Hidrodinamica Zona Rompientes

Hidrodinámica en la zona de Rompientes

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE COSTAS

TEMA 2. Hidrodinámica en la zona de rompientes

INDICE

Oscilaciones en la zona de rompientes •Zonas en las playas •Transformación del oleaje y disipación •Régimen oscilatorio en playas •Distribución frecuencial de las ondas en el océano •Régimen de oleaje (Zonas de propagación) •Régimen infragravitatorio • Ondas de Cizalla

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1234567-

Duna Berma de invierno Escarpe Berma de verano Borde de la berma Frente de playa Escalón

891011121314-

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Canaleta de bajamar Barra creciente Seno de la barra Cresta de la barra Bajamar Pleamar Zona litoral

1516171819-

Playa sumergida Playa emergida Zona intermareal Playa seca Terraza de bajamar

14 15

16 17

18

19 13 12 11

9 10

8

7

6

54 32

1

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456789-

Zona de asomeramiento Zona de rotura Zona de rompientes Zona de ascenso-descenso Punto de rotura Bore 1

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

2 5

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4

3

6 7

8

9

Figura 11. Definiciones y zonación relativa a la dinámica de las playas 2D.

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Procesos de propagación

reflexión rotura Ola-corriente

difracción

asomeramiento refracción-difracción

refracción

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• propagación Asomeramiento: Problema bidimensional en fondo variable Variación de la altura de ola y de la longitud de onda Conservación del flujo de energía Sin reflexión en el fondo Sin variación de la energía (disipación o adición)

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• propagación del oleaje Refracción: 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 propaga a menor •La parte en mayores profundidades continúa a su celeridad original •Se genera refraccíón •Los frentes tienden a ponerse paralelos a la costa •La energía se conserva entre ortogonales o rayos •La energía se concentra en cabos y se dispersa en bahías

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• propagación del oleaje Refracción: Variaciones de altura y ángulo Conservación del flujo de energía (H) Ley de Snell (incidencia) Irrotacionalidad del número de onda Teoría del rayo

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• propagación del oleaje Difracción: •Proceso bidimensional 2DH en profundidad constante en presencia de un obstáculo •Variaciones de la altura de ola y del ángulo de incidencia •Teoría de la difracción

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• propagación del oleaje Refracción-Difracción: Fondo irregular. Difracción debido a grandes variaciones de altura de ola producidas en la refracción Ecuación de la Mild-slope (pendiente suave) Ecuación elíptica: puertos y áreas semi-encerradas Aproximación parabólica: áreas abiertas … Ecuaciones de Boussinesq

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TEMATEMA 7. 8. Hidrodinámica Procesos Morfodinámicos en la zona Costeros rompientes INGENIERÍA 2. Hidrodinámica en lade zona de rompientes INTRODUCCIÓN A OCEANOGRÁFICA LA INGENIERÍA DE COSTAS

MORFODINÁMICA PERFILdel CaractertísticasEN medias

oleaje

Playa Disipativa (rotura en spilling)

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MORFODINÁMICA PERFILdel CaractertísticasEN medias

oleaje

Playa Reflejante (rotura en descrestamiento)

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MORFODINÁMICA EN PERFILdel oleaje Caractertísticas medias

Playa Reflejante (rotura en colapso)

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Figura 6. Tipos de rotura.

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Caractertísticas medias del oleaje Perfil de playa disipativo Tipos de rotura Tanß Ir = (H/L )0.5 o

Criterio Rotura Hb = ? hb

Perfil de playa reflejante Figura 1.7. Tipos de rotura.

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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 formulación utiliza la teoría lineal, asumiendo que el ángulo de la superficie libre en la cresta no puede superar un va lor límite de 120º. El criterio de rotura se expresa mediante:

H b = 0.142 tanh 2π h b Lb Lb

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:

H b = 0.78 hb Criterios de rotura para oleaje regular que consideran la pendiente de la playa. Goda (1970) recopiló y analizó 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 formulación que aproxima las curvas de Goda con un máximo de un 10% de error viene dada por la expresión:

  − 1.5π h b  Hb 4 = 0.17  1 − exp  (1 + 15 tan 3 β )  L0 L0   

   

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El criterio de rotura de Ostendorf y Madsen incluye también la pendiente β de la playa y se expresa por:

Hb = 0.14 tanh Lb

 (0.8 + 5 tan β )2π hb    ; tan β < 0.1 Lb  

Hb = 0.14 tanh Lb

 2.6π h b    ;  Lb 

tan β > 0.1

donde la longitud de onda en el punto de rotura, Lb se calcula a partir de la relación de dispersión de la teoría lineal, utilizando el período de la onda y la profundidad en rotura. Mediante la combinación 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 situación del punto de rotura, conocidas las condiciones del oleaje en profundidades indefinidas y la pendiente de la playa.

donde los símbolos 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

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

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Figura 9. Variación de la altura de ola sobre una playa de pendiente constante según el modelo DDD.

