Dimensionless wave height parameter for preliminary design of scour protection in offshore wind farms

This article describes the results of an investigation aimed at the analysis methods used in the design of the protections against scour phenomenon on offshore wind farms in transitional waters, using medium and large diameter monopile type deep foundations.

Comparative study of breakwater crown wall – calculation methods

An investigation was undertaken consisting of a state-of-the-art and comparative analysis of currently available methods for calculating the structural stability of wave walls in sloping breakwaters. A total of six design schemes are addressed. The conditions under which the formulations and ranges of validity are explicitly indicated by their authors, are given. The lack of definition in parameters to be used and aspects not taken into account in their investigations are discussed and the results of this analysis are given in a final table.

Recuperación ambiental y ordenación urbanística en playa San Juan, Guía de Isora (Tenerife)

Playa de san Juan, en el término municipal de Guía de Isora, en la Isla de Tenerife, es una de las zonas costeras de mayor interés desde la perspectiva de rehabilitación y regeneración de una playa debido a su inmejorable clima, a la escasez de espacios de ocio de la población del Municipio y de Playa San Juan en particular, y a la actividad turística de la zona. En el tiempo, el frente costero de este núcleo urbano del suroeste de la Isla ha mantenido un importante depósito sedimentario producto de las aportaciones históricas del Barranco de San Juan, litoralizados en un frente de unos 700 m aproximadamente, dando nombre al propio entorno y núcleo de población. Las actuaciones humanas en la costa y aguas arriba del Barranco, unido a la caída del tiempo climático, definen los parámetros de la situación actual de este frente costero sedimentario, habiendo hecho desaparecer una de las pocas e importantes playas de la Isla. La escasa presión turística que hasta la fecha ha gravitado sobre el núcleo urbano, cuyos habitantes han estado inmersos en actividades económicas derivadas de la agricultura y pesca, con alto porcentaje de asalariados y aparceros, ha provocado la desconsideración histórica para este frente costero de actuaciones tendentes a recuperar para este asentamiento en la antigua playa, hoy demandada ante la escasez de recursos de esta índole que la oferta turística y de ocio requiere. En núcleo urbano de Playa San Juan, como el resto de las poblaciones insulares, ha depositado en los últimos tiempos sus esperanzas de futuro en el sector turístico de calidad como complemento a la actividad de sector primario, por lo que ha de potenciar los recursos disponibles para aquel sector, principal fuente de la economía estratégica del Archipiélago Canario. El recorrido histórico de las modificaciones que ha sufrido la costa comienza con los primeros asentamientos de pescadores que tradicionalmente, y ante la falta de infraestructuras adecuadas, han encontrado en las playas su principal refugio. La demanda de mejores condiciones provocó la ejecución, en los años ochenta, de la actual instalación portuaria, la que, apoyada en la Punta y Bajas de San Juan, consistió esencialmente en un dique-muelle de unos 280,00 m de longitud, sensiblemente paralelo a la playa existente, y de orientación NW-SE. Este hecho marcó el principio del fin de esa playa, al provocar un abrigo que hizo bascular y retroceder a la práctica totalidad del arco sedimentario hacia su interior, con las consecuencias que hoy podemos observar: el viejo horno de cal quedó afectado por las erosiones en su pie, la antigua Fábrica de Conservas vio retroceder la playa hasta sus mismos aledaños y la propia playa arenosa dejó paso a los callaos, bolos y cantos que aparecen en las cuatro quintas partes de su longitud. La actual filosofía preservadora de los espacios costeros, y en especial de las playas, hubiera determinado, junto con la mejora de las comunicaciones terrestres, otros lugares de menor afección, y posiblemente de mayor efectividad funcional, para la instalación portuaria, acorde con los avances técnicos de diseño y construcción. Es por ello que la dualidad puerto-playa provoca serias polémicas entre las necesidades y el progreso, y entre aquellas y la preservación del medio ambiente natural. Teniendo en cuenta todo ello se ha decidido que pudiendo convivir playa y puerto, así como lo ha demostrado la realidad actual, la regeneración de la playa se acometa en la bahía de San Juan entre el muelle viejo y el Horno de Cal.

Secundary school profile in science and technology versus the first year at the Technical University of Madrid. Cause of failure or quitting?

Se analiza el absentismo, el fallo y el abandono de los estudiantes en los primeros semestres del grado sobre la base de su formación en la educación secundaria.

