Download rios y costas tema 2

UNIVERSIDAD NACIONAL ATONOMA DE MEXICO
FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGON.
INGENIERIA CIVIL
RIOS Y COSTAS
Ing. Valente Torres.
Equipo: Los valientes de Valente
AlumnoS: López García Vladimir José
HERNANDEZ SOSA JACINTO
SANCHEZ FIGUEROA DIANA
VAZQUEZ PEÑA JONATHAN
RIVERA NEGRTE RAUL
TEMA II : OLEAJE Y MAREAS
OBJETIVO: Interpretar la teoría general de los principales fenómenos oceanográficos y la
interacción mar-costa
II.1
II.1.1
II.1.2
II.1.3
II.1.4
II.1.5
II.1.6
II.2
II.2.1
II.2.2
II.2.3
OLEAJE.
CLASIFICACION DE LAS ONDAS.
TEORIA DE OLEAJE. PRIMERA APROXIMACION DE STOKES.
GEOMETRIA ESTADISTICA DEL OLEAJE. DISTRIBUCION DE RAYLEIGH.
PREDICCION DE OLEAJE
FENOMENO DE OLEAJE. ROMPIENTE, REFRACCION, DIFRACCION Y REFLEXION
MEDICION EN CAMPO. OLEAJE Y BATIMETRIA.
MARES.
ORIGEN Y CLASIFICACION.
DESCRIPCION DEL METODO DE PREDICCION.
CLASIFICACION DE CORRIENTES.
Generalidades:
El fenómeno del oleaje es un fenómeno
natural del Ecuador y de muchos pises
costeros en donde se lo viene analizando
mucho tiempo atrás. El objetivo de entender
a cabalidad el comportamiento de un oleaje
es el de saber su frecuencia e intensidad para
que no afecte al turismo y no haya daños
tanto materiales como humanos.
Por ejemplo al referimos a la pesca, es muy
peligroso llevar acabo esta actividad ya que
las olas tienen mayor tamaño y aparecen con
Para facilitar el trabajo se necesita un
mas fuerzas de lo normal y los mas
modelo matemático que se acerque a la
importante una tras otra de manera inusual.
realidad y que nos brinde en lo más
posible datos exactos. Se sabe de
antemano que antes de referirnos a
cualquier
modelo
matemático
necesitamos una investigación previa.
Podemos hablar de un oleaje
cuando observamos una sucesión
continuas de olas.
Desde el punto de vista del
álgebra lineal, estas amplitudes
no son mas que los coeficientes
de un conjunto de vectores que
se combinan linealmente para
dar un vector resultante.
Uno de los rasgos más sobresalientes
del fenómeno del oleaje es su
periodicidad,
característica
que
podemos apreciar cuando vemos la
sucesión de una ola tras otra después
de transcurrido cierto tiempo
(o período) entre ellas. Sin embargo,
observando con más cuidado,
podemos notar que en esta sucesión
de olas, ninguna de ellas es
igual a las demás.
Las ondas oceánicas se pueden clasificar de diferentes maneras. Una clasificación se
basa en sus períodos característicos, otra en las fuerzas que las perturban o
generan.
• Olas de Viento provocadas por el
forzante meteorológico (viento, presión
del aire); el mar local y el mar de fondo
pertenecen a esta categoría. Se trata de
ondas cortas (ƛ=100 m).
• Tsunamis provocadas por sismos ,
desplazamientos de tierra o erupciones
volcánicas. Estas ondas se nombran como
ondas largas. (ƛ= 100 Km).
• Mareas provocadas por el forzante
astrónomico; estas son siempre ondas
largas.
(ƛ=10.000 Km)
•Otra clasificación se basa en la representación en un espectro de frecuencia, de
todas las ondas oceánicas. Distingue entre ondas capilares, ondas gravitatorias,
ondas de largo período, ondas de marea y transmareales (más largas que marea).
• Existe aún otra clasificación que se basa en las fuerzas restauradoras
responsables de regresar las partículas de agua a su posición promedio en la
columna de agua (tensión superficial, gravedad y coriolis)
El desarrollo de la Teoría de las olas se basa en la aplicación de las ecuaciones de NavierStokes en el flujo de fluídos viscosos en régimen no permanente.
La teoría que se trata en el texto se conoce como Teoría de Stokes . Algunos autores,
como Iribarren por ejemplo, prefieren la Teoría Trocoidal la cual tiene un tratamiento
matemático más complicado.
