma del bloque, aparecen
enmascarados dentro de coeficientes generales. Es el caso de los
coeficientes N y f de la fórmula de
Iribarren-Nogales ó del coeficiente K_{D} de la
fórmula de Hudson (1958, 1961), entre los más conocidos. La forma
del bloque tiene una gran influencia en el grado de encaje en el
conjunto de cada unidad individual al multiplicar el número de
puntos de contacto e incrementar las fuerzas de enlace entre esa
unidad y las adyacentes. A partir de 1960 se inicia el desarrollo
de bloques de formas diversas (tetrápodos, tribars, akrnon,
stabit, etc) que, a cambio de una complicada forma estructural
plena de entrantes y salientes, logran una reducción de peso
unitario, con el consiguiente ahorro en material y maquinaria. La
progresión en la audacia de las formas prosigue hasta principios
de los años 70. El nacimiento del dolo-dolosse en
su acepción de origen-marca aparentemente el non
plus ultra. Para las olas que era necesario hasta entonces emplear
un sólido bloque rectangular de 50 Tn de peso, basta ahora con un
dolo de apenas 12 Tn. Además, con éstas piezas el manto es mucho
más poroso y se reduce el número necesario de ellas, amén de
mejorarse las cualidades hidráulicas a efectos de reflexión y de
rebasamiento por las olas.
El siguiente paso de la técnica en su finalidad
de optimizar el empleo de materiales es la propuesta de mantos de
protección constituidos por una única capa de bloques. Los bloques
Accropode y Core-Loc, ambos protegidos con la
correspondiente patente, son ejemplos de piezas para la formación de
mantos con unidades colocadas en desorden. También se proponen
soluciones con bloques colocados de forma ordenada, tales como COB,
SHED, Seabee, Armorloc, Pressrock, Ortherblock o
X-Block, si bien para diques en zonas de energía
moderada de oleaje.
El fuerte grado de trabazón entre este tipo de
piezas propicia la reducción del volumen a emplear por unidad de
superficie de dique a proteger y supone, a la postre, un importante
ahorro económico en la obra.
En lo referente a su estructura, la pieza que se
preconiza como objeto de invención, está configurada dentro de un
prisma de base hexagonal que mantiene las relaciones entre los
lados 1,250 (altura)/1,443 (lado) para la pieza de ámbito marítimo
y de 0,900 (altura)/1,443 (lado) para la de utilización en riberas
no expuestas a la acción del oleaje. El tamaño de la pieza podrá
ser variado, manteniendo siempre estas relaciones, para adecuar su
comportamiento a los requerimientos que induzcan, en cada caso, las
características del oleaje o de las corrientes.
Para su descripción formal, la pieza se puede
descomponer en dos zonas; la zona interior, que es el cilindro
central; la zona exterior, que presenta 6 radios de idénticas
dimensiones.
El cilindro central constituye el núcleo de la
pieza. En su centro existe una perforación, asimismo, cilíndrica
que atraviesa completamente la pieza.
Cada uno de los radios que salen del cilindro
central tiene una forma general de prismatoide con una de sus caras
mayores unida a la generatriz del cilindro. Los seis prismatoides,
iguales entre sí, se disponen formando entre ellos ángulos de 60
grados de modo que se conforman secciones transversales inscritas en
hexágonos regulares. Entre los prismatoides que conforman los
radios de la pieza quedan abiertas ranuras que permiten disipar las
subpresiones que puede generar bajo la base de las piezas el flujo
hidráulico de las olas por la capa de filtro granular
infe-
rior.
rior.
La colocación de las piezas se realiza en una
única capa y de forma concertada. La conexión entre piezas se
consigue por el simple contacto que supone la yuxtaposición de las
caras exteriores de las alas. La base de colocación estará
constituida por una capa de escolleras naturales de peso adecuado,
en cada caso, a las dimensiones de la pieza, debidamente
regularizada.
Como se ha mencionado, el conjunto de piezas
colocadas conforma un talud con numerosos huecos, debido al
singular diseño de cada unidad.