Restauración ambiental del entorno del polígono Francolí (Tarragona)

El objeto de este proyecto es la restauración ambiental del entorno del polígono Francolí. Para ello se va a llevar a cabo una recuperación del medio litoral para la reubicación de inflamables en el muelle de la Química. El problema fundamental es que dicha reubicación no es posible debido a que el muelle se encuentra en un estado de saturación. Además las instalaciones necesitarían una remodelación para poder asegurar el servicio. Como solución se ha decidido hacer una ampliación de dicho muelle. La ampliación afectará al muelle nº 4 debido a que se encuentra en el lugar a partir del cuál se pretende aumentar la explanada. Por ello el proyecto incluye el traslado provisional del mismo durante las obras y su posterior incorporación al muelle inicial ya ampliado. En resumen, el presente proyecto tiene por objeto la descripción y valoración de las obras e instalaciones a realizar para la ampliación del Muelle de la Química, realizado con cámaras amortiguadoras de oleaje, en el puerto de Tarragona.

Functional and environmental design of detached, low crest level breakwaters

In this article we research the design of detached breakwaters, a type of coastal defence work designed to combat erosion on beaches in a stable, sustainable fashion. Our aim is to formulate a functional and environmental (nonstructural) method of design that defines the fundamental characteristics of a detached breakwater as a function of the desired effect on the coast whilst meeting social demands and preserving or improving the quality of the littoral environment. We aim to make this method generally applicable by considering relations between variables of different natures (climatic, geomorphologic, and geometric) influencing the changes experienced on the coast after the detached breakwater has been built. We carried out the study of the relations between the different variables on the data from 19 actual, existing detached breakwaters on the Spanish Mediterranean coastline, and we followed a methodology based on the implementation of nondimensional monomials and on a search for relations of dependency between them. Finally, we discussed the results obtained and came up with a proposal for a design method that uses some of the graphic relations found between the variables studied and that achieves the main objective. For example, a case of a detached breakwater’s geometric presizing is solved as a practical demonstration of how the method is applied. La investigación que se presenta en este artículo aborda el diseño de los diques exentos, por constituir estos un tipo de obras de defensa costera con el que poder luchar de una forma estable y sostenible contra muchos de los problemas de erosión que existen en las playas. El objetivo principal de este trabajo es la formulación de un método de diseño funcional y ambiental (no estructural) que permita definir las características fundamentales de un dique exento en función del efecto que se quiera inducir en la costa, satisfaciendo las demandas sociales y preservando o mejorando la calidad del medio ambiente litoral. Además, se busca la aplicabilidad general del método mediante la consideración de relaciones entre variables de distinta naturaleza (climáticas, geomorfológicas y geométricas) que tienen influencia en los cambios que se experimentan en la costa tras la construcción del dique exento. El estudio de las relaciones entre las distintas variables se realiza sobre los datos de una base de diecinueve diques exentos reales, existentes en el litoral mediterráneo español, y sigue una metodología basada en el planteamiento de monomios adimensionales y en la búsqueda de relaciones de dependencia entre ellos. Finalmente, la discusión de los resultados obtenidos conduce a la propuesta de un método de diseño que utiliza algunas de las relaciones graficas encontradas entre las variables estudiadas y con el que se consigue el objetivo principal anteriormente expuesto. Para demostrar la aplicación práctica del método se resuelve un caso de predimensionamiento geométrico de un dique exento a modo de ejemplo.

Storm evolution characterization for analysing stone armour damage progression

Storm evolution is fundamental for analysing the damage progression of the different failure modes and establishing suitable protocols for maintaining and optimally sizing structures. However, this aspect has hardly been studied and practically the whole of the studies dealing with the subject adopt the Equivalent triangle storm. As against this approach, two new ones are proposed. The first is the Equivalent Triangle Magnitude Storm model (ETMS), whose base, the triangular storm duration, D, is established such that its magnitude (area describing the storm history above the reference threshold level which sets the storm condition),HT, equals the real storm magnitude. The other is the Equivalent Triangle Number of Waves Storm (ETNWS), where the base is referred in terms of the real storm's number of waves,Nz. Three approaches are used for estimating the mean period, Tm, associated to each of the sea states defining the storm evolution, which is necessary to determine the full energy flux withstood by the structure in the course of the extreme event. Two are based on the Jonswap spectrum representativity and the other uses the bivariate Gumbel copula (Hs, Tm), resulting from adjusting the storm peaks. The representativity of the approaches proposed and those defined in specialised literature are analysed by comparing the main armour layer's progressive loss of hydraulic stability caused by real storms and that relating to theoretical ones. An empirical maximum energy flux model is used for this purpose. The agreement between the empirical and theoretical results demonstrates that the representativity of the different approaches depends on the storm characteristics and point towards a need to investigate other geometrical shapes to characterise the storm evolution associated with sea states heavily influenced by swell wave components.

