José A. Jiménez Laboratori d Enginyeria Marítima

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Lucas Sevilla Soto
hace 6 años
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1 Transporte Longitudinal José A. Jiménez Laoratori d Enginyeria Marítima ETSECCPB Universitat Politècnica de Catalunya

2 Transporte de sedimento (tipos) Arrastre de fondo (ed load): contacto entre granos - fondo Suspensión (suspended load): granos en suspensión en la columna de agua mantenidos por movimiento hacia arria Sheet flow: capa densa en movimiento en el fondo

3 q s h U ( zczdz ) ( ) z a

5 Deep water The Wave Route Wave shoaling Wave reaking Wave run-up

6 Cell Circulation Horizontal Structure Vertical Structure

7 Small Incident Wave Angle Shore Rip Current Longshore Current Rip Current Undertow Incident Waves Offshore Bar Undertow

8 Large Incident Wave Angle Shore Longshore Current Incident Waves

9 Transport Mechanisms Beach Drifting Uprush Zone Breaking Zone Bed and Suspended Load in Breaking Zone

drag on flow = (2) y f m l v (Longuet-Higgins 1970) l * 5 tan gd sin cos 16 C f v

10 (1) = (2) Longshore Currents & Olique Breaking Waves 1 Sxy d x n 2 Sxy Ensin cos gh cos sin 8 Longshore component of wave forcing = (1) where 2 R C u v Frictional drag on flow = (2) y f m l v (Longuet-Higgins 1970) l * 5 tan gd sin cos 16 C f v 2.7u sin cos α lmid m (Komar and Inman 1970) v l V L = 20.7m gh sin 2 (Kamphuis)

11 Corriente longitudinal Incidencia olicua del oleaje en rotura

12 TRANSPORTE TRANSVERSAL CAMBIOS EN PERFIL CAMBIOS ESTACIONALES (reversiles nat.) CORTO PLAZO UNDERTOW + otros TRANSPORTE LONGITUDINAL CAMBIOS EN PLANTA CAMBIOS PERMANENTES (irreversiles nat.) MEDIO-LARGO PLAZO CORRIENTE LONGITUDINAL

13 Donde tendremos más prolemas? m3/a m3/a A B TRANSPORTE ENGINYERIA MARITIMA LONGITUDINAL 2008/09

14 A Sl in = m3/a Sl out = m3/a V = 0 Sl in = Sl out B Sl in = m3/a Sl out = m3/a Sl in =Sl out V = 0 A B TRANSPORTE ENGINYERIA MARITIMA LONGITUDINAL 2008/09

15 Camios en planta o desplazamientos de la línea de orilla NO son producto del transporte longitudinal sino del GRADIENTE en el transporte longitudinal a lo largo de la costa X Y Sl in x Sl tt yy Sl out

16 m m m m3 A B

18 Camios en planta Una vez existe un elemento que genera un gradiente dado que los camios inducidos son proporcionales a éste cuanto MAYOR sea la tasa de transporte MAYOR será el gradiente MAYORES serán los prolemas x Sl t y

19 W1 S neto = S1 - S2 S1 S2 S ruto = S1 + S2 W2

20 Examples of shoreline change: Blocking of transport y groyne/headland Basic process: shoreline under olique wave attack tends to adjust 1) to an orientation parallel to wave crests or 2) normal to wave propagation direction

29 FORMULAS DE (tomada de van Rijn 2004) q sc es(1 e) u ws s g cos tan u 1963 Komar y Inman (1970) CERC (1984) Engelund - Hansen (1967) Ackers - White (1973) Bijker (1981) Van Rijn (1981) Fredsoe y Deigaar (1981) Bowen (1980) Komar (1988) Kamphuis (1991) Bailard (1981) Van Rijn (2001) Haas y Hanes (2004) Damgaard y Soulsy (1996) Rierink (1998) Watanae (1992)

31 Horikawa (1987)

33 Ojetivo general Presentación del método de evaluación del transporte longitudinal de forma integrada más conocido y ampliamente utilizado i.e. la fórmula del CERC. Ojetivo docente Adquirir un conocimiento de las ases que rigen el desarrollo de dicha fórmula las hipótesis de partida el rango de aplicación sus limitaciones y como solventarlas mediante su caliración.

