“METODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE …

“METODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE DEMETODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTO MEDIANTE ESPECTRO DE OLEAJE EN LA ZONA

DE ROMPIENTE”

Leonardo Rodríguez Argandoña

Ingeniería Civil OceánicaValparaíso

Noviembre 2012Noviembre 2012

CONTENIDOS

1. Introducción2. Generalidades3. Metodología de Estudio4. Resultados5. Conclusiones

“METODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTO MEDIANTE ESPECTRO DE OLEAJE EN LA ZONA DE ROMPIENTE” Leonardo Rodríguez Argandoña

INTRODUCCIÓN

Este Proyecto de Título plantea una nueva metodología de cálculoEste Proyecto de Título plantea una nueva metodología de cálculo

del transporte longitudinal de sedimento, aplicado a formulaciones

de gabinete existentes en la literatura especializada. La

metodología desarrollada consiste en complementar las

formulaciones más representativas del transporte longitudinal de

sedimentos con el espectro de energía de oleaje llevando lassedimentos con el espectro de energía de oleaje, llevando las

formulaciones clásicas a una forma espectral, cuya finalidad es

utilizar toda la información del espectro de oleaje en el cálculo de

transporte de sedimentos.

Leonardo Rodríguez Argandoña“METODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTO MEDIANTE ESPECTRO DE OLEAJE EN LA ZONA DE ROMPIENTE”

GENERALIDADES

OBJETIVOS GENERALES

D ll t d l í id l áli i t l d í• Desarrollar una metodología que considere el análisis espectral de energía del oleaje para el cálculo del transporte longitudinal de sedimentos, mediante ecuaciones clásicas de gabinete con el espectro de energía de oleaje en la zona de rompiente.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Determinar el espectro de oleaje en la zona de rompiente, utilizando criterios de sat ración espectralde saturación espectral.

• Estimar la tasa de transporte longitudinal según alguna metodología convencional.

• Estimar la tasa de transporte de sedimento longitudinal mediante el espectro de oleaje en la zona de rompientede oleaje en la zona de rompiente.

• Estimar las diferencias en el cálculo del transporte de sedimentos, mediante la aplicación de las metodologías planteadas.


GENERALIDADES

Mecanismos Principales del Transporte Longitudinal de Sedimentos

• Variación del Ángulo de Incidencia del Oleaje.• Sobre elevación del Oleaje.

I id i Obli d l Ol j


• Incidencia Oblicua del Oleaje.

METODOLOGÍA DE ESTUDIO

Estadística Descriptiva

Oleaje

DefiniciónZona

Rompiente

ModeloPropagaciónPropagación

Oleaje

CoeficientesTransformación

Oleaje

Espectro Oleaje

TransferenciaEspectral

Ec. ModificadaTransporte

EstadísticaOleaje

ParámetrosH, T, D

Ec. Clásicas Transporte Sedimento

EspectroSedimentos

Tasa de Transporte Sedimento

TB, TN


ParámetrosResumenSedimento

TB, TN

M1Rp2


• Definición de la zona de rompiente.E t dí ti d i ti d l• Estadística descriptiva de olas.

• Estimación de la altura de ola en rompiente.

• Espectro de Oleaje en la zona de rompiente• Espectro de Oleaje en la zona de rompiente.• Caracterizar pendiente de fondo (batimetría idealizada).• Modelo de Transformación de Oleaje.• Transferencia espectral.p

• Ecuaciones de transporte de sedimento.• CERC, 1984.• Kamphuis, 2001.• Leo van Rijn, 1990.



• Definición de la zona de rompiente.• Estadística descriptiva de olas• Estadística descriptiva de olas.• Estimación de la altura de ola en rompiente.