Para su estudio las olas se clasifican en Olas de pequeña amplitud y Olas de amplitud
finita. Las primeras representan alteraciones pequeñas en la superficie del agua y no
ocasionan problemas notables a las estructuras que están localizadas en alta mar o en la
costa. Las olas de amplitud finita son las olas que interesan en los diseños de puertos,
estructuras marinas y obras de protección de playas.
ticas:
El estudio de las olas de pequeña amplitud se basa en la Teoría Lineal en la forma
como fue desarrollada por Stokes. Es una aplicación simplificada de la ecuación
general del flujo no permanente. Supone que el flujo es irrotacional y utiliza
solamente el primer término de la ecuación de Navier-Stokes. El resultado es una
Ola Sinusoidal que tiene las siguientes características:
Para el análisis de las Olas de Amplitud Finita, Stokes añade a las ecuaciones de la
Teoría Lineal los términos de orden superior de la ecuación de Navier Stokes. A
continuación se observan las características de la Ola de Stokes de Segundo Grado:
En la teoría de la probabilidad y estadística, la distribución de Rayleigh es una función
de distribución continua. Se suele presentar cuando un vector bidimensional (por
ejemplo, el que representa la velocidad del viento) tiene sus dos componentes,
ortogonales, independientes y siguen una distribución normal. Su valor absoluto
seguirá entonces una distribución de Rayleigh. Esta distribución también se puede
presentar en el caso de números complejos con componentes real e imaginaria
independientes y siguiendo una distribución normal. Su valor absoluto sigue una
distribución de Rayleigh.
La función de densidad de probabilidad es:
Su esperanza es:
y su varianza:
Estimación del parámetro
La estimación de máxima verosimilitud del parámetro viene dado por:
Descripción del Sistema de Predicción del Oleaje (AEMET/OPPE)
El Organismo Público Puertos del Estado (OPPE) conjuntamente con la Agencia
Estatal de Meteorología (AEMET) produce y distribuye dos veces al día una
predicción de viento y de oleaje para el Atlántico Norte y la cuenca occidental del Mar
Mediterráneo.
La predicción de viento, utilizada como forzamiento de los modelos de generación de
oleaje, procede del modelo meteorológico de área limitada HIRLAM, operativo en en
la AEMET. El horizonte de esta predicción es de 72 horas para el Atlántico y el
Mediterráneo, con campos previstos cada 3 horas.
El sistema de predicción de oleaje arranca diariamente a las 5 horas y a las 17 horas.
Aproximadamente una hora después están disponibles los resultados que aparecen
en este servidor. El sistema de predicción esta basado en una serie de aplicaciones de
modelos de generación y de oleaje, forzados por los campos de viento previstos por el
modelo HIRLAM.

Modelo de oleaje WAM
El modelo WAM de generación de oleaje (WAMDI, 1988),
en su versión 4 (Günther et al., 1991), integra la ecuación
básica de transporte. Esta ecuación describe la evolución de
un espectro bidimensional de energía de oleaje con
respecto a la frecuencia y dirección sin hacer ninguna
presunción inicial sobre la forma del espectro.
Este modelo fue desarrollado por un amplio grupo de
investigadores de diferentes institutos (grupo WAMDI),
siguiendo las recomendaciones derivadas del proyecto 'Sea
Wave Modeling Project' (grupo SWAMP, 1985). Uno de los
objetivos del grupo fue montar y poner en servicio rutinario
una aplicación global del modelo en el Centro Europeo de
Predicción a Medio Plazo (ECMWF), lo que se consiguió en
1992 (Günther et al., 1992). Desde 1986, Clima Marítimo
(CM), actualmente el Área de Medio Físico de Puertos del
Estado, ha pertenecido al grupo y ha participado en
diferentes aspectos del trabajo (Carretero and Gúnther,
1992). El informe final del grupo se publico en 1994
(Komen et al, 1994).

Modelo de oleaje Wavewatch
El WAVEWATCH es un modelo de generación de oleaje, especialmente elaborado para
aguas someras e interacción con corrientes, desarrollado por Hendrik L. Tolman del
Environmental Modeling Center, NOAA-NCEP.
El modelo WAVEWATCH describe la evolución del espectro de densidad de acción de
oleaje integrando la ecuación básica de transporte de energía. El término fuente de esta
ecuación está compuesto por un término de entrada de energía del viento, un término de
disispación y un término de tranferencia no lineal de energía entre las diferentes
componenetes del espectro.
