Hidrodinamica Zona Rompientes

Hidrodinmica en la zona de RompientesHidrodinmica en la zona de Rompientes

Oscilaciones en la zona de rompientesOscilaciones en la zona de rompientes

Zonas en las playas

Transformacin del oleaje y disipacin

Rgimen oscilatorio en playas

Distribucin frecuencial de las ondas en el ocano

Rgimen de oleaje (Zonas de propagacin)

Rgimen infragravitatorio

Ondas de Cizalla

INDICE

INTRODUCCIN A LA INGENIERA DE COSTAS TEMA 2. Hidrodinmica en la zona de rompientes

1- Duna 2- Berma de invierno 3- Escarpe 4- Berma de verano 5- Borde de la berma 6- Frente de playa 7- Escaln

8- Canaleta de bajamar 9- Barra creciente 10- Seno de la barra 11- Cresta de la barra 12- Bajamar 13- Pleamar 14- Zona litoral

15- Playa sumergida 16- Playa emergida 17- Zona intermareal 18- Playa seca 19- Terraza de bajamar

1

2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13

14

15 16

17 18

19


4- Zona de asomeramiento 5- Zona de rotura 6- Zona de rompientes 7- Zona de ascenso-descenso 8- Punto de rotura 9- Bore

1- Rodillo 2- Set-down 3- Set-up

1 2 3 4

5 6 7 8

9

Figura 11. Definiciones y zonacin relativa a la dinmica de las playas 2D.


difraccin refraccin

reflexin

rotura

Procesos de propagacin

asomeramiento

Ola-corriente refraccin-difraccin


propagacin

Asomeramiento:

Problema bidimensional en fondo variableVariacin de la altura de ola y de la longitud de ondaConservacin del flujo de energaSin reflexin en el fondoSin variacin de la energa (disipacin o adicin)


propagacin del oleaje

Refraccin:

Problema 2-DH para fondo variable y corrientes

A medida que las olas se acercan a la costa, la parte del frente en menor profundidad se propagaa menorLa parte en mayores profundidades contina a suceleridad originalSe genera refraccnLos frentes tienden a ponerse paralelos a la costaLa energa se conserva entre ortogonales o rayosLa energa se concentra en cabos y se dispersaen bahas


propagacin del oleajeRefraccin:

Variaciones de altura y nguloConservacin del flujo de energa (H)Ley de Snell (incidencia)Irrotacionalidad del nmero de ondaTeora del rayo



Difraccin:

Proceso bidimensional 2DH en profundidad constante en presencia de un obstculoVariaciones de la altura de ola y del ngulo de incidenciaTeora de la difraccin



Refraccin-Difraccin:Fondo irregular.Difraccin debido a grandes variaciones de altura de ola producidas en la refraccinEcuacin de la Mild-slope (pendiente suave)

Ecuacin elptica: puertos y reas semi-encerradas

Aproximacin parablica: reas abiertas

Ecuaciones de Boussinesq


Playa Disipativa (rotura en spilling)

INGENIERA OCEANOGRFICA TEMA 8. Procesos Morfodinmicos Costeros

MORFODINMICA EN PERFIL

INGENIERA OCEANOGRFICA TEMA 7. Hidrodinmica en la zona de rompientes

Caractertsticas medias del oleaje


Playa Reflejante (rotura en descrestamiento)






Playa Reflejante (rotura en colapso)






Figura 6. Tipos de rotura.


Figura 1.7. Tipos de rotura.

Tipos de rotura

Tan(H/Lo)0.5

Ir =

Perfil de playa disipativo

Perfil de playa reflejante



Criterio Rotura

Hb = ? hb


Criterios para oleaje regular que no consideran la pendiente de la playa.

Uno de los criterios de rotura mas ampliamente empleado es el dado por Miche (1951). Esta formulacin utiliza la teora lineal, asumiendo que el ngulo de la superficie libre en la cresta no puede superar un va lor lmite de 120. El criterio de

rotura se expresa mediante:

Lh20.142=

LH

b

b

b

b ptanh

Otro criterio de rotura muy extendido por su simplicidad se obtiene asumiendo que la rotura del oleaje sobre playas de pendiente muy suave se puede asimilar a la rotura de una onda solitaria. El criterio de rotura para una onda solitaria, dado por McCowan (1891) es:

0.78=hH

b

b

Criterios de rotura para oleaje regular que consideran la pendiente de la playa.

Goda (1970) recopil y analiz datos obtenidos por otros investigadores. Como puede verse el criterio de rotura de Goda permite alturas de ola relativas a la profundidad mayores que el criterio de Ostendord y Madsen. Una formulacin que aproxima las curvas de Goda con un mximo de un 10% de error viene dada por la expresin:

-- ) 15+(1

Lh1.5 1 0.17 =

LH

0

b

0

b bp

tanexp 34


El criterio de rotura de Ostendorf y Madsen incluye tambin la pendiente b de la playa y se expresa por:

0.1 < ; L

h)2 5+(0.8 0.14 =

LH

b

b

b

b bpb

tantan

tanh

0.1 > ; L

h2.6 0.14 = LH

b

b

b

b bp

tantanh

donde la longitud de onda en el punto de rotura, Lb se calcula a partir de la relacin de dispersin de la teora lineal, utilizando el perodo de la onda y la profundidad en rotura.

