PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO

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1 Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO Anejo nº 11 PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO CONTENIDO 1. PROPAGACIÓN DEL OLEAJE INTRODUCCIÓN DATOS DE PARTIDA... 3 ÁREA DE ESTUDIO... 3 BATIMETRÍA... 4 CARACTERÍSTICAS DEL OLEAJE EN AGUAS PROFUNDAS MODELO NUMÉRICO RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES ANÁLISIS DE LA ROTURA DEL OLEAJE CONCLUSIONES...8 APÉNDICES: APÉNDICE Nº 1. PROPAGACIONES RÉGIMEN EXTREMAL 1

2 Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO CABILDO INSULAR DE TENERIFE ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Definición de las áreas de estudio. Figura 2. Batimetría general para la zona de estudio. Figura 3. Características del oleaje en aguas profundas. Figura 4. Tramos del dique de abrigo Figura 5. Caracterización del oleaje a pie de obra. Figura 6. Caracterización del oleaje a pie de obra (Situación más desfavorable). Figura 7. Hpie a lo largo del dique de abrigo. Figura 8. Secciones de control. Figura 9. Síntesis de resultados de altura de ola significante a pie de dique. Figura 10. Alturas de ola de cálculo definitivas para los distintos tramos de estudio. Figura 11. Características propagaciones. Figura 12. Alineación del dique principal. 2

3 1. PROPAGACIÓN DEL OLEAJE 1.1. INTRODUCCIÓN Mediante el estudio del clima marítimo del área del Puerto de La Cruz se ha obtenido un oleaje de cálculo, dado por sus características en aguas profundas, para el cual van a ser diseñadas las obras de abrigo DATOS DE PARTIDA Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO Los datos de partida de la propagación del oleaje son el área de estudio, la batimetría y las características del oleaje de cálculo en aguas profundas obtenidas en el estudio de clima marítimo. ÁREA DE ESTUDIO Sin embargo, las formulaciones más habituales para el dimensionamiento de las obras de abrigo exigen conocer las condiciones de oleaje a pie de obra y no en aguas profundas. Es necesario pues convertir los valores de aguas profundas de altura de ola significante y período a valores a pie de obra. Esto se logra a través de la propagación del oleaje. En primer lugar debe decidirse el área de estudio que va a utilizarse en las simulaciones de propagación de oleaje. Se trata de elegir un área suficientemente grande como para abarcar toda el área de interés pero suficientemente pequeña como para que las simulaciones se puedan llevar a cabo en lapsos de tiempo razonables. El resultado de propagar el oleaje hasta pie de obra varía con la batimetría, con la dirección en aguas profundas y con el período. Esto se debe principalmente a los fenómenos de asomeramiento y refracción. Por lo tanto, es necesario estudiar las diferentes direcciones de incidencia del oleaje así como los posibles períodos asociados para determinar las condiciones de oleaje de cálculo a pie de obra. La propagación de un oleaje puede realizarse mediante el uso de planos de oleaje o modelos numéricos. Los planos de oleaje son la forma tradicional mientras que los modelos numéricos son lo más común en la actualidad. Las ventajas que los modelos numéricos presentan frente a los planos de oleaje son incontables. A medida que avanza el estado del arte de los modelos numéricos de propagación de oleaje se tienen representaciones más precisas de los fenómenos reales. En este proyecto, por tanto, se ha hecho uso de modelos numéricos para el cálculo de la propagación de oleaje. Debido a que en este estudio se propagan los oleajes de aguas profundas a pie de obra, es imprescindible que en las áreas de estudio elegidas se tengan aguas profundas en el contorno desde el cual se va a realizar la propagación. Se adjunta a su vez una tabla con las características de la zona de actuación con el fin de definirlas inequívocamente. La información presentada en la tabla corresponde a las coordenadas del punto inferior izquierdo del área en la proyección WGS 1984 Complex UTM Zone 28N. El área total es de 98 km 2. Coordenadas UTM X Y , , , , , , , ,21 Figura 1. Definición de las áreas de estudio. 3

4 Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO CABILDO INSULAR DE TENERIFE BATIMETRÍA La batimetría del área de estudio utilizada en este proyecto ha sido construida a partir de datos obtenidos de fuentes diversas. En concreto se ha unido información batimétrica de dos procedencias diferentes. De la Dirección General de Costas se ha obtenido la batimetría, en forma de curvas de nivel, para profundidades de hasta 50 metros con equidistancia cada metro. Para completar la batimetría se ha utilizado información del Instituto Hidrográfico de la Marina que incluye curvas de nivel batimétricas hasta profundidades de alrededor de metros con equidistancia de 50 metros. En la siguiente figura se muestra la batimetría obtenida finalmente a partir de la información disponible. El número total de puntos del litoral de los que se conoce la profundidad es del orden de un millón, con lo que se tiene una batimetría bastante detallada. Figura 2. Batimetría general para la zona de estudio. 4

