Porturi curs3

(C3) Cap 2. Constructii exterioare de aparare a porturilor, cu taluzuri2.1 Valuri de vant si actiunea lor asupra constructiilor de aparare cu taluz

P arametrii caracteristici ai valurilor

Valurile din vant sunt forme pe care le ia suprafata apei sub actiunea impulsurilor de presiune datoratevantului. Miscarea care se produce este oscilatorie, predominant verticala si nu implica un transport dedebit in vreo directie. Impulsurile de presiune a vantului modifica suprafata orizontala a apei iar prinactiunea gravitatiei apare fonna specifica a valului.Valurile care se formeaza au de obicei un caracter neregulat existand variatii ale inaltimii si aleperioadelor (lungimilor). Pentru studiul valurilor se admit trei modele diferite de reprezentare-modelul valurilor regulate care ia in considerare un sistem de unde consecutive identice de inaltime H,perioada T si lungime L constante (teoria liniara sau a valurilor de mica amplitudine - Airy)-modelul statistic (valuri neregulate) prin care campul de valuri se considera a fi o succesiune de undeindependente de caracteristici H, T si L avand anumite legi de distributie in jurul valorii medii-modelul spectral prin care amplitudinea valului este exprimata printr-o serie Fourier

"/- -?''-- :l'-::{--::-=--:-L

Directra de inatntare a valurtlor

l;-r-11.

l'r) raluri neresulateFig. I Tipuri de valuri de vant

:-l t,J

Pentru valuri regulate parametrii sunt urmatorii:-inaltimea H este diferenta de cota intre creasta si talpa valului-peroiada T este intervalul de timp intre doua faze succesive si egale ale valuluiJungimea valului L este distanta in spatiu dintre doua linii de faza egale-vitezavalului sau celeritatea reprezintavitezaaparenta cu care se misca profilul superficial si este prindefinitie eLlT

c - Directia de propagare

L

Creasta valului

t_oift ln{-------T- a(o)

-!-__*-3

_kxz-o {o a 3n{2 "*i

{

Talpa valului

Fundul marii z:-h

In continuare se prezinta teoria Airy privind valtrileMiscarea este nepermanenta poate fi considerata plana si potentialul vitezelor va fi o functie de

x, z si t adica g(x,z,t)Functia g satisface ecuatia Laplace care defineste curgerea fluidelor ideale (incompresibile si farafrecare)^) ^)d'(D d-o----=+--: = 0ox- oz'Miscarea particulelor avand un caracter oscilator variatia vitezelor are acelasi caracter si in consecintase cauta o solutie particulara cu variabile separate (functii Fowier) de formag(x,z,t) :r1 Q) cos (u-at)r1(z) este o functie care exprima inaltimea valuluilac-afi:0 (fazamiscarii care vartaza intre 0 si 2n)ar2r/T este frecventa radialak:2r/L este numarul de undaPrin rezolvarea acestei ecuatii diferentiale se obtin parametrii valului:

-Yiteza de propagare a valului celeritatea este c:L/T

st rlr(4\2n \l, )E!-p[4!'r.(ry)sauc =*'r(ry)-Lungimea de unda rezulta

7 = gT'

,rLnh2nLO relatie aproximativa (care exclude din termenul din dreapta pe L) este

L=gT' ;42o \ T"gInapeadancithfth)=]si(functiathareintervaluldevariatie-1...1)

,,=W=! "u,.",=ff

In ape mici cand wL

distrugere totala (zona IV)In prima zona cu adancime d>L12, furdul marii nu influienteaza caracterul miscarii particolelor de apa.

Acestea se deplaseaza pe orbide circulare a caror raza se micsoreaza spre adancime. Sub actiunea

vantului profilul valului devine asimetric panta frontala fiind mai abrupta si cea din spate mai lina

(linia punctata)Cea de a doua zona mai apropiata de mal are adancimi mici cuprinse infreLl2 si adancimea critica h'La adancimea critica valurile se sparg (deferleaza) In aceasta zona datorita influientei fundului marintraiectoriile particolelor de apadevin elipse a caror raze scad spre adancime iar la fund nzamica

devine nu1a. In cazul adancimilor constante sau cu panta redusa inaltimea si lungimea valului cresc sub

actiunea factorilor genetici.

z o^tA ll ZONA lTI zout lv

ZONI I zottt ll Z ONA lTI ZONA {V

Incepand cu prima deferlare valul intra in cea de-a treia zona. Aici valurile au profilul asimetric iarcaracterul miscarii se schimba astfel ca odata cu miscarea orbitala a particolelor de apa se produce si o

deplasare spre tarm a masei de apa.

lnzotaapatade distrugere totala dupa ultima deferlare masa de apa urca pe taluzul plajei si apoicoboara producandu-se disiparea energiei valurilor

Alegere a valului de calcul

Inregistrarea valurilor int-un punct fix arata o succesiune de trenuri de unda mai mult sau mai putin

regulate cu caracteristici diverse miscarea inregistrata putand fi descrisa prin procedee statistice

matematice fiecarei valori atribuindu-i-se frecventa corespunzatoare sau respectiv probabilitatea de

aparitie a unei valori mai mari decat ea.

Valul de calcul este valul cu o anumita probabilitate de aparitie a marimii inaltimii sale, probabilitate

corespunzatoare tipului si categoriei de importanta a constructiei portuare.

