Assessment of Wave Overtopping at Vertical Structures with Double Seawall and Bullnoses. Case Study:

Abstract

El desenvolupament de les energies renovables marines depèn d’infraestructures segures i resilients capaces de garantir un subministrament elèctric fiable. Un exemple destacat és el Modular Offshore Grid 2 (MOG2), en construcció davant la costa belga, que integrarà 3,5 GW de capacitat eòlica marina mitjançant la illa artificial Princess Elisabeth Island. La primera fase inclou una base d’escullera i la instal·lació de 23 caixons de formigó que conformaran un perímetre vertical, amb finalització prevista per al 2027.

Un dels principals reptes de disseny és el rebasament de l’onatge, que amenaça components elèctrics essencials i pot limitar l’expansió de la xarxa al mar del Nord. Per fer-hi front, s’ha projectat un doble dic vertical separat per una zona d’amortiment, tots dos amb geometria de morro corbat (bullnose). Tanmateix, aquesta configuració queda fora de l’àmbit d’aplicació del manual EurOtop, habitualment emprat en estructures de protecció costanera més convencionals.

Davant aquesta limitació, la recerca ha desenvolupat correccions empíriques, derivant nous coeficients i factors de reducció específics per a bullnoses (γbn) i conques dissipadores (γswb). Mitjançant anàlisi de regressió, classificació i proves de sensibilitat, s’han obtingut equacions predictives que milloren l’estimació dels rebasaments. Els resultats, validats amb dades experimentals, van explicar més del 95% de la variància observada.

Tot i així, s’assenyala que el conjunt de dades és limitat, i per tant els resultats no són directament extrapolables a altres projectes sense validacions addicionals o modelització numèrica. Malgrat aquestes restriccions, el treball aporta coneixements rellevants sobre el rebasament en estructures complexes i constitueix una base per a futures investigacions en resiliència marina.

El desarrollo de las energías renovables marinas depende de infraestructuras seguras y resilientes capaces de garantizar un suministro eléctrico fiable. Un ejemplo destacado es el Modular Offshore Grid 2 (MOG2), en construcción frente a la costa belga, que integrará 3,5 GW de capacidad eólica marina mediante la isla artificial Princess Elisabeth Island. La primera fase incluye una base de escollera y la instalación de 23 cajones de hormigón que conformarán un perímetro vertical, cuya finalización está prevista para 2027.

Uno de los principales retos de diseño es el rebase del oleaje, que amenaza componentes eléctricos esenciales y puede limitar la expansión de la red en el Mar del Norte. Para afrontarlo, se ha diseñado un doble dique vertical separado por una zona de amortiguación, ambos con geometría de morro curvo (bullnose). No obstante, esta configuración queda fuera del rango de aplicación del manual EurOtop, referencia habitual para predecir el rebase en estructuras costeras más convencionales.

Ante esta limitación, la investigación desarrolló correcciones empíricas, derivando nuevos coeficientes y factores de reducción específicos para bullnoses (γbn) y cuencas disipadoras (γswb). Mediante análisis de regresión, clasificación y pruebas de sensibilidad, se obtuvieron ecuaciones predictivas capaces de mejorar la estimación de rebases. Los resultados, validados con datos experimentales, explicaron más del 95% de la varianza observada.

Aun así, se resalta que el conjunto de datos es limitado, por lo que los resultados no son directamente extrapolables a otros proyectos sin validaciones adicionales o modelización numérica. Pese a estas restricciones, el trabajo aporta conocimientos valiosos sobre el rebase en estructuras complejas y sienta las bases para futuras investigaciones en resiliencia marina.

The development of offshore renewable energy relies on resilient marine infrastructure capable of ensuring reliable electricity delivery. A notable example is the Modular Offshore Grid 2 (MOG2), under construction off the Belgian coast, designed to integrate 3.5 GW of offshore wind capacity via the artificial Princess Elisabeth Island. The project’s first phase consists of a rubble foundation supporting 23 concrete caissons, forming a vertical perimeter, with completion scheduled for 2027.

A major design challenge for this structure is wave overtopping, which poses risks to electrical systems and may hinder grid expansion across the North Sea. To mitigate these issues, engineers introduced a double vertical seawall separated by a buffer zone, both walls incorporating bullnose geometries. However, this configuration lies outside the predictive scope of the widely used EurOtop manual, which is tailored to more conventional coastal defenses.

To overcome these limitations, the research developed empirical corrections, deriving new coefficients and reduction factors specific to bullnoses (γbn) and stilling wave basins (γswb). Using regression analysis, classification methods, and sensitivity testing, the study formulated predictive equations capable of improving overtopping estimations for the MOG2 design. Validation against experimental data confirmed the robustness of the approach, explaining over 95% of the variance in reduction factors and overtopping discharges.

Nonetheless, the study stresses that the experimental dataset’s scope and tested conditions are limited, restricting broader applicability. Results cannot be directly generalized to other coastal protection projects without further validation or numerical modeling. Despite these constraints, the dataset provides valuable insights into overtopping behavior for complex marine structures and establishes a foundation for future research on offshore infrastructure resilience.