5 CARACTERÍSTICAS DEL OLEAJE EN AGUAS PROFUNDAS Las características del oleaje en aguas profundas son las halladas en el estudio de clima marítimo para régimen extremal. Se resumen a continuación las características para las diferentes direcciones de estudio. DIRECCIÓN Hs (m) Tp (s) N 8, NNE 8, NE 6, WNW 8, NW 10, NNW 10, Figura 3. Características del oleaje en aguas profundas. Cabe destacar que las condiciones más desfavorables en aguas profundas pueden no ser las más desfavorables a pie de obra. Lo anterior es cierto dada la influencia de la dirección de incidencia, la batimetría y el período del oleaje en la refracción de éste MODELO NUMÉRICO La propagación del oleaje desde aguas profundas hasta pie de obra se ha realizado con la ayuda del software DHI MIKE 21 de modelación costera. Este software proporciona diversos modelos numéricos que sirven para simular fenómenos de flujo y procesos relacionados en áreas costeras y mares. El caso que nos ocupa consiste en simular las condiciones de oleaje que llegarían al Puerto de La Cruz a partir de condiciones de oleaje conocidas en aguas profundas. Existen numerosos fenómenos físicos que influyen en la propagación del oleaje, por lo que se debe elegir un modelo numérico que incluya en los cálculos el mayor número posible de éstos. Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO El modelo seleccionado para llevar a cabo las simulaciones es el MIKE 21 Spectral Wave Module (SW), tanto por la facilidad de su aplicación como por la calidad de sus resultados. MIKE 21 SW es un modelo de viento-olas que describe la propagación, crecimiento y decadencia de olas de períodos cortos y crestas cortas en áreas próximas a la costa. El modelo considera los siguientes fenómenos presentes en la propagación: Refracción. Asomeramiento. Generación local de viento. Disipación de energía por fricción del fondo. Disipación de energía por rotura del oleaje. Interacción ola-corriente. La aplicación de MIKE 21 SW a la batimetría del área de estudio y a las condiciones de oleaje de cálculo permite calcular características del oleaje tales como la altura de ola, el período, la dirección media y las tensiones de radiación entre otros. Las simulaciones permiten hallar el valor de las variables comentadas en cualquier punto del área de estudio RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES Se han realizado simulaciones para las características de oleaje en aguas profundas presentadas en este anejo en condiciones de bajamar, nivel medio del mar y pleamar. De esta forma se tienen simulaciones para cada dirección, altura de ola y período determinados. 5

6 Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO De acuerdo con el objetivo de este estudio de obtener las condiciones de oleaje a pie de obra, se ha dividido el dique de abrigo en tramos coincidentes con sus alineaciones. En la siguiente figura se pueden ver los diferentes tramos considerados. CABILDO INSULAR DE TENERIFE PIE DE TALUD AGUAS PROFUNDAS TRAMO 1 TRAMO 2 TRAMO 3 DIRECCIÓN Hs (m) Tp (s) DIR Hs (m) DIR Hs (m) DIR Hs (m) NW (315º) 10, Ola Rota 339º 10,18 355º 10,40 N (0º) 8, Ola Rota 354º 9,64 0º 9,85 NE (45º) 6, Ola Rota 12º 5,60 19º 5,62 Figura 5. Caracterización del oleaje a pie de obra. Las simulaciones revelan que, como era predecible, las condiciones de oleaje más desfavorables a pie de obra se dan para las propagaciones de los oleajes de cálculo para la dirección de NW. Esto se debe a que las alturas de ola en aguas profundas en estas direcciones son las mayores y a que el oleaje que proviene de estas direcciones se refracta en menor medida. Los resultados de las simulaciones de propagación del oleaje pueden verse a continuación: Figura 4. Tramos del dique de abrigo Así pues, los resultados de las propagaciones se dan en forma de condiciones de oleaje a pie de talud para cada tramo de dique y para pleamar máxima viva equinoccial. Los valores máximos de altura de ola y dirección a pie de obra para cada tramo, obtenidos de las propagaciones, se presentan en las siguientes tablas. 6

