Por José Francisco Díaz

@PortalPortuario

HR Wallingford tardará 8 meses en ejecutar los estudios de modelado físico en 2D y 3D para el rompeolas del proyecto de Puerto de Gran Escala de San Antonio.

Maria di Leo, gerente Estructuras Costeras HR Wallingford, en conversación con PortalPortuario.cl, explica, paso a paso, las implicancias de dicho proceso que entregará como resultado los antecedentes necesarios para la construcción de un rompeolas de 3,9 kilómetros, el segundo  más extenso de América Latina, tras el del Nuevo Puerto de Veracruz.

¿Qué es un modelo físico a escala reducida?

Es una representación física a una escala apropiada y determinada (por ejemplo 1:50 o 1:100) de un puerto completo, un rompeolas, o puede ser un tramo de litoral, construida en 3D en un tanque de laboratorio. También se puede construir una porción bidimensional de una estructura o playa (una sección transversal, por ejemplo) en un canal de oleaje. Esto generalmente permite una escala más grande. En los tanques normalmente está instalado un generador de oleaje, para observar el comportamiento de las estructuras frente a las acciones de oleaje. En algunas situaciones se pueden también incluir corrientes a las olas. Los estudios físicos nos permiten un análisis con más detalle y complejidad que el modelado computacional, ya que estos últimos no pueden representar algunos procesos con la misma precisión.

¿Cuál es el “paso a paso” del estudio?

En primer lugar, se construye, en un canal de oleaje o tanque dependiendo del proyecto, una batimetría de modelo que represente el lecho marino y el litoral en el sitio, moldeando mortero de cemento sobre un relleno de arena. Luego se posicionan los generadores de oleaje y los medidores de nivel. Después de esto el tanque puede ser llenado. Sigue la calibración de olas, que permite replicar a escala de modelo las condiciones de oleaje del prototipo. Después, ingenieros y técnicos construyen el modelo (rompeolas en este caso) en roca y hormigón, de acuerdo con las especificaciones de diseño. Esto puede implicar el uso de diferentes rocas clasificadas (pintadas en diferentes colores para distinguirlas fácilmente). Las unidades de armadura se colocan individualmente a mano. Si existen espaldones, estos pueden ser equipados con sensores de presión para medir las presiones sobre la estructura bajo ataque de ola.

¿Qué implica su realización?

Cada proyecto es distinto por lo que depende de la cantidad y el tipo de ensayos necesarios. Para el modelado de San Antonio, los ensayos 2D empezarán primero, con el fin de probar el diseño y mejorar su rendimiento y proporcionar ahorros de costos. En esta fase, se puede decidir la modificación principal del diseño, se confirma el tamaño y tipo de armadura de roca, y se verifica el rendimiento y la seguridad durante las fases de construcción. Después de que las estructuras se hayan optimizado, se realizarán las pruebas 3D. La etapa inicial de la construcción de la batimetría será muy similar a la fase 2D, con la diferencia obvia de que la batimetría cubrirá toda el área del puerto y sus alrededores, incluido el cañón de aguas profundas cerca de la entrada. Luego se construirá todo el modelo del puerto: se requerirán aproximadamente 50.000 unidades para construir todo el modelo de San Antonio en 3D. Después de llevar a cabo las pruebas de estabilidad y rebasamiento, bajo las condiciones de diseño seleccionadas, se construirán los muros del muelle. Una vez construidos, se probaran modelos a escala de los buques, en términos de movimiento y amarre de embarcaciones bajo diversas condiciones de olas, desde diferentes direcciones.

Para el caso de San Antonio ¿Cuánto demora el estudio?

Los estudios físicos para el Puerto de Gran Escala de San Antonio tomarán ocho meses. Se involucrarán ingenieros marinos y científicos en la construcción, ejecución el modelo y en el análisis de los resultados. Además, se involucrarán arquitectos / ingenieros navales para atender los problemas de navegación, movimientos de barcos, fuerzas de amarre, etc.

¿Qué infraestructura y/o equipos se requiere para desarrollar este tipo de estudio?