Use of a scrapped ship as a floating breakwater for shore protection

The purpose of this research is to assess the effectiveness of a ship used as a detached floating breakwater for coastal protection and forming salients of sand or tombolos. Floating breakwaters have been extensively used as port or coastal protection structures and display advantages in terms of construction and ecology, amongst others. However, the greatest problem these structures present is the limited range of wave heights and periods for which they are really effective. Furthermore, ships may be considered as floating structures which, used as breakwaters, would keep the advantages of floating breakwaters and would increase their range of applicability. The possibility of using ships at the conclusion of their useful life for this purpose would also involve greater economic and environmental advantages. Tests were carried out to assess the ship’s effectiveness as a detached floating breakwater using a scaled down physical model to determine the vessel’s transmission coefficient (Kt) as to regular waves with significant periods of 5 sec to 12 sec and significant wave heights of 1.5 m to 4 m at depths from 20 m to 35 m. The ship proves effective for waves up to 4 m significant height and significant periods up to 9 sec. Hanson and Kraus and Pilarzyk’s analytical models, which take transmission coefficients into account, were used to analyse the shore’s response to the breakwater protection. The results obtained show that salients form for waves with periods between 6 sec and 9 sec. It is also concluded that the depths tested are far different from the more usual shallow water involved in constructing detached breakwaters and the shore’s response is therefore scarce.

Direct estimation wave setup as a medium level in swash

The extreme runup is a key parameter for a shore risk analysis in which the accurate and quantitative estimation of the upper limit reached by waves is essential. Runup can be better approximated by splitting the setup and swash semi-amplitude contributions. In an experimental study recording setup becomes difficult due to infragravity motions within the surf zone, hence, it would be desirable to measure the setup with available methodologies and devices. In this research, an analysis is made of evaluated the convenience of direct estimation setup as the medium level in the swash zone for experimental runup analysis through a physical model. A physical mobile bed model was setup in a wave flume at the Laboratory for Maritime Experimentation of CEDEX. The wave flume is 36 metres long, 6.5 metres wide and 1.3 metres high. The physical model was designed to cover a reasonable range of parameters, three different slopes (1/50, 1/30 and 1/20), two sand grain sizes (D50 = 0.12 mm and 0.70 mm) and a range for the Iribarren number in deep water (ξ0) from 0.1 to 0.6. Best formulations were chosen for estimating a theoretical setup in the physical model application. Once theoretical setup had been obtained, a comparison was made with an estimation of the setup directly as a medium level of the oscillation in swash usually considered in extreme runup analyses. A good correlation was noted between both theoretical and time-averaging setup and a relation is proposed. Extreme runup is analysed through the sum of setup and semi-amplitude of swash. An equation is proposed that could be applied in strong foreshore slope-dependent reflective beaches.

Uncertainties in the design of support structures and foundations for offshore wind turbines

Offshore wind industry has exponentially grown in the last years. Despite this growth, there are still many uncertainties in this field. This paper analyzes some current uncertainties in the offshore wind market, with the aim of going one step further in the development of this sector. To do this, some already identified uncertainties compromising offshore wind farm structural design have been identified and described in the paper. Examples of these identified uncertainties are the design of the transition piece and the difficulties for the soil properties characterization. Furthermore, this paper deals with other uncertainties not identified yet due to the limited experience in the sector. To do that, current and most used offshore wind standards and recommendations related to the design of foundation and support structures (IEC 61400-1, 2005; IEC 61400-3, 2009; DNV-OS-J101, Design of Offshore Wind Turbine, 2013 and Rules and Guidelines Germanischer Lloyd, WindEnergie, 2005) have been analyzed. These new identified uncertainties are related to the lifetime and return period, loads combination, scour phenomenon and its protection, Morison e Froude Krilov and diffraction regimes, wave theory, different scale and liquefaction. In fact, there are a lot of improvements to make in this field. Some of them are mentioned in this paper, but the future experience in the matter will make it possible to detect more issues to be solved and improved.