34 Munch-Peterson 1938 Eaton 1950 Watts 1953 Caldwell 1956 Savage 1962 Inman-Bagnold 1963 BEB 1966 Komar-Inman 1970 CERC 1977 CERC1984 HIPOTESIS DE PARTIDA Transporte de sedimento se puede evaluar en función de una variale representativa del oleaje en rotura componente longitudinal del flujo de energía Pl

35 El transporte de sedimento I viene dado por la relación I K Pl Todas las variales del oleaje vienen dadas por teoría lineal y son evaluadas en rotura

36 El flujo de energía P viene dado por la relación P 1 ( E Cg ) g 8 H 2 C g donde si se utiliza la aproximación de aguas someras para la velocidad de grupo Cg = (g h) 0.5 y asumiendo que la rotura viene definida por (H/h) = P ( E Cg ) g H 8

37 Este flujo de energía viene dado por m de frente de onda que si lo convertimos a flujo de energía por m de línea de orilla olas incidentes P 1 2 g H C g g cos 1 m P Pl = P cos sen gg HH P cos P cos línea de rotura 1 m costa

38 Puesto que lo que se intenta evaluar es el transporte longitudinal el método utiliza la componente longitudinal de este flujo de energía por m de línea de orilla g gh H 2 Pl P P 1 C g Cg g cos sen P g g H H cos sen 8 Pl 1.0 con un poco de trigonometría 0.6 sen cos = 0.5 sen (2 ) sen (2 ) 0.8 Pl Pl g H C sen2 g g H 16 sen

39 Al relacionar la tasa de transporte de sedimento medido I vs la variale representativa del oleaje Pl encontraron que la relación era lineal del tipo I K Pl

40 Donde K es una constante de caliracion adimensional por lo que la tasa de transporte t de sedimento I viene dada d en las mismas unidades que Pl [N/s] es lo que se denomina tasa de transporte en peso sumergido. Si la convertimos a unidades mas utilizales tenemos Sl K g 1 p s Pl [m 3 /s] donde s densidad del sedimento (2650 Kg/m 3 ) densidad del agua de mar (1025 Kg/m 3 ) g aceleración de la gravedad (9.81 m/s 2 ) p porosidad del sedimento ( )

41 Dada la expresión otenida es claro que la fiailidad de esta depende cuan fiale sea el valor de K. Prolemas de la formula Inherentes a su definición. No tiene en cuenta variales que potencialmente pueden Afectar al transporte de sedimento. Formula empírica.

42 PROBLEMAS DE LA FORMULA (1) Inherentes a su definición: Formula integrada No da información de cómo se distriuye el transporte de sedimento. Válida para aquellos casos en que el estudio no necesite conocer la distriución de éste a través del perfil de playa e.g. Intercepción del transporte por parte de ostáculos integrales (diques largos). Prolema solule aplicando a la tasa de transporte calculada alguna función de repartición del transporte.

43 PROBLEMAS DE LA FORMULA (2) No tiene en cuenta variales que potencialmente pueden Afectar al transporte de sedimento : Tamaño de sedimento la fórmula predice el mismo transporte ajo la acción de un mismo oleaje en playas con tamaños de sedimento diferentes. Algunos autores afirman que no existen datos que demuestren una dependencia de K con el tamaño de grano cuando la fórmula es aplicada al rango de arenas (e.g. Komar 1998). Válido para el rango de sedimento tipo arena (0.15 mm 1 mm). Otros autores afirman que si existen datos que demuestren una dependencia d de K con el ltamaño de grano cuando la fórmula es aplicada al rango de arenas (e.g. del Valle et al. 1993).

45 PROBLEMAS DE LA FORMULA (3) Características de la playa Tipo de rotura del oleaje La fórmula predice el mismo independientemente del tipo de rotura del oleaje el cual influirá en las características de la hidrodinámica de la zona donde se verifica el transporte.

