Análisis tensional del proceso constructivo de emisarios flotados y fondeados

摘要

El objetivo fundamental de la presente memoria es el cálculo de los desplazamientos, deformaciones, esfuerzos y tensiones en un emisario submarino durante el proceso de la colocación mediante flotación y fondeo. Con esta finalidad se inicia este trabajo con una breve descripción histórica de los emisarios submarinos, su clasificación y condicionantes de proyecto, para concentrarse en los tipos de emisarios para los que es aplicable el procedimiento de construcción objeto de esta Tesis. Una vez definido el proceso de colocación del emisario por inmersión se plantea el problema que presenta su cálculo estructural, tanto desde el punto de vista de las acciones actuantes como de la metodología estructural precisa para una correcta evaluación de su comportamiento durante esta fase de colocación. Se desarrollan las bases teóricas necesarias para definir adecuadamente las acciones importantes que genera el mar: empuje de Arquímedes, corriente estacionaria y oleaje. Para ello, se introducen las ecuaciones básicas de la hidrodinámica y su aplicación, la teoría de las ondas y la transformación del oleaje. A partir del campo de velocidades y aceleraciones, deducido mediante la teoría lineal de ondas con fondo del mar plano horizontal, que se extiende de forma aproximada al caso más real de fondo plano inclinado, se deducen las fuerzas normales y tangenciales sobre el emisario mediante las fórmulas generalizadas de Morison et al. y se discute su rango de aplicabilidad. Para la determinación de la respuesta del emisario ante las cargas de peso propio, tubo inundado interiormente, y las debidas a la acción del mar, lo que en conjunción con las acciones controladas en el diseño, tipo de arrastre, longitud inundada del tubo y distancia de la barcaza a tierra, se lleva a cabo un cálculo no lineal en grandes desplazamientos, pero restringido a pequeñas deformaciones y comportamiento elástico del emisario. Con este objetivo, se inicia, análogamente a la parte anterior de Hidrodinámica, con un resumen de las ecuaciones básicas del cálculo no lineal de estructuras, concentrándose en la deducción de las matrices de rigidez lineal y no lineal, así como las matrices de rigidez de carga del elemento viga tridimensional. Los resultados obtenidos del cálculo no lineal de estructuras se aplican a la situación específica del proceso de colocación del emisario y se determinan las matrices de carga, para las distintas acciones originadas por el mar, en una situación tridimensional, y se deducen las ecuaciones dinámicas de equilibrio del emisario. Tras la exposición teórica anterior, se desarrolla un programa por computador, basado en el programa ANSYS, que permite simular el caso frecuente de emisario submarino en el espacio bidimensional y comportamiento quasi-estático bajo las acciones gravitatorias y derivadas del mar, así como, de las acciones de control del procedimiento de colocación del emisario. Este programa es validado mediante distintos ejemplos y sus resultados comparados con algunos de los publicados. El programa anterior se aplica para obtener las sensibilidades, tanto de las acciones como de las variables que intervienen en el diseño, en los resultados de interés en el cálculo y proyecto de emisarios, como son los máximos y mínimos valores de los momentos flectores y esfuerzos axiles. Tras el estudio anterior, se destacan los resultados más importantes alcanzados, así como las conclusiones que se deducen de ellos y se indican algunas vías de investigación futura, que pueden desarrollarse con la metodología y las ideas aportadas en esta investigación.