Fig. 2. Transformarea valurilor in apropierea tarmului

Inaltimea valului de calcul este introdusa in formulele de calcul a actiunii valurilor asupraconstructiilor portuare. Pentru stabilirea inaltimii valului de calcul s-au stabilit urmatoarele relatii (caurnare a acceptarii distributiei Rayleigh a inaltimii valurilor)Denumirea inaltimii valului Raportul intre inaltimea valului si

inaltimea valului semnificativMedia tuturor valurilor (H-) 0,63Media treimii celor mai inalte valuri H173 sau Hg 1,00Media alAYo cele mai inalte valuri H171s 1,27Media a lo/o din cele mai inalte valuri Hrnoo 1,67Inaltimea maxima H** l,g-2

Se remarca faptul ca marimile valurilor de calcul nu reprezinta valori cu o anumita probabilitate deaparitie ci media marimilor ce depasesc o anumita probabilitate.-Alegerea valului de calcul pentru diguri cu taluz si cheuri pereatea) Aceste structuri se proiecteaza de obicei pentru inaltimea valului semnificativ Hr. pentru a reducecoshrrile de reparatii poate fi ales un val de calcul cu o frecventa mai mica, H1716de exemplub) Daca structura va fi supusa atacului valurilor inzonade deferlare a acestora inaltimea valului carese sparge va fi calculata si comparata cu inaltimea valului nedeferlat iar cea mai mica dintre ele va filuata in calcul

-Alegerea valului de calcul pentru constructiile cu parament verticalSe face cu maxima prudenta deoarece se pot produce urmatoarele fenomene:

-poate apare valul stationar la care unda reflectatase suprapuoe peste cea incidenta dublandu-seinaltimea valului la aceiasi perioada si lungime de unda

-la ape mici se produce deferlarea valuluilnaltimea valului de calcul se alege astfelH-6,.:1,8 H173

H,r*=nin F(H173, h)dacah/L}},2dacaUL

Presiunea exercitata de valul spart asupra taluzurilor

Considerand sistemul de axe xoz, axa ox fiind situata la adancimea critica (h"r:(0,55-1,65)H,dupa Djunkovski hr:H) sub nivelul marii linistite(fig.3), creasta valului care se sparge se gaseste inpunctnl P pe axa oz si are ordonata ,o =1r+ so. Coordonatele curente ale unei particule situate pecreasta in momenful deferlarii valului, care are o viteza orizontala vo sunt:

Fig.3 .Deferlarea valurilor pe taluz(a < 45" ) dupa N.N.Djunkovski (Kiselev);ot'

X = vrt ; zr:zo -P;- sxiy: sau zB:zo-R

-

th

ordonata punctului B in care particula de apa va lovi taluzul este:

zB = xBtgcr i zs= r, - flj .

zv;

Egaland cele doua expresii ale lui z, se obtine din ecuatia de rezultata:t

x, = 11-vfrrgCI + "n.ffitf" *[a I(,b

In momenful contactului cu taruzul, vitezape verticala a particulei este:

viteza rezultanta r- = rE?)' ;tsB = *.

Componenta normala pe taluz:

vil = v, cos {p = v" sin(cr + p); e:90o - (CI + g)Dupa N.N.Djunkovski se poate lua v, = nc +vs, in care

a+

z

PNl-l

I

-\VB4-\.*\\-

\\\

V},r

,j\I

I

I

I

III

I

iL

VtrB

t-\,#'l Irl Inl rlrrlul-cIrls

l-I

I.l'l

*

-r------E

XB x

n = coeficient functie de inclinarea fundului apei

Pentru L

Distanta pe verticala intre nivelul linistit al apei si punctul de lovire si de maxima presiune petaluzpoate fi aproximata cueo:0,02iLInaltimea de ridicare a lamei deferlate h, pe talu se masoara de la nivelul static (mare linistita) al apeisi se detennina cu relatia

t^ -2krHso* ,E"'- ,rg" \lE

in care k, depinde de rugozitatea suprafetei taluzuluiValoarea H56y" este inaltimea valului corespunzatoare asigurarii de 50% [Kiselev] care este in raport de0,93/2,52:0,369 din valoarea corespunzatoare asigurarii de 100%

Natura suprafetei k,Suprafata neteda continua impenneabila IPlaci de beton 0,9Zidane de piatra 0,8Anrocamente medii 0,55Blocuri din beton si anrocamente mari 0,5

Detemrinarea inaltimii de ridicare a va]ului pe tabtzdupa normele pIANC (Asociatia Internationala deNavigatie)Relatiile sebazeazape un parametru ( ce caracteizeazamodul de actiune a valurilor (ridicare,coborare, spargere) denumit numarul lrribaren-

tsaE = +, ln care

.,/s,

o este unghiul taluzului cu orizontala2nH

.e,. : -* este curbura valului, gT'7 este perioada valului

8

.I/ este inaltimea valului

Formulele de calcul sunt

U=oe pentru q1,5H,9= a valoare mrudma pentru structufi permeabile (anrocamente)H,It,i este inaltimea la care se ridica valul cu probabilitatea de aparitie l, pe taluz deasupra nivelului stxic

al apei

Valorile coeficientilor a, b, c, d sunt intabelul urmator

Probabilitatea ir%1

Coeficienti

a b c d

0,1 l,l2 1,34 0,55 2,581 l,0l r,24 0,48 2,152 0,96 l,l7 0,46 1,975 0,86 1,05 0,44 1,68

10 0,77 0,94 0,42 1,45

33(nivel semnificativ) 0,72 0,88 0,41 1,35-4,47 0,6 0,34 0,82

9