El modelado físico de San Antonio incluirá ensayos físicos en 2D y 3D. Los ensayos en 2D se realizarán en canales de oleaje de 40 metros de largo, 1.2 metros de ancho y 1.5 metros de profundidad máxima localizados en HR Wallingford y en un canal de oleaje localizado en el INH (Chile) el cual tiene dimensiones de 50 x 1.5 x 1.8 metros (largo x ancho x alto). Los ensayos 3D se llevarán a cabo en un tanque de olas con una superficie 75m x 32m y una máxima profundidad operativa de 1m. Este tanque se construirá uniendo los tanques A, B, C localizados en el Froude Modelling Hall de HR Wallingford.

¿Qué incluyen dichas instalaciones?

Esta, y las demás instalaciones en los laboratorios en HR Wallingford, cubren una superficie total de 16,000 m² aproximadamente y están albergadas en tres diferentes naves. Estas instalaciones incluyen también un tanque de oleaje-corriente y el recientemente construido “Fast Flow Facility” (FFF), uno de los canales más largos del mundo. Los tanques están equipados con la mejor y la más última tecnología en instrumentación. Los cuales comprenden el generador de oleaje multi-elemento marca HR Wallingford con sistemas activos de absorción de olas para reducir el efecto de las olas reflejadas, escáneres láser, captura de video y sistemas de seguimiento infrarrojo para controlar el movimiento de naves amarrados. Las paletas pueden generar estados de mar aleatorios no repetitivos de cualquier forma espectral requerida.

¿Qué objetivos cumple dicho trabajo?

En resumen, el objetivo del modelado físico del Puerto de Gran Escala de San Antonio, que se construirá a una escala de 1:100, es verificar la estabilidad estructural de las obras de abrigo y la operatividad del puerto.

¿Qué decisiones se pueden tomar a partir de sus resultados?

El modelado físico en 2D permitirá analizar la estabilidad, los caudales de rebase y las acciones de oleaje sobre los muros parapetos. Estos resultados se utilizarán para optimizar el diseño del rompeolas, para validar las piezas del manto a sotamar del área protegida del puerto y para optimizar de la cota de coronación de los muros parapetos. En el modelado 3D, mediciones de caudales de rebase y del daño al rompeolas serán repetidas, para verificar los efectos tridimensionales de las olas en las estructuras. El daño será evaluado a través de una técnica fotográfica (superposición de imágenes), grabación de video y a través de escaneos con laser. El alcance de los trabajos de modelado físico en 3D comprende también la evaluación de las condiciones de agitación tanto en el sector de emplazamiento del PGE como en la dársena. También se evaluará el comportamiento dinámico de las naves amarradas en los sitios de amarre del proyecto. Las medidas de agitación producirán parámetros estadísticos de altura y periodo de oleaje (H1/3, H1/10 y Tz), con detalles de la distribución espectral. La transmisión de ola a través de la sección del rompeolas será registrada por un sensor de nivel de agua instalado en la parte trasera de la estructura.

Qué resultados se obtienen…

Los resultados serán usados para determinar el coeficiente de transmisión calculado con el ratio entre la altura de ola transmitida y la altura de ola incidente. Los movimientos de los barcos serán medidos en 6 grados de libertad (vaivén, deriva, alteada, guiñada, cabeceo y balance) usando el sistema de medición infra-rojo sin contacto: Qualisys Motion Manager. Finalmente, se evaluarán las líneas de amarre y las defensas. Las fuerzas en las líneas de amarre y defensas serán medidas usando un sistema de sensores de calibre extensométrico (strain gauge), las cuales medirán tensión dentro de grupos en línea. Esquema del PGE cuyo rompeolas sería el más grande de Chile

Trabajarán con el Instituto Nacional de Hidráulica ¿Cómo se da esa colaboración? 

Vamos a colaborar muy de cerca con el Instituto Nacional de Hidráulica en los ensayos, los ensayos de estabilidad en 2D se llevarán a cabo en tres diferentes canales de oleaje, dos localizados en HR Wallingford y el otro en el laboratorio del INH en Peñaflor. Esta nueva colaboración incluirá un elemento de transferencia de conocimientos, así que tanto HR Wallingford como el INH aprovecharán la oportunidad de compartir criterios y estándares.