Analysis of the performance of caissons with a yard and cylindrical geometry as a breakwater. Apollonius caisson

En el presente trabajo se analiza el cajón Apolonio como diseño conceptual para controlar la reflexión en monolitos de gravedad sometidos a esfuerzos dinámicos de oleaje.

Storm characterization for analyzing stone armour damage progression

Storm evolution is fundamental for analysing the damage progression of the different failure modes and establishing suitable protocols for maintaining and optimally sizing structures. However, this aspect has hardly been studied and practically the whole of the studies dealing with the subject adopt the Equivalent triangle storm. As against this approach, two new ones are proposed. The first is the Equivalent Triangle Magnitude Storm model (ETMS), whose base, the triangular storm duration, D, is established such that its magnitude (area describing the storm history above the reference threshold level which sets the storm condition),HT, equals the real storm magnitude. The other is the Equivalent Triangle Number of Waves Storm (ETNWS), where the base is referred in terms of the real storm's number of waves,Nz. Three approaches are used for estimating the mean period, Tm, associated to each of the sea states defining the storm evolution, which is necessary to determine the full energy flux withstood by the structure in the course of the extreme event. Two are based on the Jonswap spectrum representativity and the other uses the bivariate Gumbel copula (Hs, Tm), resulting from adjusting the storm peaks. The representativity of the approaches proposed and those defined in specialised literature are analysed by comparing the main armour layer's progressive loss of hydraulic stability caused by real storms and that relating to theoretical ones. An empirical maximum energy flux model is used for this purpose. The agreement between the empirical and theoretical results demonstrates that the representativity of the different approaches depends on the storm characteristics and point towards a need to investigate other geometrical shapes to characterise the storm evolution associated with sea states heavily influenced by swell wave components.

Diseño de protecciones para el control de la socavación en parques eólicos marinos

La presente investigación se basa en el análisis de los diferentes criterios empleados hasta la fecha para el dimensionamiento de las protecciones frente a la socavación presentes en parques eólicos marinos monopilotados. A través de la revisión que se realizó sobre las recomendaciones de diseño existentes se detectó una gran carencia de criterios basados en parámetros característicos del oleaje. En este sentido, considerando la importancia que las acciones del oleaje tienen tanto en el desarrollo del fenómeno de la socavación alrededor de las cimentaciones, como en su propio diseño, se propone el empleo de un nuevo criterio basado en variables caracteristicas del oleaje, y la clasificación de dichas estructuras de acuerdo a la propuesta que Van der Meer realizó en su tesis (Van der Meer, 1988).

Analysis of wave attenuation and shore protection of a bulk carrier ship performing as a detached floating breakwater

Análisis de la atenuación del oleaje por un carguero funcionando como dique flotante y aplicación a dos casos de protección portuaria y costera. The effectiveness of a bulk carrier working as a detached floating breakwater to protect a stretch of coast and form salients or tombolos is assessed in this paper. Experiments were conducted in the Madrid CEDEX facilities in a 30 m long, 3 m wide, 1/150 scale flume. The bulk carrier ship is 205 m long, 29 m wide and 18 m in height with a draught of 13 m, and has been subjected to irregular waves with significant heights from 2 m to 4 m and peak periods from 6 s to 12 s at a depth of 15 m, all prototype dimensions. Three probes were placed between the wave paddle and the ship to record incident and reflected waves and four probes were placed between the ship and the coastline to measure the transmitted waves. Transmission, reflection and dissipation coefficients (Ct, Cr, Cd) were calculated to determine wave attenuation. Results show good shelter in the lee of the ship with values of Ct under 0.5 for peak periods from 6 s to 11 s. In addition, forces on the mooring chains were measured showing maximum values of about 2000 tons at a 10 speak period. Finally, two analytical models were used to determine the shoreline’s response to the ship’s protection and to assess the possible forming of salients or tombolos. According to the results, salients - but not tombolos - are formed in all tests.