DEFINICIONES
Rompiente:
Son los lugares donde se rompen las olas.
Se presentan con gran cantidad de espuma en lugares de poco fondo.
Si se producen en una playa con pendiente gradual y homogéneo y con oleaje vertical se
verán líneas de rompientes paralelas (si son inclinadas es que hay corrientes).
Cuando se producen en arrecifes, bajos o barras, se presentan como líneas irregulares y se
debe tener en cuenta que la espuma está a sotavento de ellos y que puede haber remolinos
fuertes en las proximidades.
Refracción:
Cuando las olas se acercan a la costa aumentan su altura y
entonces interfieren con el fondo. Allí el tren de olas
cambia de dirección, acomodándose a la topografía
submarina la que generalmente coincide con la topografía
costera emergida. La topografía sumergida se representa
por líneas imaginarias que unen puntos de igual
profundidad. Estas líneas se denominan Isobatas. Por
ende, si la costa presenta una serie de entrantes y
salientes (cabos y bahías) las isobatas seguirán ese patrón
morfológico. Si asemejamos las crestas de las olas a una
recta y vemos de que forma interfiere con la topografía
sumergida de entrantes y salientes, es factible ver que las
olas primero interferirán con las salientes (cabos)
produciéndose el retardo en el avance de las olas en dicho
sector. En contraposición, el sector de las cresta de la ola
que coincida en su avance con una entrante (bahía) se
adelantará respecto del sector de ola aledaño ya que no
interferirá con el fondo hasta unos metros después que en
las salientes. Es así que se produce la deformación de la
cresta recta, la cual se acomoda a la topografía del fondo y
copia esta topografía hasta ponerse paralela a las isobatas.
En este caso se dice que las olas se refractan.
Difracción:
Asociado con el fenómeno de
refracción las olas sufren fenómenos de
difracción. La difracción es un
fenómeno por el cual un tren de olas
cambia de orientación y se propaga
dentro de un sector protegido cuando
el tren de olas encuentra un obstáculo
(muelle, espigón, barrera costera, etc.)
a su libre propagación. Para que ocurra
este fenómeno la energía de la ola debe
transmitirse por la creta de la ola desde
el sector donde primero interfiere con
el obstáculo hacia el sector del tren de
olas que se propaga libre por el cuerpo
de agua. Mientras el primer sector se
frena, transmite la energía lateralmente
al segundo que sigue avanzando hacia
sectores protegidos por el obstáculo.
Generalmente refracción y difracción
ocurren asociados.
Reflexión:
Esto ocurre en costas con perfil muy abrupto de modo tal que las olas
no interfieren con el fondo, inciden directamente contra las costas y
se reflejan nuevamente hacia el mar aumentando su altura. Esto
particularmente importante en la construcción de paredones y
rompeolas ya que estos constituyen superficies perfectamente
reflectivas. Por lo cual luego de la reflexión, aumenta la altura de la
ola, se erosiona el fondo frente al rompeolas y este finalmente pierde
sustento y cae.
OLEAJE
Antaño el oleaje se medía con estimaciones visuales, a partir de escalas empíricas como
la que confeccionó el almirante inglés Sir Francis Beaufort en 1.805 y adaptada
posteriormente por los marinos mediante la escala Douglas, creada por dicho almirante
inglés. Una denominación del oleaje que nos resulta bastante familiar al oírla
habitualmente en los partes meteorológicos marítimos.
 APARATOS QUE MIDEN EL OLEAJE:
La borrasca Becky ha puesto en alerta a muchas provincias costeras por
el oleaje previéndose alturas de hasta 9 metros en las provincias gallegas y
cantábricas. Mar adentro, las condiciones del mar son aún peores y podrían medirse
valores rondando los 15 m. De hecho en la tarde de ayer se han medido valores
llamativos, comolos 9 metros de la boya de Villano-Sisargas cerca de la costa de A
Coruña. El oleaje va a más y esta mañana se están registrando valores en torno a 11
metros entre A Coruña y Santander.
Los instrumentos para la medición del oleaje se denominan ondámetros y
utilizan diversos principios:
a) La medida de la presión hidrostática de una columna de agua que oscila
verticalmente (se emplean manómetros mecánicos de tipo Bourdon o
electrónicos, instalados sobre el fondo marino, incluso a varios centenares de
metros, capaces de de medir la frecuencia y las dimensiones de una ola que pasa
sobre el instrumento).
b) La medida de la aceleración producida por una ola sobre boyas ancladas (los
acelerómetros miden el movimiento pero no el mareal dado que este último posee
aceleraciones extremadamente pequeñas)
c) Obtención de ultrasonidos emitidos y registrados desde el fondo marino (el
registrador recibe los ultrasonidos emitidos hacia arriba y reflejados por la
superficie del mar, midiendo, en la práctica, la variación del nivel del mar al paso
de una ola).