7 Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO Figura 7. Hpie a lo largo del dique de abrigo. Figura 6. Caracterización del oleaje a pie de obra (Situación más desfavorable). Los valores que faltan en las tablas corresponden a puntos en que el oleaje se ha difractado y en los que, dado que el modelo numérico no considera el fenómeno de la difracción, no se han obtenido datos fiables. De todas formas, estos valores pueden omitirse en el estudio dado que la difracción conlleva una importante reducción de la altura de ola. A continuación se presentan las alturas de ola significantes a pie de dique a lo largo de la estructura para el temporal de proyecto (dirección NW, Hs = 10,75 metros y Tp = 20 segundos). 2. ANÁLISIS DE LA ROTURA DEL OLEAJE Una vez obtenidas las condiciones de oleaje propagadas desde aguas profundas a pie de obra mediante el modelo numérico elegido, se procedió a realizar una comprobación con el modelo IH2VOF. El estudio que se ha llevado a cabo consiste en determinar la altura de ola que rompe contra la estructura en algunas secciones para comprobar que los resultados del modelo son correctos y en su defecto para calibrarlo. Además también se ha realizado un estudio de rotura mediante el método relativo 2 de Juan Antonio Afonso apoyándonos con las propagaciones realizadas con el MIKE 21 para ejecutar las iteraciones correspondientes. Las secciones de control se describen en la siguiente figura. 7

8 Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO CABILDO INSULAR DE TENERIFE 3. CONCLUSIONES Una vez analizados los resultados obtenidos con el MIKE 21 SW, el IH2VOF y el método relativo 2 tanto en la propagación como en la rotura del oleaje las consideraciones a tener en cuenta son las siguientes: - Los resultados obtenidos con el MIKE 21 SW son coherentes con los datos de partida y se puede comprobar la correcta simulación del fenómeno de rotura. - El IH2VOF se ha usado para determinar la altura de ola en rotura que rompe en el pie de la estructura de defensa. - Las iteraciones del método relativo 2 han sido complementadas con los datos de las propagaciones en MIKE 21 SW. Cabe destacar que en la zona del morro nos encontramos en la situación de NO ROTURA. Figura 8. Secciones de control. Los valores de altura de ola en rotura sobre los pies de talud en las diferentes secciones de control son los siguientes: MODELO NUMÉRICO MODELO ESTADÍSTICO AGUAS PROFUNDAS MIKE 21 SW IH2VOF MÉTODO RELATIVO 2 SECCIÓN CONTROL 1 8,70 m 8,42 m 8,72 m SECCIÓN CONTROL 2 10,08 m 9,82 m 9,98 m Los resultados obtenidos son parecidos con los 3 métodos en cada sección de control. La altura de ola significante media, para el caso más desfavorable, a lo largo del dique es de 9,55 metros. Este valor será el utilizado para el dimensionamiento del dique de abrigo. TEMPORAL DE PROYECTO Dirección NW Hs (m) 9,55 Tp (s) 20 Figura 10. Alturas de ola de cálculo definitivas para los distintos tramos de estudio. SECCIÓN CONTROL 3 9,95 m 9,96 m 10,02 m Figura 9. Síntesis de resultados de altura de ola significante a pie de dique. 8

9 Anejo nº 11. PROPAGACIÓN Y DETERMINACIÓN DEL OLEAJE DE CÁLCULO. APÉNDICE Nº 1. PROPAGACIONES RÉGIMEN EXTREMAL

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11 A continuación se presentan las propagaciones más relevantes de este proyecto que son las siguientes: Dirección Hs (m) Tp (s) Nivel de mar NW 10,75 20 Pleamar NW 10,75 20 Bajamar NNW 10,16 20 Pleamar NNW 10,16 20 Bajamar WNW 8,85 19 Pleamar WNW 8,85 19 Bajamar N 8,62 19 Pleamar N 8,62 19 Bajamar NNE 8,15 17 Pleamar NNE 8,15 17 Bajamar NE 6,88 17 Pleamar NE 6,88 17 Bajamar Figura 12. Alineación del dique principal. Figura 11. Características propagaciones. Para cada temporal en aguas profundas se presentan los siguientes resultados: - Gráfico de isolíneas. - Vectores de dirección del oleaje. - Alturas de ola significantes a pie de dique a lo largo del dique principal. Las divisiones del dique principal son las siguientes: 1

12 CABILDO INSULAR DE TENERIFE 2

13 3

15 5

17 7

19 9

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23 13