Problemas de Ingeniería Portuaria y Costera. Luís Aragonés Pomares Isabel López Úbeda

Transcripción

1 Problemas de Ingeniería Portuaria y Costera Luís Aragonés Pomares Isabel López Úbeda

2 La presente edición ha sido revisada atendiendo a las normas vigentes de nuestra lengua, recogidas por la Real Academia Española en el Diccionario de la lengua española (2014), Ortografía de la lengua española (2010), Nueva gramática de la lengua española (2009) y Diccionario panhispánico de dudas (2005). Problemas de Ingeniería Portuaria y Costera Luis Aragonés Pomares Isabel López Úbeda ISBN: Depósito legal: A Edita: Editorial Club Universitario Telf.: C/ Decano, n.º San Vicente (Alicante) ecu@ecu.fm Printed in Spain Imprime: Imprenta Gamma Telf.: C/ Cottolengo, n.º San Vicente (Alicante) gamma@gamma.fm Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de este libro puede reproducirse o transmitirse por ningún procedimiento electrónico o mecánico, incluyendo fotocopia, grabación magnética o cualquier almacenamiento de información o sistema de reproducción, sin permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright.

3 ÍNDICE Capítulo 1. Aproximación teórica de las ondas en el mar...7 Capítulo 2. Equipos y sistemas registradores de oleaje...17 Capítulo 3. Descripción estadística del oleaje...25 Capítulo 4. Caracterización del oleaje a partir del viento...51 Capítulo 5. Asomeramiento, refracción, difracción y reflexión...91 Capítulo 6. Caracterización de obras marítimas (ROM 0.0) Capítulo 7. Diques en talud Capítulo 8. Diques verticales Capítulo 9. Dragado costero Capítulo 10. Dinámica litoral (perfil de equilibrio y profundidad de cierre) Capítulo 11. Diseño en planta de una playa Referencias...179

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5 CAPÍTULO 1

6 PROBLEMA 1 Dadas las siguientes dos ecuaciones de la teoría lineal de ondas o teoría de Airy: TT ππ dd LL ππ LL ωω kk kk dd Donde L La longitud de onda (m) g La aceleración de la gravedad (9.81 m/s) T El período del oleaje (s) d La profundidad en el punto donde se quiere calcular la longitud de onda (m) k El número de onda (m -1 ) ω La frecuencia angular Se pide: Son ambas ecuaciones equivalentes? 8

7 SOLUCIÓN: Por la teoría lineal, sabemos que: El número de onda es: kk ππ LL Y la frecuencia angular es igual a ωω ππ TT. Si sustituimos estas equivalencias en la segunda ecuación, obtenemos: ππ TT ππ LL ππ LL dd Operando y despejando L de esta ecuación, obtenemos: LL gg ππ TT ππ ππ LL dd Simplificando la última ecuación, llegamos a la equivalencia buscada: TT ππ dd LL ππ LL 9

8 PROBLEMA 2 Una ola con un período T = 12,5 s se propaga hacia la orilla sobre un fondo de pendiente uniforme desde una profundidad d 1 = 220 m hasta una profundidad d 2 = 3,5 m, pasando por una profundidad de d 3 = 10 m. Calcula las celeridades c 1 y c 2 y las longitudes de onda L 1, L 2 y L 3, correspondientes a las profundidades d 1, d 2 y d 3. Para el caso de d 1 = 220 m, se pide: a) Si el período fuese T = 5 s, nos encontraríamos en aguas indefinidas a esa profundidad? b) Y si fuese T = 15 s? c) Período a partir del cual dejamos de estar en aguas profundas. d) Si el período es T = 10 s, cuál es la profundidad a partir de la cual dejamos aguas profundas y entramos en aguas intermedias? e) Para ese mismo período, cuál es la profundidad a partir de la cual entramos en aguas reducidas? 10

9 SOLUCIÓN: Se parte de una premisa y es que, según la teoría lineal, el período no se modifica según la profundidad en la que nos encontremos. Profundidad d 1 = 220 m Puesto que no conocemos la longitud de onda, no podemos conocer la condición de las aguas en las que se encuentra. Por lo que supondremos que se encuentra en aguas profundas y luego comprobaremos dicha condición. TT LL oo ππ mm ππ Comprobamos la condición de aguas profundas dd LL dd LL Nos encontramos en aguas profundas, por lo que L 1 = 243,95 m. Calculamos ahora la celeridad: cc LL TT cc mmss Profundidad d 2 = 4 m Comprobamos la condición de aguas profundas empleando la profundidad d 2 = 4 m y la longitud de onda del apartado anterior L 1 = 243,95 m. dd LL No se cumple la condición de aguas profundas. Dada la pequeña profundidad a la que nos encontramos (d 2 = 4 m), supondremos que nos encontramos en aguas reducidas. 11

10 LL TT dd LL mm Comprobamos la condición de aguas reducidas dd LL dd LL Nos encontramos en aguas reducidas, por lo que L 2 = 73,25 m. Calculamos ahora la celeridad: Profundidad d 3 = 10 m cc LL TT cc mmss Comprobamos la condición de aguas profundas dd LL dd LL No se cumple la condición de aguas profundas. Suponemos que nos encontramos en aguas reducidas y calculamos LL TT dd LL mm Comprobamos la condición de aguas reducidas dd LL dd LL Tampoco nos encontramos en aguas reducidas, por lo que con un período de 12,5 s a 10 m de profundidad nos encontramos en aguas intermedias. Calculamos la longitud de onda, podemos hacerlo empleando la teoría lineal (teoría de Airy) o la aproximación de Fenton y McKee (1989). 12

