Tema 1. Clima Marítimo Parte 1. INGENIERIA .pdf

tEMA SOBRE EL CLIMA MARITIMO EN INGENIERIA DE OBRAS PUBLICAS

1. PUERTOS Y COSTAS
José Sande González-Cela [email protected]
A1-08a
Clima marítimo

2. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Introducción
•¿Qué es?
•¿Las variables climáticas como se comportan?
•Es algo de corto plazo o de largo plazo
•¿Cómo y donde se mide?

3. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Introducción
•Cuales son las principales variables que lo componen:
–Viento
–Oleaje –Nivel del mar (Marea) –Corrientes
–Salinidad y calidad del agua
–Temperatura
–Lluvia
–Presión atmosférica
¿Cuales usaríais?
En el diseño de un dique de abrigo
En la operatividad de un puerto

4. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Introducción
•Lo importante
–Conocer cuales afectan a las obras que proyectemos
–Escala de tiempo (corto y largo plazo)
•Escala de trabajo:
–Global
–Regional
–Local
Fuente: IHCantabría

5. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Viento
•Genera por cambios presión atmosférica
•Circulaciones generales del viento en altura que afecta a los climas
https://www.youtube.com/watch?v=BJOk-AaAlbM

6. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Viento
•Viento en superficie
–Influencia de la altura
–Perfil logarítmico (CLS)
–Espiral (CT)
Capa de transición o
Capa de Ekman
Capa límite superficial
Perfil logarítmico

7. 0
10
20
30
40
012345678910
U (m/s)
t (min)
Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Viento
Registro de viento fluctuaciones con diferente valor y tiempo
Para describir el viento:
- Velocidad media
- Velocidad de racha
¿Intervalo de tiempo que se toma de
referencia para las medidas?
¿Altura de referencia?

8. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Viento
•Velocidad Básica del viento velocidad media
•Velocidad de ráfaga Factores para estimarla en caso de no conocerla
–F
R
= Factor de ráfaga máxima
–F
A
= Factor de altura
–F
T
= Factor topográfico
10m) (z V V
10min b
 
En un estado de viento, media de 10 min a 10 metros (zona abierta)
T A R b τ
FFF V (z) V 
Ejemplo de datos medidos:
https://www.meteogalicia.gal/observacion/estacionshistorico/hi
storico.action#

9. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Viento
•Generador fundamental del oleaje
–En océano pero también en las rías
•Importancia en la operatividad portuaria
SWELL
SEA

10. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Viento
•Generador de oleaje Operatividad portuaria

11. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje Parámetros de una ola: •H: altura de ola Distancia entre cresta y valle
•T: periodo del oleaje Tiempo entre crestas
•L: longitud de onda Distancia entre crestas
•d: calado Distancia nivel del mar al fondo
•a: amplitud Distancia del nivel del mar a la cresta
•c: celeridad de onda c=L/T
d
L / T
x / t
H
a
ωt) cos(kx
2
H
ωt) cos(kx a η    

12. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje
Storms, tsunamis
Wind Sun, Moon
Frequency (Cycles per second)
24 h12 h 5 min30 s1 s0.1 s
Coriolis
Gravity
Surface Tension
Fuerza involucrada
Forzadores
Tides
Long Waves
Tipología
Infra-gravity
Waves
Gravity WavesUltra-gravity
Waves
Capillarity Waves
Periodo
Energy
Long WavesShort Waves
Fuente: IHCantabría
Onda larga:
https://www.youtube.com/watch?v=yY65OZn3
Aeg Oleaje: https://www.youtube.com/watch?v=A358ugisG aw

13. CLIMA MARÍTIMO: Oleaje
•Crecimiento gobernado por:
•FETCH: Región donde el viento es constante en modulo y dirección
•INTENSIDAD Y DURACIÓN DE VIENTO: Intervalo de tiempo en el que el viento
es constante
•Tamaño limitado Saturación
Puertos y Costas

14. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje
•Dispersión radial y circunferencial:
•Radial: En cada radio se ordenan los periodos. Las olas de mayor T avanzan
más rápido
•Circunferencial: Se produce hacia los laterales, el centro tiene mayor H por
incidencia directa del viento
C=L/T

15. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje
Propagación del oleaje generado
Perdidas de energía
Transferencia de energía entre
frecuencias

16. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado por el viento:
•Teoría lineal de Airy: (Ec. de Navier-Stokes)
–La onda es regular y bidimensional
–Fluido incompresible y los efectos de viscosida d, tensión superficial y turbulencia son
despreciables
–El fondo es profundo y de profundidad constante
–La amplitud de onda es pequeña con rel ación a la longitud de onda y al fondo
Ecuaciones de Navier-Stokes
NO tiene solución analítica
ωt) cos(kx
2
H
ωt) cos(kx a η    

17. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Teoría lineal de Airy:
–Velocidad de las partículas
–Afección del fondo a las ondas
•Aguas profundas
•Aguas someras

18. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Teoría lineal de Airy:
–Supongamos dos ondas de igual H y diferente T
–Celeridad de grupo (Cg)
Fuente: IHCantabría

19. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Resumen de las ecuaciones de la teoría lineal

20. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Energía del oleaje:
–Energía por unidad de área
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0 10203040
H=2m y T=10s
H=2m y T=5s
¿Qué oleaje tiene más energía?
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
0204060
H=2m y T=10s
H=1m y T=10s

21. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Teorías de oleaje diferente a la lineal:
Small Amplitude Waves
Stokes Waves
CnoidalWaves
Solitary Wave
Fuente: IHCantabría

22. CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Propagación a la costa:
H
d
H
0
K
S
K
R
K
D

- Someración (shoaling) Ks
- Refracción (refraction) K
R
- Difracción (diffraction) K
D
- Rotura (breaking)
- Reflexión (reflection)
Diffraction
Refraction
Reflection Breaking
Shoaling
Puertos y Costas

23. K
S

H
H
0

C
g,0
C
g
Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Asomeramiento:
•Acercamiento de la ola a la costa influencia del fondo
–Aumenta el rozamiento celeridad de la onda se reduce
–T permanece contante y H aumenta
•Kscoeficiente de asomeramiento

24. CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Refracción:
•El fondo aumenta reduce la celeridad de en función de la profundidad 
giro del frente del oleaje Ley snell
Kr coeficiente refracción
0 R
H K H 
αcos
αcos
K
0
R

0 0
C
C
αsin
αsin

α
0α
Puertos y Costas

25. CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Difracción:
•El fondo aumenta reduce la celeridad de en función de la profundidad 
giro del frente del oleaje Ley snell
Kr coeficiente refracción
Puertos y Costas

26. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Rotura del oleaje:
Descrestamiento. Pendiente suave, rotura
gradual
Voluta, “en tubo”, oclusión aire
Colapso. Mucha pendiente, rotura brusca
Oscilación. Rotura reflejante, en
oscilación. La pendiente es tan elevada
que no hay rotura

27. Puertos y Costas
CLIMA MARÍTIMO: Oleaje generado viento:
•Rotura del oleaje: Criterios de rotura
0.78
d
H
b
b

(1979) Madsen 1.3 m5 0.8 c c
L
dπ2
tanh 0.14
L
H
m m
b
b
b
b
  








 
irregular) (oleaje Kamphuis e 0.56
d
H
m 3.5
b
b
 
0.14
L
H
b
b

Rotura en profundidad
Rotura en la orilla (McCowan, 1891)