BATIMETRIA
Es el equivalente submarino de la altimetría. El nombre proviene del griego
βαθυς, profundo, y μετρον, medida. En otras palabras, la batimetría es el estudio de las
profundidades marinas, de la tercera dimensión de los fondos lacustres o marinos. Un
mapa o carta batimétricos normalmente muestra el relieve del fondo o terreno como
isogramas, y puede también dar información adicional de navegación en superficie.
Originalmente, batimetría se refería a la medida de la profundidad oceánica. Las
primeras técnicas usaban segmentos de longitud conocida de cable o cuerda pesada,
descolgadas por el lateral de un barco. La mayor limitación de esta técnica es que mide la
profundidad en un solo punto cada vez, por lo que es muy ineficiente. También es muy
imprecisa, ya que está sujeta a los movimientos del barco, las mareas, y las corrientes que
puedan afectar al cable.
Un mar es una masa de agua salada de
tamaño inferior al océano, así como
también el conjunto de la masa de agua
salada que cubre la mayor parte de la
superficie del planeta Tierra, incluyendo
océanos y mares menores.
El término mar también se utiliza para
designar algunos grandes lagos salobres,
como el mar Caspio, mar Muerto o el mar de
Aral. Se habla entonces de mar cerrado o
interior.
Ateniéndose al uso que de ella se hace, cabe observar que la gente de mar y los
poetas tienden a atribuirle el género femenino. Fuera de esos dos ámbitos, se ha
generalizado el uso masculino de la palabra («el mar»).
DEFINICION COMPARATIVA:
La definición comparativa de mar como «extensión de agua salada menor que el océano»
establece una clasificación de las extensiones de agua salada en que los océanos serían las
mayores extensiones y vendrían luego, de diferentes tamaños, los mares. Los mares se
diferencian principalmente por el contacto con el océano, pudiendo ser abiertos o
cerrados: si está rodeado casi totalmente por tierra, como el mar Negro, se habla de mar
continental, mientras que si está muy abierto, como el mar de la China, se habla de mar
litoral.
La distinción entre mar y océano obedece a diversas causas, sobre todo cuando se habla de
mares abiertos en que suele distinguirse atendiendo a la situación geográfica,
generalmente enclavada entre dos masas terrestres o, a veces, las menos, a la posición de la
plataforma continental. Algunos ejemplos de esto son los siguientes: el mar del canal de La
Mancha comunica con el océano Atlántico por el mar Céltico, pero se distingue por su
posición entre la costa sur de Inglaterra y la costa norte de Francia. Otro caso muy claro es
el mar Mediterráneo, que comunica con el océano Atlántico por el estrecho de Gibraltar y
se distingue claramente por estar enclavado entre Europa, Asia y África, al punto de que
tiene unas condiciones marítimas muy diferentes (diferentes temperaturas,
diferente fauna y flora, y mareas de diferente amplitud). Otro mar abierto, en este caso el
de los Sargazos, con su acumulación de algas a lo largo de la Florida, se distingue del
océano Atlántico de forma totalmente arbitraria.
ORIGEN:
Las placas continentales que en el tiempo primigenio de la tierra se formaron de la
emersión de las materias ligeras de una masa líquida incandescente surgieron
como
icebergs
por
encima
de
la
corteza todavía caliente.
En esa época la tierra estaba rodeada de una espesa cubierta de vapor de agua y
otros gases. Con el transcurso del tiempo se enfrió por las radiaciones térmicas
existentes en el espacio. El vapor de agua se condensó en agua y volvió a caer en
forma de lluvia sobre la Tierra para evaporarse de nuevo inmediatamente. En la
evaporación y la condensación apareció un ciclo del agua. En aquellos tiempos
debió llover ininterrumpidamente. Las nubes oscurecían siempre la tierra al igual
que sucede hoy en el planeta vecino Venus.
Este estado se prolongó hasta que la superficie de la tierra se enfrió lo suficiente
como para que el agua pudiera permanecer sobre ella. Las primeras lagunas,
charcos y lagos se convirtieron en las zonas más profundas y se fueron llenando
con el agua que no se evaporaba.
