Caracterización de los sistemas de protección basados en materiales naturales destinados al control de la socavación en obras marítimas presentes en instalaciones eólicas marinas

Abstract

El fenómeno de la socavación puede poner en peligro la operatividad o la
seguridad de estructuras offshore comprometiendo su estabilidad global.
Hasta el momento, la gran mayoría de las investigaciones destinadas a
estudiar el origen y el desarrollo de este fenómeno han estado centradas en
entornos fluviales, bajo condiciones de corriente continua. En la última década,
debido al crecimiento del mercado de la eólica marina, han surgido numerosos
estudios para la caracterización de este fenómeno en el entorno marino,
teniendo en cuenta que estas estructuras se encuentran sometidas de forma
simultánea a los efectos de la corriente y el oleaje, y las corrientes provocadas
por las mareas.
Ante la observada carencia de criterios existentes para el diseño de
protecciones frente a la socavación, la presente Tesis Doctoral surge con el
objetivo principal de desarrollar una serie de recomendaciones que permitan
mejorar y optimizar el diseño de estas estructuras, teniendo en cuenta no sólo
los parámetros geométricos de las cimentaciones de los aerogeneradores, o la
propia erosión, sino también, variables características del oleaje como la altura
de ola, el periodo o la longitud de onda, así como la profundidad o la
batimétrica de la cimentación.
La caracterización de los sistemas de protección basados en materiales
naturales destinados al control de la socavación en obras marítimas presentes
en instalaciones eólicas marinas no es el único objetivo alcanzado en la
presente Tesis Doctoral. A través de la calibración del parámetro de altura de
ola adimensional (H0) en diferentes parques eólicos europeos, y de acuerdo al
criterio propuesto por Van der Meer (1988), se propone la clasificación de este
tipo de estructuras de protección, basadas en material granular o escollera. La información recopilada sobre la socavación registrada en numerosos
parques eólicos con protección también ha permitido estudiar la funcionalidad
de este tipo de protecciones instaladas hasta la fecha.
Asímismo, gracias al conocimiento adquirido sobre el fenómeno de la
socavación, se plantea una propuesta para la mejora de la caracterización de
este fenómeno en ambiente marino basada en el estudio de la influencia del
campo de aceleraciones.
La presente Tesis Doctoral permite mejorar el diseño de las protecciones frente
a la socavación que se utilizan en parques eólicos marinos teniendo en cuenta
las acciones del clima marítimo, supliendo de este modo las carencias que
hasta el momento presentan las formulaciones existentes, las cuales
únicamente toman en consideración la geometría de las cimentaciones, el
ángulo de rozamiento interno del terreno y la estimación de la máxima
socavación que puede llegar a producirse. Scour phenomenon jeopardizes the stability and functionality of offshore
structures compromising its overall stability.
So far, most studies about the origin and the development of this phenomenon
have been focused on river environments (under steady current conditions). In
the last decade a lot of research projects about the characterization of this
phenomenon have been carried out due to the growth of offshore wind industry.
These projects take into account that these structures are subjected
simultaneously to current, waves and tidal effects.
This PhD Thesis arises due to the current lack of criteria for the design of scour
protections. Its main objective is to develop some recommendations to improve
and to optimize the design of scour protection structures. For that it is
necessary to take into account not only the geometrical parameters of
foundations or the erosion forecasted, but also wave variables such as wave
height, wave period or wavelength.
Characterization of protection systems based on natural materials for the
control of the scour in offshore wind farms was not the only goal achieved in this
PhD Thesis. Through the calibration of the dimensionless wave height
parameter (H0) in different European offshore wind farms, and according to the
criteria proposed by Van der Meer (1988), a classification of these protection
structures based on natural elements (rocks or riprap) has been proposed.
Scour data registered in numerous offshore wind farms with scour protection
systems also allowed to study the functionality of this type of protection installed
up to now.
Thanks to the knowledge acquired about the scour development, a proposal for
the improvement of the characterization of this phenomenon in marine environment is proposed. This has been based on the study of the influence of
the acceleration parameters.
This PhD Thesis improves the design of scour protections used in offshore wind
facilities taking into account maritime climate actions. To solve the current
formulae deficiencies only considering the foundation geometry, the internal
friction angle of the seabed and the maximum scour depth forecasted.