Incidencia T,DDirección 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Periodo T(s)Total

Una forma recurrente de caracterizar el

S 0.03% 0.01% 0.21% 0.06% 0.08% 0.39%SSW 0.21% 0.58% 1.07% 4.26% 4.27% 0.63% 0.17% 0.03% 11.20%SW 0.30% 1.40% 5.67% 25.74% 25.52% 5.86% 1.24% 0.21% 0.01% 65.95%

WSW 0.08% 1.28% 6.65% 4.50% 1.53% 0.39% 0.07% 0.00% 14.49%W 0.01% 0.05% 0.66% 1.44% 0.90% 0.20% 0.11% 3.37%

WNW 0.04% 0.14% 0.42% 0.56% 0.39% 0.08% 0.03% 1.66%NW 0.18% 0.31% 0.17% 0.36% 0.26% 0.06% 1.34%

oleaje operacional es mediante el desarrollo de un estudio estadístico, para lo cual es necesario contarNNW 0.03% 0.36% 0.46% 0.03% 0.21% 0.14% 0.03% 1.26%

N 0.01% 0.19% 0.09% 0.01% 0.02% 0.02% 0.34%Sub Total 0.03% 1.33% 3.09% 9.31% 39.45% 36.06% 8.46% 1.95% 0.30% 0.01% 100.00%

Incidencia H,TAltura ola (m) 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Periodo T(s)Total

es necesario contar con registros de alturas de olas en la zona de estudio.

0-1 0.02% 0.01% 0.02% 0.05%1-2 0.03% 0.11% 0.13% 2.56% 7.00% 4.62% 1.22% 0.41% 0.07% 16.16%2-3 0.81% 1.25% 4.91% 22.95% 17.06% 3.90% 1.09% 0.18% 0.01% 52.17%3-4 0.40% 1.15% 1.56% 8.42% 12.07% 2.56% 0.38% 0.06% 26.59%4-5 0.01% 0.45% 0.25% 1.07% 2.19% 0.69% 0.06% 4.72%5-6 0.09% 0.01% 0.00% 0.11% 0.09% 0.01% 0.31%6-7 0.01% 0.01%

Los datos analizados corresponden a Olas Chile II correspondiente al nodo Frente a


Sub Total 0.03% 1.33% 3.09% 9.31% 39.45% 36.06% 8.46% 1.95% 0.30% 0.01% 100.00% nodo Frente a Valparaíso.

Rp3



Battjes and Stive (1985)

8

9

10

11

Banttjes & Stive 1985, Ho = 1 (m)

9

10

11

12

13

Battjes & Stive 1985, H0 = 3 (m)

10

11

12

13

14

Battjes & Stive 1985, H0 = 7 (m)

2

3

4

5

6

7

ALTU

RA D

E O

LA H

b(m

) T6

T8

T10

T12

T14

T16

T18

T20

T22

T24

2

3

4

5

6

7

8

ALTU

RA D

E O

LA H

b(m

) T6

T8

T10

T12

T14

T16

T18

T20

T22

T24

2

3

4

5

6

7

8

9

ALT

UR

A D

E O

LA H

b(m

) T6

T8

T10

T14

T16

T18

T20

T22

T24


0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20PROFUNDIDAD hb [m]

0

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20PROFUNDIDAD hb (m)

0

1

2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20PROFUNDIDAD hb (m)



Battjes and Stive (1985)

y = -0.0069x2 + 0.7258x - 0.0019

y = -0.0103x2 + 0.8554x + 0.0066

10.0

11.0

12.0

Profundidad de Rompiente H s= 1, 3 y 7 (m) con T = 10 (s)

y = -0.0027x2 + 0.7314x - 0.0004

10.0

11.0

12.0

Profundidad de Rompiente H s= 1, 3 y 7 (m) con T = 16 (s)

y = -0.004x2 + 0.5865x - 0.0043

y

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

de O

la d

e R

ompi

ente

Hb

(m) y = -0.0011x2 + 0.5333x - 0.0006

y = -0.0015x2 + 0.5995x - 0.0007

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

de O

la d

e R

ompi

ente

Hb

(m)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Altu

ra d

hb = 9.2 (m)hb = 4.3 (m)hb = 1.7 (m)

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Altu

ra

Profundidad de Rotura h (m)

hb = 1.9 (m) hb = 5.1 (m) hb = 9.9 (m)


Profundidad de Rotura hb (m)

Hb B 1, 10 Hb B 3, 10 Hb B 7, 10

Profundidad de Rotura hb (m)

Hb B 1, 16 Hb B 3, 16 Hb B 7, 16


• Espectro de Oleaje en la zona de rompiente.• Caracterizar pendiente de fondo (batimetría idealizada).• Modelo de Transformación de Oleaje.ode o de a s o ac ó de O eaje• Transferencia espectral.