CLASIFICACION:
Existen tres categorías de mares: mares litorales (o costeros), mares continentales y los
mares cerrados.
Mares litorales
Los mares litorales o costeros pueden ser considerados como golfos, muy grandes y
ampliamente abiertos, de los océanos. No están separados de éstos por ningún umbral
submarino; no obstante se distinguen de ellos por ser, en promedio, menos profundos,
por la mayor amplitud de las mareas y la temperatura más elevada de sus aguas. Son
mares litorales el mar de Beaufort en el océano Ártico, el mar de Noruega en
el Atlántico o el mar de Omán en el Índico, entre otros.
Mares continentales
Los mares continentales, entre los cuales destaca el mar Mediterráneo, deben su
nombre al hecho de hallarse enteramente situados dentro de los continentes, aunque
comunicados con los océanos por un estrecho cuya escasa profundidad crea un umbral
que dificulta los intercambios; éstos se producen, no obstante, en forma
de corrientes de compensación y de descarga. Entre los mares continentales y el océano
existen diferencias de temperaturas y de salinidad que llegan a ser considerables. Sus
mareas son de tan escasa amplitud que pasan desapercibidas. Además del
Mediterráneo, son mares continentales el mar Báltico, el mar Negro y el mar de Japón.
En algún caso se habla de mar epicontinental al que se asienta sobre una plataforma
continental con su lecho submarino a una profundidad media de 200 m o menos;
ejemplos de este tipo son el mar del Norte, o el mar Argentino. Durante el punto
máximo de las glaciaciones, los mares epicontinentales desaparecen, pasando a ser
solo llanuras de los continentes aledaños.
Mares cerrados
Los mares cerrados suelen ocupar extensas depresiones endorreicas. Corresponden a
lagos muy grandes, de agua más o menos salada, entre los cuales destacan el mar Muerto,
el mar Caspio y el mar de Aral.
Las predicciones de mareas se calculan a partir de la serie temporal de
datos obtenida por los mareógrafos en años anteriores. Esta serie de datos es
ajustada por el método de mínimos cuadrados utilizando el algoritmo de
Foreman (Foreman, M.G.G., 1977. Manual for Tidal Heights Analysis and
Prediction).
Ecuación de mareas
donde:
a0: nivel medio de referencia establecido
an: amplitud
αn: fase
k: componentes armónicas consideradas y
ωn: frecuencias angulares correspondientes.
Cuanto mayor sea la serie de datos obtenida mayor será la precisión de la predicción,
ya que contaremos con un número mayor de constantes armónicas. Sin embargo la
instalación y toma de datos con mareográfos son procesos complejos, y dado que
normalmente existen pocas variaciones de mareas para localizaciones relativamente
cercanas, es posible predecir la marea de los puertos secundarios (aquellos para los
que no se dispone de constantes armónicas) efectuando unas sencillas correcciones en
las horas y alturas de los puertos de referencia (para los cuales si hemos obtenido una
larga serie fiable de datos del nivel del mar).
Los responsables del emplazamiento y toma de datos de los mareógrafos son los gobiernos
de cada país publicando en el anuario de mareas las últimas predicciones realizadas y en
ocasiones también las últimas constantes armónicas obtenidas.
Podemos hablar de cinco grandes grupos de Corrientes:
Oceánicas: Son aperiódicas, como en el caso del Gulf Stream, o con periodos muy largos,
como el caso de las monzónicas. Transportan considerables masas de agua a distancias de
millares de kilómetros afectando a la capa de agua superficial (primeros centenares de
metros).
De marea: Periódicas, diurnas o semidiurnas, y están afectadas por la atracción lunar.
Corrientes que acompañan al oleaje y la marejada: Son las responsables de las
grandes modificaciones del litoral en el curso de las tempestades, bajo el efecto de
corrientes que pueden alcanzar velocidades de 0,50 m/seg.
Corrientes de turbidez: Coexisten casi siempre con otras corrientes, teniendo una gran
influencia en su génesis y extensión, como por ejemplo en las grandes corrientes oceánicas.
Corrientes de densidad: Se deben a la presencia vertical de dos masas de agua con
densidades diferentes, de modo que la superior tenga mayor densidad que la inferior y la
superficie isobárica sea oblicua, actuando sobre ambas masas la fuerza de coriolis que
facilita el desplazamiento de una sobre otra.