De modo sintético, se puede afirmar que un dique
expuesto a la acción de las olas se encuentra solicitado por las
acciones originadas en los siguientes procesos:
- a)
- impacto de la masa de agua que acompaña a la ola incidente,
- b)
- fuerzas de arrastre generadas por los flujos de la masa de agua que recorren el talud en sentido ascendente y descendente,
- c)
- fuerzas de extracción generadas por los gradientes de presión entre las zonas interiores y exteriores del dique.
La estabilidad estructural de un manto de
protección de un dique o de una ribera construida con una capa de
bloques objeto de la invención se basa, principalmente, en dos
efectos:
- \bullet
- atenuación de las fuerzas de extracción a causa de la alta permeabilidad y porosidad de la capa de protección que presentan los bloques citados; resistencia a los movimientos de las piezas individuales, tanto en el plano del talud como en el perpendicular, debido a las coacciones que imponen los bloques adyacentes.
Otra propiedad característica de los diques
formados con bloques de la invención reside en el bajo índice de
reflexión de las olas. La atenuación de la energía de las olas
reflejadas en el dique o ribera se produce a través de los
siguientes procesos:
- a)
- Desfase de las ondas reflejadas: se produce debido al tiempo invertido por la masa de agua de la ola en el proceso de ascenso y descenso por el talud.
- b)
- Fuerte percolación de la masa de agua entre los huecos que forman la yuxtaposición de piezas y que derivan la corriente de retorno hacia la capa inferior.
- c)
- Generación de turbulencias en el proceso ascendente del agua a causa de los bordes vivos de las piezas
Estas formas de comportamiento hidráulico
generan, así mismo, un comportamiento favorable del dique frente al
rebase de las olas ya que la disipación progresiva de energía en
la fase de ascenso de la ola a lo largo del talud colabora a
disminuir la altura de remonte (run-up) sobre el
mismo.
En el caso de riberas fluviales o taludes
costeros no expuestos a la acción directa de las olas, el bloque de
la invención conserva sus propiedades de protección del talud
frente a las fuerzas de arrastre que generan las corrientes
paralelas a la ribera. La moderada pérdida de energía por
turbulencia provocada por la porosidad del manto colabora a una
ligera reducción de la velocidad del flujo de la corriente.
A todas estas propiedades de carácter funcional,
el bloque citado agrega la importante cualidad de reducir el
volumen de material de hormigón necesario para construir el manto
de protección del dique.
También son de consideración los beneficios de
tipo estético que conlleva su aplicación debido a la apariencia de
calidad que confiere la colocación ordenada de las piezas y la
regularidad del perfil.
Con estas características funcionales la pieza
objeto de la invención puede tener aplicación para los fines
siguientes:
- 1)
- Formación de riberas en talud de dársenas portuarias que se vean afectadas por olas de diverso origen y en las que es conveniente mantener un nivel limitado de agitación.
- 2)
- Formación de paramentos exteriores de diques portuarios en talud u otras obras marítimas que, por reflexión de las olas, puedan producir problemas en la maniobra de los buques que naveguen por zonas próximas.
- 3)
- Formación de paramentos en obras marítimas o lagunares que puedan causar problemas de erosión de las costas o riberas adyacentes debido a la reflexión de las olas incidentes sobre ellas.
- 4)
- Construcción o revestimiento de riberas fluviales en las que sea conveniente reducir la energía de las olas reflejadas en ellas o la velocidad de la corriente longitudinal del cauce.
- 5)
- Formación de riberas o paseos marítimos situados en las zonas traseras de playas en los que sea conveniente reducir el riesgo de erosión por reflexión de las olas de los temporales o en los que se planteen requisitos estéticos de calidad.
Desde el punto de vista constructivo, los bloques
de la invención pueden utilizarse para la conformación de bordes de
baja reflexión bajo muy diversas formas estructurales. Es
recomendable asegurar su cimentación sobre una capa inferior de
escolleras naturales de superficie regularizada y con un bloque pie
de hormigón que evite el desplazamiento de los bloques de la
invención. La capa de bloques debe estar totalmente confinada para
evitar asentamientos y movimientos laterales de ésta. La colocación
de los bloques de la invención, se debe iniciar con una fila de
medias piezas. El número de hileras horizontales podrá variar desde
una a las que impongan los rendimientos necesarios y las
variaciones mareales o de caudales de los niveles del agua. Para la
conformación de tramos rectangulares, será posible la construcción
de medias piezas objeto de la invención, o bien en la formación
juntas de paramentos, con el hormigonado "in situ".