Se determinó la pendiente promedio de las bahías másrelevantes y que tuviesen una densidad de puntos quepermitiera una representación ajustada a la realidad.



• Espectro de Oleaje en la zona de rompiente.• Caracterizar pendiente de fondo (batimetría idealizada).• Modelo de Transformación de Oleaje.

T f i t l• Transferencia espectral.

• Modelo STWAVE

• Espectro TMA paramétrico.• Técnica Espectral: Cuasi purista modificado (H 0 1 3 7 (m))Técnica Espectral: Cuasi purista modificado (Hm0 1, 3, 7 (m)).

Periodos de 4 a 24 segundos.• Grilla de Propagación.



• Espectro de Oleaje en la zona de rompiente.• Caracterizar pendiente de fondo (batimetría idealizada).• Modelo de Transformación de Oleaje.

T f i t l• Transferencia espectral.

• Modelo STWAVE • Productos del Modelo.

( )0

max

,p dfdfs∫ ∫∞ θ

θθ

( )0

0

0

max

min

min

,

s

a

p

HK

K

dfdfs

=

∫ ∫

∫ ∫∞ θ

θ

θ

θθ

0m

sa H

K =



• Espectro de Oleaje en la zona de rompiente.• Caracterizar pendiente de fondo (batimetría idealizada).• Modelo de Transformación de Oleaje.j• Transferencia espectral.

Metodología propuesta por M l 1996Massel, 1996.



• Ecuaciones de transporte de sedimento.• CERC.• Kamphuis.a p u s• Leo van Rijn.

Coastal Engineering Research Center (1984).Aproximación Energética.



• Ecuaciones de transporte de sedimento.• CERC.• Kamphuis.a p u s• Leo van Rijn.

Fórmula de Queens (Kamphuis).Aproximación Empírica.

Según Kamphuis (1991) las expresiones de transporte de sedimento deben basarse necesariamente en el análisis dimensional, ya que los detalles de los procesos físicos y sus interacciones no son bien conocidos.



• Ecuaciones de transporte de sedimento.• CERC.

Kamphuis• Kamphuis.• Leo van Rijn.

Fórmula de Leo van Rijn.Aproximación Física.

Van Rijn propone que el transporte de sedimento en la zona de rompiente es causado por los siguientes mecanismos:

• Flujo de Retorno en la región anterior a la zona de rompiente en el derrame y la caída de la onda• Flujo de Retorno en la región anterior a la zona de rompiente, en el derrame y la caída de la onda que se rompe.

• En la zona de rompiente, el transporte es producido por el movimiento de las ondas asimétricas que rompen.

• Por celdas de circulación de corrientes litorales de larga escala y corrientes de resaca de fondo.• La gravedad induce el transporte en dirección de la pendiente de fondo.



• Expansión de Ecuaciones de transporte de sedimento.• CERC.


La expansión de las ecuaciones clásicas responde a remplazar la altura de ola con elespectro de energía propagado en un punto definido en la zona de rompiente,considerando que:

• Descomposición del Oleaje incidenteDescomposición del Oleaje incidente


RESULTADOS




RESULTADOS


K h i• Kamphuis.• Leo van Rijn.


RESULTADOS




RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal Método Clásico (Comparación).• CERC.



RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal Método Clásico (Comparación).• CERC.



RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal espectral (Comparación).• CERC.• Kamphuis.a p u s• Leo van Rijn. Espectro de Olas

Espectro de Sedimentos


RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal espectral (Comparación).• CERC.• Kamphuis.a p u s• Leo van Rijn. Espectro de Olas

Espectro de Sedimentos


RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal espectral (Comparación).• CERC.