Predicción del remonte extremo en playas : aplicación a los sectores litorales de la costa española

El remonte extremo o remonte del 2% es un parámetro clave en la ingeniería costera dado que permite acometer actuaciones en las playas bajo criterios de sostenibilidad económico y socioambiental. Estas actuaciones van desde el diseño de estructuras en el trasdós de la playa a planes de actuación urbanística en la costa tal que se determine adecuadamente los límites de dominio público. El adecuado diseño de estas actuaciones adquiere más relevancia hoy en día debido a las nuevas amenazas que se ponen de relieve debido al cambio climático, y que en el caso concreto de la costa se materializa en inundaciones que provocan pérdidas económicas. Estudios precedentes han realizado ensayos in situ o en modelo físico para la determinación del remonte extremo en playas. Al comparar estas formulaciones la dispersión es alta lo que implica que la precisión en la obtención del remonte no sea suficiente. Esta dispersión se justifica debido al amplio espectro de playas existentes y la alta variabilidad del clima marítimo. Este problema cobra más relevancia debido a las actuaciones preventivas o correctivas a acometer frente al cambio climático bajo un criterio de sostenibilidad. Con el fin de realizar actuaciones sostenibles bajo el contexto actual del probable aumento de inundaciones costeras por cambio climático no deben obtenerse ni magnitudes sobredimensionadas con el consecuente consumo de recursos y afección a las actividades económicas, ni magnitudes subestimadas que pongan en riesgo la estabilidad y/o la funcionalidad de las actuaciones para un periodo de diseño. El principal objetivo de esta tesis es proponer una formulación de aplicación en la obtención del remonte extremo tal que se cumplan los criterios de seguridad para el servicio y funcionalidad de la obra y los criterios de sostenibilidad económico y socio-ambiental que se requieren hoy en día. Es decir, una fórmula que no sobredimensione el cálculo de este valor pero que pueda cubrir la casuística que acontece en las distintas tipologías de playas. Complementariamente a este objetivo se ejemplifica la aplicación de estas formulaciones en casos reales tal que se reduzca la incertidumbre y ambigüedad en la obtención de las variables independientes de las formulaciones. Para la consecución de estos objetivos se realiza un estado del arte en el que se estudia tanto los estudios estadísticos en la obtención de este parámetro como los modelos numéricos propuestos para ello, tal que se deduzca la mejor línea de investigación en la consecución del fin de esta tesis. Tras este estudio del arte se concluye que la mejor línea de investigación sigue la vía estadística y se diseña un modelo físico con fondo de arena en contraste con modelos físicos con fondo impermeable fijo. Los resultados de dicho modelo se han comparado con las formulaciones precedentes y se proponen las fórmulas de aplicación más convenientes para la obtención del remonte extremo. Complementariamente a la propuesta de formulaciones se desarrolla una metodología de aplicación de dichas formulaciones a casos de la costa española que ejemplifican convenientemente su uso para una adecuada predicción de este valor en las playas. The extreme runup is a key parameter in coastal management. This parameter allows to develop sustainability actions at the coast that meet economical and environmental criteria. At the coast the actions can be either design of structures at the shore or actions plans delimiting reclamation areas. The climate change has given more relevance to accomplish an appropriate design for the coastal management actions. At the coast the threaten are mainly focused on more frequent floods that cause economic losses. Previous studies have carried out field or physical model experiments to accomplish an equation for the extreme runup prediction. Although dispersion remains high when comparing the different proposals so the accuracy in the prediction might be risky. This scattering comes from the wide sort of beaches and the high variability of the maritime climate. The new actions that are needed to develop to counteract the effects of the climate change need a more efficient criteria. Hence formulations should not overestimate or underestimate the values of the extreme runup. The overestimation implies to consume resources that are not needed and the underestimation means in a structure risk to support safely the loads. The main goal of this thesis is to propose a formulation for the extreme runup prediction so the safety of the structure can be accomplished but at the same time the sustainability of the action is ensured under economical and environmental criteria that are demanded nowadays. So the formulation does not overestimate the extreme value but cover with enough confidence the different sort of beaches. The application of the formulation is also explained in order to reduce uncertainty when the input values are obtained. In order to accomplish the goal of this research firstly a literature review is done. Statistical and numerical models are studied. The statistical model is selected as the most convenient research guideline. In order to obtain runup results a physical model with sand bed is carried out. The bed differs from those that used impermeable slope in previous experiments. Once the results are obtained they are compared with the previous equations and a final formulation is proposed. Finally a methodology to apply the deduced formulation to the Spanish beaches is addressed.