El material empleado en la construcción de la
pieza será hormigón del tipo y calidad que especifiquen las normas
que, en cada caso, sean de aplicación. Se recomienda en España la
utilización del hormigón HA-35/P/20/IIIc+Qb+E, según
EHE española, así como también de fibra de polipropileno, mejorando
con ello las resistencias de fisuración, al impacto, flexotracción
y abrasión. Para facilitar el izado de la pieza, se disponen 2
tubos de PVC pasantes (\diameter 83 mm), en dos de sus alas, para
el paso de cables o eslingas. La fabricación de la pieza se realiza
individualmente por moldeo mediante encofrado. La geometría de la
pieza está especialmente diseñada para permitir el hormigonado
regular y homogéneo de todas las zonas de la pieza y el
desencofrado con facilidad.
La pieza objeto de la invención está diseñada
para ser colocada en mantos de una única capa y de una manera
ordenada de forma que las piezas guardan una orientación
determinada respecto de las piezas contiguas.
Figs. 1a y 1b.- Vistas generales del bloque
completo, tanto por su parte superior como inferior.
Figs. 2a y 2b.- Vistas generales de ½ bloque
tanto por su parte superior como inferior, que se utiliza en la
parte superior e inferior de las hileras.
Fig. 3.- Vistas del bloque para su definición
geométrica, tanto en planta superior, inferior como en alzado.
Fig. 3a.- Es una sección por la línea de corte
A-A de la Fig. 3.
Fig. 3b.- Es una sección por la línea de corte
B-B de la Fig. 3.
Fig. 4.- Colocación de los bloques y conexión
entre ellos.
Haciendo referencia a la numeración adoptada en
las figuras, podemos ver cómo el bloque artificial que la invención
propone, incluye las siguientes partes características en su
configuración, que responden a las referencias numéricas
siguientes:
- 1.-
- Núcleo central.
- 2.-
- Seis brazos prismáticos.
- 3.-
- Caras exteriores de apoyo con los demás bloques.
- 4.-
- Entalladuras prismáticas.
- 5.-
- Caras interiores.
- 6.-
- Tronco de cono hueco.
Según esta configuración y constitución, el
bloque artificial que la invención preconiza, se puede utilizar para
las múltiples aplicaciones que se han expuesto con anterioridad,
presentando como características ventajosas respecto de otros
productos convencionales, unas mejores prestaciones en los
siguientes puntos:
- \bullet
- Diseño de planta de colocación de tipo hexagonal que incrementa el número de piezas contiguas (6) con las que cada pieza individual tiene trabazón.
- \bullet
- Volumen elevado de zonas abiertas que favorece la eliminación de las subpresiones, reduce el remonte (run-up) del agua sobre el talud e incrementa la pérdida de energía de la ola reflejada por turbulencia y percolación.
- \bullet
- Mayor ocupación en planta de cada pieza que da lugar a la reducción del volumen de hormigón.
- \bullet
- Sencillez del proceso de fabricación de la pieza (encofrado, hormigonado, desmoldeado y curado).
- \bullet
- Elevada relación superficie/volumen que favorece la eliminación del calor de fraguado con la consiguiente reducción de tensiones internas en la pieza.