RESULTADOS



47,051,88950,000,000

Transporte Longitudinal, Metodologia EspectralH = 1 ; hb = 4 m

38,801,318

30,000,000

35,000,000

40,000,000

45,000,000

gitu

dina

l (m

3 /Año

) 32,438,516

27,016,024

25 000 000

30,000,000

35,000,000

Año)

Tasa de Transporte Longitudinal, Metodologia EspectralH = 3 m ; hb = 4 m

6,626,6077,000,000

Tasa de Transporte Longitudinal, Metodologia EspectralH = 7 m ; hb = 4 m

8,250,57110,000,000

15,000,000

20,000,000

25,000,000

Tasa

de

Tran

spor

te L

ong

15,000,000

20,000,000

25,000,000

de T

rans

porte

Lon

gitu

dina

l (m

3 /A

5,751,991

4,000,000

5,000,000

6,000,000

Long

itudi

nal (

m3 /A

ño)

4,823,465 3,982,578

840,8870

5,000,000

Bruto Neto DtTransporte

Cerc k2 (Medina y Losada) Espct. Kamphuis Espct. Van Rinj Espct.

5,422,492

3,266,981 2,784,250

482,731810 795 150

5,000,000

10,000,000

Bruto Neto Dt

Tasa

d

Transporte874,616

626,248 550,3441,000,000

2,000,000

3,000,000

Tasa

de

Tran

spor

te L


Cerc k2 (Medina y Losada) Espct. Kamphuis Espct. Van Rinj Espct. 75,9045.7 5.6 0.10

Bruto Neto DtTransporte

Cerc k2 (Medina y Losada) Espct. Kamphuis Espct. Van Rinj Espct.

RESULTADOS




RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal espectral (Comparación).

CERC (K1: Bailard)• CERC (K1: Bailard).• Kamphuis.• Leo van Rijn.

Comparación Fórmula CERC Clásica y EspectralH 0 = 1 (m) ; hb= 4 (m)

30000

40000

50000

m3 /A

ño)

Hm0 = 1 (m) ; hb= 4 (m)

7000

Comparación Fórmula CERC Clásica y EspectralHm0 = 7 (m) ; hb= 4 (m).

0

10000

20000

Tran

spor

te L

ongi

tudi

nal (

m

3000

4000

5000

6000

ngitu

dina

l (m

3 /año

)

-20000

-10000

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

CERC K1 (Bailard) CERC K1 (Bailard) Espect. -1000

0

1000

2000

Tran

spor

te L

on


-2000

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

CERC K1 (Bailard) CERC K1 (Bailard) Espect.

RESULTADOS


CERC (K2: Losada y del Valle)• CERC (K2: Losada y del Valle).• Kamphuis.• Leo van Rijn.

40000

Comparación Fórmula CERC Clásica y EspectralHm0 = 1 (m) ; hb= 4 (m).

20000

30000

nal (

m3 /A

ño)

2500

3000

Comparación Fórmula CERC Clásica y EspectralHm0 = 7 (m) ; hb= 4 (m)

-10000

0

10000

Tran

spor

te L

ongi

tudi

n

1000

1500

2000

ongi

tudi

nal (

m3 /A

ño)

-20000

10000

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

CERC K2 (Losada y Medina) CERC K2 (Losada y Medina) Espect.-1000

-500

0

500

Tran

spor

te L

o


-1500

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

CERC K2 (Losada y Medina) CERC K2 (Losada y Medina) Espect.

RESULTADOS


CERC (K3:Korman & Inman)• CERC (K3:Korman & Inman).• Kamphuis.• Leo van Rijn.

50000


20000

30000

40000

al (m

3 /Año

)

3000

4000


-10000

0

10000

Tran

spor

te L

ongi

tudi

na

1000

2000

rte L

ongi

tudi

nal (

m3 /A

ño)

-30000

-20000

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

CERC K3 (Korman & Inman) CERC K3 (Korman & Inman) Espect.-2000

-1000

0

Tran

spo


2000

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

CERC K3 (Korman & Inman) CERC K3 (Korman & Inman) Espect.

RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal espectral (Comparación).• CERC (K3: Inman)• Kamphuisa p u s• Leo van Rijn

8000

10000

12000

m3 /A

ño)

Comparación Fórmula de Kamphuis Clásica y EspectralHm0 = 1 (m) ; hb = 4 (m)

800

1000

1200

(m3 /A

ño)

Comparación Fórmula de Kamphuis Clásica y EspectralHm0 = 7 (m) ; hb = 4 (m)

2000

4000

6000

Tran

spor

te lo

ngitu

dina

l (

200

400

600

Tran

spor

te L

ongi

tudi

nal (


0

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

Kamphuis Kamphuis Espect.

0

1 56 111

166

221

276

331

386

441

496

551

606

661

716

771

826

881

936

991

1046

1101

1156

1211

1266

1321

1376

1431

1486

1541

1596

1651

1706

1761

1816

1871

1926

1981

2036

2091

2146

2201

2256

2311

2366

2421

2476

2531

2586

2641

2696

2751

2806

2861

2916

Espectro

Kamphuis Kamphuis Espect.

RESULTADOS

• Tasa de transporte longitudinal espectral (Comparación).• CERC (K3: Inman).• Kamphuis.a p u s• Leo van Rijn.

Comparación Fórmula Leo van Rijn Clásica y Espectral C ó ó C á

50,000

60,000

70,000

80,000

l (m

3 /Año

)

Comparación Fórmula Leo van Rijn Clásica y EspectralHm0 = 1 (m) ; hb = 4 (m)

50

60

70

80

90

l (m

3 /Año

)

Comparación Fórmula Leo van Rijn Clásica y EspectralHm0 = 7 (m) ; hb = 4 (m)

00

10,000

20,000

30,000

40,000

Tran

spor

te L

ongi

tudi

na

00

10

20

30

40

50

Tran

spor

te L

ongi

tudi

nal


-10,000

1 57 113

169

225

281

337

393

449

505

561

617

673

729

785

841

897

953

1009

1065

1121

1177

1233

1289

1345

1401

1457

1513

1569

1625

1681

1737

1793

1849

1905

1961

2017

2073

2129

2185

2241

2297

2353

2409

2465

2521

2577

2633

2689

2745

2801

2857

2913

Espectro

Van Rijn Van Rijn Espect.

-10

1 55 109

163

217

271

325

379

433

487

541

595

649

703

757

811

865

919

973

1027

1081

1135

1189

1243

1297

1351

1405

1459

1513

1567

1621

1675

1729

1783

1837

1891

1945

1999

2053

2107

2161

2215

2269

2323

2377

2431

2485

2539

2593

2647

2701

2755

2809

2863

2917

Espectro

Van Rijn Van Rijn Espect.

CONCLUSIONES

• Las tasas de transporte de sedimentos convencionales muestran lo que se expresaen la literatura especializada. Referente a la divergencia en los resultados utilizandodiferentes ecuaciones de transporte para un mismo caso, con diferencias quepueden alcanzar varios órdenes de magnitud.

• Los avances en incorporar un mayor número de variables de condiciones naturalesen las ecuaciones de transporte tienen un efecto a reducir la tasa de transporte loen las ecuaciones de transporte, tienen un efecto a reducir la tasa de transporte locual conlleva a tener mayores antecedentes del área estudiada y de esta formadeterminar un rango de evaluación.

• Es factible la incorporación del espectro de energía de oleaje en ecuaciones detransporte de sedimento longitudinal, considerando el ajuste obtenido en lasecuaciones de tipo energética y empírica.

• Al utilizar el espectro de energía de oleaje, existe una mejor diferenciación deltransporte positivo y negativo respecto a la normal de la línea de costa para untransporte positivo y negativo respecto a la normal de la línea de costa para unmismo estado de mar, dando continuidad a la sumatoria de eventos temporalesobservado en cada espectro de energía de oleaje.


Rp6

Rp7

“METODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE DEMETODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE DE SEDIMENTO MEDIANTE ESPECTRO DE OLEAJE EN LA ZONA

DE ROMPIENTE”

Leonardo Rodríguez Argandoña

Ingeniería Civil OceánicaValparaíso

Noviembre 2012Noviembre 2012

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“METODOLOGÍA DE CÁLCULO DEL TRANSPORTE …