PhD Thesis Wave overtopping and crown wall stability of cube and Cubipod-armored mound breakwaters AUTHOR: Jorge Molines Llodrá SUPERVISED BY: Dr. Josep Ramon Medina Folgado Date: January 2016 A mi familia y amigos Wave overtopping and crown wall stability of cube and Cubipod-armored mound breakwaters Agradecimientos Tras varios años de trabajo presento esta tesis doctoral, que no habría sido posible sin el apoyo de las personas que me rodean. Ha habido momentos fáciles y otros menos fáciles pero todos ellos forman parte de esta tesis. A todas las personas que han participado de ellos están destinadas estas líneas. A mis padres y mi hermano: siempre conmigo al pie del cañón para tenderme una mano amiga o un comentario agradable en momentos en los que se torcían algunas cosas. A mis amigos, con quienes en muchas ocasiones no he podido pasar todo el tiempo que desearía. A la gran familia formada en el Laboratorio de Puertos y Costas, con quienes he compartido este largo viaje de principio a fin. Quique y Vicente, ¿aún recordáis aquél día que como buenos estudiantes íbamos preguntando por PFC y terminamos en el despacho de Josep? Ahí empezó nuestra andadura por el LPC y la época en la que íbamos en pack indivisible por la escuela y fuera de ella. Gracias Tomás y Guille por regalarme muy buenos momentos, donde una simple carcajada aliviaba la tensión de todo un día. Y por supuesto a Ainoha, Gloria y Cesar, quienes me habéis sufrido durante la última etapa de la tesis y con los que comparto mi día a día. A Mapi, gracias por todos los ánimos y apoyo diario ininterrumpido. He recorrido contigo todo el camino y definitivamente, “juntos mola más”. A mi director de tesis, Josep, quién me ha inculcado su pasión por la ingeniería marítima y con quién he pasado largos y buenos momentos contrastando resultados y opiniones. Junto con él, al resto de compañeros de la unidad de ingeniería marítima y a Pepe Andreu, Ana y Debra. A mis compañeros de SATO, donde estuve poco tiempo pero compartimos muchas experiencias. i Wave overtopping and crown wall stability of cube and Cubipod-armored mound breakwaters Agradezco el apoyo del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte por la financiación brindada conforme al marco del Programa de Formación del Profesorado Universitario (AP2010-4366), que me ha permitido llevar a cabo esta tesis. Finalmente, agradezco el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación en el proyecto ESCOLIF (BIA2012-33967). También agradezco el apoyo de CDTi y SATO-OHL prestado durante el proyecto CUBIPOD. ii Resumen La influencia del tipo de elemento del manto sobre el rebase de diques en talud se caracteriza habitualmente mediante el factor de rugosidad (γ ). Sin embargo, en la f literatura existen diferentes valores del factor de rugosidad para el mismo tipo de elemento. El factor de rugosidad no depende solo del tipo de elemento, número de capas y permeabilidad del núcleo sino también de la formulación y de la base de datos empleada. En la presente tesis se desarrolla y aplica una nueva metodología basada en técnicas de bootstrapping para caracterizar estadísticamente el factor de rugosidad de diferentes elementos (entre ellos el Cubípodo) sobre diferentes formulaciones de rebase. Se observan diferencias de hasta el 20% entre los factores de rugosidad óptimos y los que se proporcionan en la literatura. La porosidad del manto afecta notablemente al factor de rugosidad pero también a la estabilidad del manto; mayores porosidades proporcionan menor rebase pero también menor estabilidad hidráulica. Por ello, las porosidades de diseño recomendadas deben emplearse para evitar daños durante la vida útil. Fórmulas con pocas variables de entrada son sencillas de emplear pero absorben a través del factor de rugosidad toda la información que no se incluye explícitamente en las variables de entrada. En cambio, la red neuronal de CLASH evita en gran medida estos inconvenientes y al mismo tiempo proporciona excelentes resultados para estimar el rebase sobre diques en talud convencionales. En la presente tesis se ha desarrollado una fórmula explícita que permite emular el comportamiento de la red neuronal de CLASH. La nueva fórmula posee 16 parámetros, seis variables de entrada (R /H , ξ c m0 0,- , R /h, G /H , A /R y una variable para representar a la berma de pie basada en R /h) 1 c c m0 c c c y dos factores de reducción (γ y γ ). La nueva fórmula se construye en base a f β simulaciones controladas empleando la red neuronal de CLASH y proporciona el menor error en la predicción de rebase sobre diques en talud de entre los estimadores estudiados. Una de las maneras más efectivas de disminuir el rebase sobre diques en talud es incrementar la cota de coronación mediante un espaldón de hormigón. Estas estructuras sufren el impacto del oleaje y deben ser diseñadas para resistirlo. En la presente tesis se han empleado ensayos de laboratorio de cubos y Cubípodos para desarrollar una nueva fórmula que permita calcular las fuerzas horizontales y verticales del oleaje sobre el espaldón. Las nuevas fórmulas incluyen la influencia de cuatro variables adimensionales (γ R /R , (R -A )/C , y F /C ) y de la geometría del espaldón. Incluyen la f u0.1% c c c h c h influencia del tipo de elemento mediante el factor de rugosidad al igual que las fórmulas de rebase. Las fuerzas ver�ti𝐿𝐿ca𝑚𝑚le/s𝐺𝐺 𝑐𝑐disminuyen significativamente con el aumento de la cota de cimentación. Las nuevas fórmulas proporcionan el menor error de predicción sobre los registros de laboratorio analizados. iii Wave overtopping and crown wall stability of cube and Cubipod-armored mound breakwaters iv