46 CERC - CUANTO VALE K? - Dn 50 (mm) K=0.77 (Komar y Inman 1970) Fuente K original con H rms Watts (1953) ( ) Caldwell (1956) ( ) Moore y Cole (1960) K=0.7 (Komar 1998) con H rms Komar y Inman (1970) ( ) Lee (1975)? 0.42 ( ) Knoth y Nummedal (1977)? 0.62 ( ) Inman et al. (1980) ( ) K=0.29 (Komar 1998) con H s Duane y Janes (1980) (distriución de tipo Bruno et al. (1981) ( ) Rayleigh teoría lineal e Dean et al. (1982) ( ) índice de rotura). Dean et al. (1987) ( ) 09)

47 CUANTO VALE K? Si utilizamos H s como dato de partida K dee ser modificada Sl ~ K H 2.5 Sl ~ K rms H rms 2.5 Sl ~ K H 2.5 s s Asumiendo una distriución de alturas Rayleigh H s = H rms Sl ~ K s H s 2.5 ~ K s (2 0.5 H rms ) 2.5 ~ K s 2.38 H rms 2.5 K s 2.38 H rms 2.5 = K rms H rms K s = K rms / 2.38 = 0.7 / 2.38 = 0.29 s rms rms rms s rms K = d mm

48 EXPRESIONES PARA K VARIABLE PARAMETRICAMENTE Expresión general para K propuesta por Bailard ( ) u 2 K sen (2 ) w f u 2 gh 2.5 w f 20.5 cm/s 02º 0.2º 15º 0.33 u 2.83 m/s

49 FORMULA DESARROLLADA POR KAMPHUIS (1991) FORMULA DE KAMPHUIS / QUEENS ( ) INTEGRADA SIMPLE Y DEPENDIENTE DE PARAMETROS RELEVANTES QUE DEFINEN EL PROBLEMA A RESOLVER FORMULA DERIVADA A PARTIR DE ANALISIS DIMENSIONAL PUNTO DE PARTIDA m D t z y x g h H T f Q s s PUESTO EN FUNCION DE PARAMETROS ADIMENSIONALES H T - h / 2 m H D T t H z H y H x T H H h H gt T H Q s s Q / / / 2 2 3

50 LA EXPRESION SE PUEDE SIMPLIFICAR (SIN PERDIDA DE INFORMACION SIGNIFICATIVA) ELIMINANDO ALGUNAS VARIABLES DE ACUERDO A LAS SIGUIENTES HIPOTESIS h/h ES DEFINIDO POR LA ROTURA Y NO ES UNA VARIABLE ZONA TURBULENTA LA VISCOSIDAD NO ES IMPORTANTE FORMULA INTEGRADA COORDENADAS ESPACIALES NO IMPORTANTES FORMULA PROMEDIADA EN EL TIEMPO t/t NO ES NECESARIO SS CO S C ( O ) SCO CO S EN LAS SITUACIONES A APLICAR (NORMALMENTE) LAS CONDICIONES SON AGUA/ARENA POR LO QUE s / ES CONSTANTE D t h T Q / 2 m H D T t H z H y H x T H H h H gt T H Q s s Q / / / 2 2 3

51 ADICIONALMENTE SE IMPONEN LAS SIGUIENTES CONDICIONES SIGUE UNA RELACION TIPO CERC Y LA DEPENDENCIA DEL ANGULO ES FUNCION DE sen 2 LA PENDIENTE DE LA PLAYA m SE DEFINE COMO h /X EL TERMINO gt 2 / H es PROPORCIONAL AL PERALTE DEL OLEAJE L/H LA ALTURA DE OLA A USAR ES Hs Y EL PERIODO DEL OLEAJE ES Tp CON TODAS LAS HIPOTESIS LA FORMULA QUEDA COMO H Q H s q H K m L op d s s 3 s / Tp 50 p r sen s 2

52 PARA OBTENER LA FORMULA DEFINITIVA LOS VALORES DE LOS EXPONENTES p q r s SE DETERMINAN A PARTIR DE UN AJUSTE FRENTE A DATOS DE TRANSPORTE mínimo óptimo máximo p q r s la tests field data la+field ' ' ' x 68% puntos se sitúan en ±

53 EN kg/ s 1.25 Q H s s 0.75 H s K m 3 H s / T p L op d sen EN m 3 / hora Q s 7.3H 2 s T 1.5 p m 0.75 d sen EN m 3 / año Q s H s Tp m d sen 0.6 2

54 CERC vs KAMPHUIS Kamphuis ) 1.0 Kamphuis T=9 2.0 sen (2 ) CERC Sl T / Sl 1.0 CERC Tp (s) 1.4 m / Sl m=0.05 Sl 1.0 Kamphuis CERC Sl d / Sl d= Kamphuis CERC m d 50 (mm)

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