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

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

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

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Figura 12: Evolución 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).

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Figura 13. Comparación de la evolución de los parámetros de altura de ola Hrms , Hs y H1% calculados mediante la distribución de Méndez et al. (2004) y datos medidos.

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Figura 4. Variación del coeficiente de asomeramiento con la profundidad relativa y con el peralte del oleaje, según la aproximación de Shuto (1974) y con teoría lineal.

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Características medias del oleaje Hidrodinámica de la playa

5 F1 F2

H1

F1 = F2

Equilibrio fuerzas hidrostáticas (no hay movimiento)

H2 5

F1 F2 F2D

F1D

H2

H1 5 F1

?F F2

F1D F2D

F1 + F1D >

F2 + F2D

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Fxo = Fxi

ρgHo2Cgo = ρ gH2Cg

Figura 1. Esquema para la definición del asomeramiento

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ASOMERAMIENTO H = Kr Ks Ho Kr = ( cos a / cos a0 )1/2 . c0 / sen a0 = c / sen a, k= 2p / Lo Lo = gT2 tanh(kho ) 2p

Figura 1. Esquema para la definición del asomeramiento

Co = Lo / T = s / k

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

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

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Oscilaciones en la zona de rompientes

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Oscilaciones en la zona de rompientes

DINÁMICA

MORFOLOGÍA

¿Que elementos dinámicos (energía) se tienen en la costa?

¿ Cuales son los mas importantes desde el punto de vista energético?

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24 h

12 h

5 min

30 s

1s

0.1 s

Período Onda supramareal

Onda de largo período

Ondas infragravitatoria

Ondas de gravedad

Ondas de ultragravedad

Ondas capilares

Tipo de onda Tormentas, tsunamis Sol, luna

Viento

Principal fuerza generadora Fuerza de Coriolis

Tensión superficial Gravedad

Energía

Principal fuerza restauradora

Frecuencia (ciclos por segundo)

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Régimen oscilatorio en playas

Dinámica de corrientes en una playas

Playa del Rompido Tin= 6’, Tola=12s, U=0.95m/s

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Régimen oscilatorio en playas

U(t) = U + Uin + Uola U

Uola

Uin +

+ t

t 30< Tin < 300s

3< Tola < 30s

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Régimen oscilatorio en playas

U(t) = U + Uin + Uola Esto cambia dependiento del tipo de playa

Playas Disipativas

Playas reflejantes

Importante: Transporte arena qs~ U3 – U5 (cambios morfológicos) DINÁMICA

MORFOLOGÍA

TEMATEMA 7. Hidrodinámica en la zona rompientes INGENIERÍA 2. Hidrodinámica en lade zona de rompientes INTRODUCCIÓN A OCEANOGRÁFICA LA INGENIERÍA DE COSTAS

Régimen oscilatorio en playas

Estados Morfodinámicos en playas Barra y corriente de retorno transversal Disipativa

Barra y seno longitudinal

Barra y playa rítmica

Terraza de bajamar

Reflejante

TEMATEMA 7. Hidrodinámica en la zona rompientes INGENIERÍA 2. Hidrodinámica en lade zona de rompientes INTRODUCCIÓN A OCEANOGRÁFICA LA INGENIERÍA DE COSTAS

Régimen oscilatorio en playas

Playa Disipativa

U/Us

30< Tin < 300s 3< Ts < 30s

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

TEMATEMA 7. Hidrodinámica en la zona rompientes INGENIERÍA 2. Hidrodinámica en lade zona de rompientes INTRODUCCIÓN A OCEANOGRÁFICA LA INGENIERÍA DE COSTAS

Régimen oscilatorio en playas

Playa Reflejante

U/Us 3< Ts < 30s Tsub ~ 2 Ts

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

TEMATEMA 7. Hidrodinámica en la zona rompientes INGENIERÍA 2. Hidrodinámica en lade zona de rompientes INTRODUCCIÓN A OCEANOGRÁFICA LA INGENIERÍA DE COSTAS

Régimen de oleaje

Régimen de Oleaje (3