Mediante la combinacin de las formulaciones para el asomeramiento indicadas en el apartado anterior y un criterio de rotura, es posible determinar las condiciones de altura de ola, profundidad y situacin del punto de rotura, conocidas las condiciones del oleaje en profundidades indefinidas y la pendiente de la playa.

donde los smbolos empleados son los siguientes: Hb = altura de ola en rotura db = profundidad en rotura L0 = longitud de onda en profundidades indefinidas H0 = altura de ola en profundidades indefinidas m = pendiente media de la zona de rompientes (m = tan b) Lb = longitud de onda en rotura


Figura 8. Comparacin de varios criterios de rotura de oleaje regular.


Figura 9. Variacin de la altura de ola sobre una playa de pendiente constante segn el modelo DDD.


Figura 10. Comparacin entre la altura de ola significante obtenida mediante un modelo de simulacin ola a ola y los datos medidos.


Figura 11b. Evolucin del espectro en la zona de rompientes

Figura 11a. Comparacin de un espectro medido en el punto de rotura con el ajuste TMA


Figura 12: Evolucin de la altura de ola en la zona de rompientes con el modelo de Andersen y Fredsoe (1983). Datos medidos de Horikawa y Kuo (1966).


Figura 13. Comparacin de la evolucin de los parmetros de altura de ola Hrms, Hs y H1% calculados mediante la distribucin de Mndez et al. (2004) y datos medidos.


Figura 4. Variacin del coeficiente de asomeramiento con la profundidad relativa y con el peralte del oleaje, segn la aproximacin de Shuto (1974) y con teora lineal.


F1 = F2 Equilibrio fuerzas hidrostticas (no hay movimiento)F2F1

5

F2F1

5

H1 H2

F1DF2D

F2F1

5

H2

F1DF2D

H1

Hidrodinmica de la playa


Caractersticas medias del oleaje

F1 + F1D > F2 + F2D?F


Figura 1. Esquema para la definicin del asomeramiento

Fxo = Fxi


rgHo2Cgo = r gH2Cg

Figura 1. Esquema para la definicin del asomeramiento


c0 / sen a0 = c / sen a,

H = Kr Ks Ho

Kr = ( cos a / cos a0 )1/2 .

k= 2p / Lo

Co= Lo / T = s / kLo = gT2tanh(kho)

2p

ASOMERAMIENTO

Figura 2. Variacin del coeficiente de asomeramiento con la profundidad relativa para teora lineal (lnea llena inferior) cnoidal de 1er orden (lnea de trazos) y no lineal alto orden de Stiassnie and Peregrine (1980) (linea llena).


Figura 3. Comparacin del asomeramiento dado por las teoras lineal, cnoidal de 1er orden y no lineal con datos experimentales.



Que elementos dinmicos (energa) se tienen en la costa?

Cuales son los mas importantes desde el punto de vista

energtico?

DINMICA MORFOLOGA



Tormentas, tsunamis

VientoSol, luna

Frecuencia (ciclos por segundo)

24 h 12 h 5 min 30 s 1 s 0.1 s

Fuerza de Coriolis

Gravedad

Tensin superficial

Principal fuerza restauradora

Principal fuerza generadora

Onda supramareal Onda de largo perodo

Tipo de onda

Ondas infragravitatoria

Ondas de gravedad

Ondas de ultragravedad Ondas capilares

Perodo

Ene

rga

Tormentas, tsunamis

VientoSol, luna

Frecuencia (ciclos por segundo)

24 h 12 h 5 min 30 s 1 s 0.1 s

Fuerza de Coriolis

Gravedad

Tensin superficial

Principal fuerza restauradora

Principal fuerza generadora

Onda supramareal Onda de largo perodo

Tipo de onda

Ondas infragravitatoria

Ondas de gravedad

Ondas de ultragravedad Ondas capilares

Perodo

Ene

rga




Dinmica de corrientesen una playas

Playa del Rompido

Tin= 6, Tola=12s,

U=0.95m/s




U(t) = U + Uin + Uola

U

t

+

Uin

t

30< Tin < 300s

+

Uola

3< Tola < 30s




U(t) = U + Uin + Uola

Esto cambia dependiento del tipo de playa

Playas Disipativas Playas reflejantes

Importante:Transporte arena qs~ U3 U5 (cambios morfolgicos)

DINMICA MORFOLOGA




Estados Morfodinmicos en playas

Barra y seno longitudinal

Barra y playa rtmica

DisipativaBarra y corriente de retorno transversal

Terraza de bajamar

Reflejante




Playa Disipativa

U/Us

Movimiento de arena lo domina infragravitatoria (qs~ U3 U5))

30< Tin < 300s

3< Ts < 30s




Playa Reflejante

U/Us

Movimiento de arena lo domina ola y subarmnicos (qs~ U3 U5))

Tsub ~ 2 Ts

3< Ts < 30s



Rgimen de oleaje

Rgimen de Oleaje (3

Rgimen de OleajeINTRODUCCIN A LA INGENIERA DE COSTAS TEMA 2. Hidrodinmica en la zona de rompientes

? = a *sen(kx -s t)

K= 2p / Los = 2p / T

Co= Lo / T = s / Kho

Lo

a

hx

Co

Lo = gT2tanh(Kho)2p

Co, Lo = f((ho, T) T.L

Teora lineal (stokes O(1))

H= 2a

Fondo plano

1. Ondas Monocromticas (Teora Lineal H/h

Parmetros adimensionales de una onda


o

ah

e =2 2( / )

(2 / ) /

o o

o o

h L

kh L h

m

p

=

=

no linealidaddispersividad ho

x

2

( ) (1)

( ) 1

O O

O

e

m

=

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