11 Teoría lineal: LL TT ππ ππ dd LL LL ππ ππ LL LL mm Aproximación de Fenton y McKee (1989): LL LL oo ωω dd LL mm ωω ππ TT ππ Calculamos la celeridad: cc LL TT cc mmss La longitud de onda para todas las profundidades podría haberse calculado empleando la expresión de la longitud de onda de la teoría lineal (teoría de Airy) o la aproximación de Fenton y McKee (1989). Sin embargo, se ha considerado oportuno emplear el procedimiento para que el lector se familiarice con todas las expresiones. Apartado a) Suponemos que nos encontramos en aguas profundas, así que calculamos la longitud de onda y comprobamos. TT LL oo ππ mm ππ Comprobamos la condición de aguas profundas dd LL dd LL Nos encontramos en aguas profundas. 13

12 Apartado b) Procedemos igual que en el apartado anterior: TT LL oo ππ mm ππ Comprobamos la condición de aguas profundas dd LL dd LL Nos encontramos en aguas profundas. Apartado c) Para dejar de estar en aguas profundas L < 2 d, por tanto, L < = 440 m. Si despejamos el período de la ecuación TT LL oo ππ nos queda que: TT ππll ππ ss A una profundidad de 220 m para períodos T > 16,79 s no estaremos en aguas intermedias. Apartado d) Para dejar las aguas profundas d < L, por lo tanto dd TT ππ ππ mm 14

13 Para un período de T = 10 s, dejamos las aguas profundas para profundidades d < 78,07 m. Apartado e) Para dejar las aguas intermedias y entrar en aguas reducidas d < L, por lo tanto dd TT TT dd dd mm Para un período de T = 10 s, entramos en aguas reducidas para d < 2,45 m. 15

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15 CAPÍTULO 2

16 PROBLEMA 3 A partir de los datos de oleaje de la boya de Cabo de Palos (2610) proporcionados por Puertos del Estado. Empleando el programa Carol v. 1 (Universidad de Cantabria), se pide: a) Obtener la altura de ola H s,12 y su período asociado para cada una de las direcciones del oleaje, así como la probabilidad de ocurrencia de esta.las rosas del oleaje de la altura de ola y el período. b) Las curvas de distribución en régimen medio (altura de ola y período). c) Y las curvas de distribución en régimen extremal (altura de ola y período). 18

17 SOLUCIÓN: Lo primero que debemos hacer con el archivo que nos proporciona Puertos del Estado es abrirlo y guardarlo como archivo txt. Luego, debemos tratar los datos con Excel antes de utilizar el Carol, para ello seguimos los pasos: 1. Abrir Excel Pestaña Datos Obtener datos externos Desde texto. 2. Asistente para importar texto: a. Tipo de archivos Delimitados; Siguiente. b. Separadores Tabulación y espacio; Siguiente. c. Avanzadas Separador de decimal punto; Aceptar y Finalizar. 3. Eliminar las filas de texto anteriores a los datos y, si queda alguna columna sin datos al principio, también. 4. Filtrar por la columna de altura significante, período y dirección y eliminar los datos nulos o no disponibles (normalmente aquellos que pone 999 o ). 5. Apuntar el número de las columnas que nos interesan, altura de ola, dirección media, período, etc. 6. Guardar como Libro de Excel Una vez tenemos los datos filtrados, debemos utilizar el programa Surfer para guardarlo en archivo tipo dat para poder abrirlo con el Carol. 7. Abrir el Surfer Abrir el Excel guardado. 8. Si hemos dejado alguna fila vacía o con texto antes de los datos, eliminarla. 9. Guardar como tipo: dat Data (.dat) Data export options Space OK. Saldrá el mensaje de se perderá formato, Aceptar, Cerrar. Una vez que tenemos el archivo guardado como dat, ya podemos procesar la información con el Carol. 10. Obtener los descriptores básicos de alguna variable SÍ. Indicamos cuál y la columna en la que se encontraba, tras varios gráficos nos preguntará si se trata de una variable direccional; en caso de ser así, indicamos en qué columna se encuentran las direcciones. Obtener los descriptores básicos de alguna otra variable; si tenemos más variables, elegimos Sí y repetimos los pasos anteriores; en caso contrario, elegimos No. 11. Obtener el Régimen medio de alguna variable SÍ.Indicamos cuál y la columna en la que se encontraba. 19

18 Probabilidad de ajuste inicial y final, podemos dejarlo por defecto o cambiarlo. Tras varios gráficos, nos dirá se propone como mejor ajuste la Distribución Es correcto? SÍ, saldrá otro gráfico y nos volverá a preguntar Obtener el Régimen medio de alguna otra variable; si tenemos más variables, elegimos Sí y repetimos los pasos anteriores; en caso contrario, elegimos No. 12. Obtener el Régimen Extremal de alguna variable SÍ.Indicamos cuál y la columna en la que se encontraba. Método extremal Máximos anuales. Distribución de ajuste Gumbel de máximos. Tras varios gráficos, nos preguntará si tenemos más variables, elegimos Sí y repetimos los pasos anteriores; en caso contrario, elegimos No. Apartado a) Estos datos los obtenemos a partir de los descriptores básicos del Carol, al indicar que la altura de ola es una variable direccional, nos proporciona directamente la probabilidad de cada dirección, así como distintas alturas de ola, entre ellas, la Hs,12 (Figura 3.1). Si hacemos lo mismo con el período, obtenemos también los períodos asociados a la altura de ola (Figura 3.2). Figura 3.1. Alturas de ola y probabilidad de ocurrencia por dirección. 20

19 Figura 3.2. Períodos pico asociados a las alturas de la Figura 3.1 y probabilidad por dirección. Apartado b) Al mismo tiempo que el programa nos proporciona las tablas de las Figuras 3.1 y 3.2, también nos proporciona las rosas del oleaje. Figura 3.3. Rosa del oleaje para la altura de ola. 21