De los resultados de los ensayos en modelo físico
obtenidos en el canal de experimentación del laboratorio hidráulico
especializado INHA, se puede deducir que su estabilidad ante la
acción de las olas es considerablemente superior a la de otros
bloques. A modo de ejemplo, para resistir un oleaje de altura de ola
significante Hs = 8,10 m los pesos necesarios de los bloques,
expresados en toneladas, serían los que se indican en la tabla
adjunta:
| Bloque | Peso requerido (t) |
| De la invención | 3,15 |
| Dolosse (2 capas) | 21,17 |
| Core-loc | 21,17 |
| Press Rock | 23,62 |
| Accropode | 28,23 |
| Stabit | 28,23 |
| Tribar | 33,87 |
| Hexapod (2 capas) | 35,66 |
| Tetrapod (2 capas) | 42,34 |
| Antifer (2 capas) | 42,41 |
| Cubo (2 capas) | 45,17 |
\vskip1.000000\baselineskip
Siendo estos los resultados estrictos de los
ensayos, se considera recomendable por parte de los autores de la
invención, introducir un factor de seguridad de 2 para eludir los
riesgos derivados de las imperfecciones del proceso de puesta en
obra incrementando en un 200% los pesos necesarios, o lo que es
equivalente, reducir en un 66,6% el coeficiente de estabilidad
(K_{D} de la formulación de Hudson) obtenido directamente de los
ensayos en modelo. Con ello, el peso de la pieza para resistir el
oleaje anterior pasaría a ser de 9,45 t.
En cualquier caso, la fuerte reducción del peso
necesario para lograr un comportamiento resistente adecuado que, en
términos comparativos con otros tipos de bloques artificiales,
supone la utilización de los bloques de la invención unida a la
alta superficie unitaria que se protege con cada bloque de la
invención, conlleva un importante ahorro de hormigón en la
construcción del dique y la posibilidad de utilización de medios
de puesta en obra de menor capacidad y coste.
Un índice orientativo de esta ventaja de los
bloques citados sobre las restantes piezas, reside en el factor que
expresa el volumen necesario de hormigón para proteger una unidad
de superficie del manto del dique.
La tabla siguiente recoge el factor para cada una
de las piezas en función de la altura de ola significante del
oleaje de proyecto, Hs. En ella se puede comprobar , aún con el
factor de seguridad introducido, la reducción del volumen de
hormigón que implica la utilización del bloque de la invención.
| Bloque | Volumen de hormigón |
| De la invención | 0,090 Hs |
| Core-loc | 0.148 Hs |
| Accropode | 0,182 Hs |
| Tetrapod (2 capas) | 0,350 Hs |
| Cubo (2 capas) | 0,370 Hs |
Adicionalmente, el bloque de la invención
presenta una ventaja derivada de la reducción del tamaño y peso de
las escolleras naturales que habrán de constituir la capa sobre la
que se asiente y, por ende, una mayor facilidad de construcción ya
que podrá realizarse su perfilado con medios de construcción menos
potentes y costosos.
De estos resultados se puede concluir que el
bloque de la invención por sus cualidades derivadas de su diseño
formal y de grado de encaje, presenta importantes mejoras
resistentes sobre otras piezas desarrolladas en el contexto del
estado de la técnica actual y supone una opción consistente para
reducir el coste de construcción de los diques y riberas
fluviales.
El comportamiento hidráulico de los mantos
formados con el bloque de la invención frente al remonte y rebase
de las olas y frente a la reflexión de su energía ha sido
verificado en los correspondientes ensayos mostrando prestaciones
muy favorables.
El bloque artificial dispone de dos zonas, la
zona interior (1), y la zona exterior que presenta seis radios (2),
de idénticas dimensiones.
El núcleo central está perforado y forma un
entorno de tronco de cono hueco (6).
Cada uno de los radios (2) que salen del cilindro
central, tienen una forma de prismatoide con una de sus caras
mayores unidas a la generatriz del cilindro. Los seis prismatoides
(2) son iguales entre sí y se disponen formando entre ellos ángulos
de 60º de modo que se conforman secciones transversales inscritas en
hexágonos regulares.
La cara del prismatoide que sirve de apoyo a
otros bloques en conexión es la (3) y las caras interiores (5) y la
entalladura (4) son las que permiten disipar las subpresiones que
pueden generar bajo la base de las piezas, el flujo hidráulico de
las olas por la capa de filtro granular inferior.
La colocación de las piezas se realiza en una
única capa y de forma concertada, realizándose la conexión entre
piezas por el simple contacto que supone la yuxtaposición de las
caras exteriores (3) de las alas (2), tal como puede comprobarse
en la Fig. 4 y con el orden constructivo indicado de 1 a 20.
La base de colocación estará constituida por una
capa de escolleras naturales de peso adecuado, en cada caso, a las
dimensiones de la pieza debidamente regularizada.
Es de destacar que tanto en la parte superior
como inferior y de forma alternada se utilizan medios bloques para
configurar el entramado de la conexión tal como se dispone en la
Fig. 4.
El conjunto de piezas colocadas conforma un talud
con numerosos huecos debido al singular diseño de cada unidad.
Claims (6)
1. Bloque artificial perfeccionado configurado
para su colocación ordenada en una capa, para la protección de
diques y riberas marítimas y fluviales, que habiendo sido diseñado
para reducir los efectos del impacto de la masa de agua que
acompaña a la ola incidente, a las fuerzas de arrastre generadas por
los flujos de la masa de agua que recorren el talud en sentido
ascendente y descendente y a las fuerzas de extracción generadas
por los gradientes de presión entre las zonas interiores y
exteriores del dique, en los paramentos de las obras marítimas
lagunares y fluviales, esencialmente se caracteriza, porque
está configurado de tal forma que la envolvente exterior del
bloque tiene la forma de un prisma hexagonal, donde la zona
interior está formada por un cilindro central (1) perforado, del que
parten seis alas (2) con forma de prismatoides, de tamaño variable,
que mantiene las relaciones entre los lados 1,25 (altura)/1,443
(lado) para el ámbito marítimo y de 0,90 (altura) y 1,443 (lado)
para la utilización en riberas no expuestas a la acción del oleaje,
donde el lado está considerado desde el centro de revolución a la
cara exterior del prismatoide y la altura es el canto del
prismatoide.
2. Bloque artificial perfeccionado configurado
para su colocación ordenada en una capa, para la protección de
diques y riberas marítimas y fluviales, donde el cilindro central
perforado, se caracteriza porque forma un entorno de tronco
de cono (6) en su parte central y cada uno de los radios (2) que
salen del cilindro central, tiene una forma de prismatoide con una
de sus caras mayores unidas a la generatriz del cilindro. Los seis
prismatoides (2) son iguales entre sí y se disponen formando entre
ellos ángulos de 60º de modo que se conforman secciones
transversales inscritas en hexágonos regulares.
3. Bloque artificial perfeccionado configurado
para su colocación ordenada en una capa, para la protección de
diques y riberas marítimas y fluviales, que de acuerdo con las
reivindicaciones 1 y 2 se caracteriza porque la cara del
perímetro exterior del prismatoide que sirve de apoyo a otros
bloques de conexión es la (3) y las caras interiores (5) y la
entalladura (4) son las que permiten disipar las subpresiones que
pueden generar bajo la base de las piezas, el flujo hidráulico de
las olas por la capa de filtro granular inferior.
4. Bloque artificial perfeccionado configurado
para su colocación ordenada en una capa, para la protección de
diques y riberas marítimas y fluviales, que de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores se caracteriza porque la
conexión entre piezas se realiza por simple contacto que supone la
yuxtaposición de las caras exteriores (3) de las alas (2).
5. Bloque artificial perfeccionado configurado
para su colocación ordenada en una capa, para la protección de
diques y riberas marítimas y fluviales, que de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores, se caracteriza porque la base
de colocación estará constituida por una capa de escolleras
naturales de peso adecuado, en cada caso, a las dimensiones de la
pieza debidamente regularizada. Es de destacar que tanto en la
parte superior como inferior y de forma alternada se utilizan
medios bloques para configurar el entramado.
El conjunto de piezas colocadas conforma un talud
con numerosos huecos debido al singular diseño de cada unidad.
6. Bloque artificial perfeccionado configurado
para su colocación ordenada en una capa, para la protección de
diques y riberas marítimas y fluviales, que de acuerdo con las
reivindicaciones 1 y 2, se caracteriza porque el material
empleado en la construcción de la pieza será de hormigón y la
fabricación se realiza individualmente por moldeo, mediante
encofrado, y desencofrado con facilidad, donde el volumen real de
la pieza es del 58,3% del aparente en el conjunto de la
estructura.
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| ES200301986A ES2224874B1 (es) | 2003-08-19 | 2003-08-19 | Bloque artificial perfeccionado, configurado para su colocacion ordenada en una capa, para la proteccion de diques y riberas maritimas y fluviales. |
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