Download - 04 Ondas Largo Periodo
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GJC
ELEMENTOS DE OCEANOGRAFIA
INGENIERIA DE OBRAS MARTIMAS
ONDAS LARGO PERIODO
Ondas de Largo Perodo
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ONDAS LARGO PERIODO
ONDAS DE LARGO PERIODO
24 hr 12 hr 5 min 30 s 1 s 0.1 s Perodo
E
n
e
r
g
a
de
O
nda
Fuerza de
restauracin
ASTROS
CORIOLIS
FUERZA DEL VIENTO
T. SUPERFICIAL
TERREMOTOS
GRAVEDAD
CAPILARIDAD GRAVEDAD PERIODO LARGO
MAREAS ULTRA
GRAVEDAD
INFRA
GRAVEDAD
Fuerza
Generadora
Tipo TSUNAMIS
VAGAS DE MAR (resacas) 50 - 300 seg
MAREAS DE TORMENTA 1.000 - 2.000 seg
MAREAS ASTRONOMICAS 45.000 - 90.000 seg
TSUNAMIS 900 - 3.600 seg
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ONDAS LARGO PERIODO
RESACAS
http://www.google.cl/url?sa=i&rct=j&q=resaca&source=images&cd=&cad=rja&docid=oBPWeknqydb3VM&tbnid=yp80oonFYkMUuM:&ved=&url=http%3A%2F%2Fmeponentuschips.wordpress.com%2F2011%2F07%2F13%2Fmotivos-de-la-resaca-y-consejos-para-prevenirla-o-suavizarla%2F&ei=cHFsUcmDBfO50QH7p4GgDw&bvm=bv.45175338,d.dmQ&psig=AFQjCNGcjMO6aAel8wHzmY__rQIRxK8Gkw&ust=1366147824639744 -
ONDAS LARGO PERIODO
Movimientos o sobre-elevaciones en la superficie del mar, tanto en la costa como en sectores cerrados, como ser puertos, estuarios, etc.
Estas ondas son estacionarias, y en sectores cerrados son generadas por la accin del viento o de la presin atmosfrica
RESACAS
24 hr 12 hr 5 min 30 s 1 s 0.1 s Perod
o
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ONDAS LARGO PERIODO
En sectores abiertos (drsenas, puertos, etc.) son
generadas por fuerzas cuyo perodo est relacionado
con la oscilacin libre de la drsena o por entrar en
resonancia con ellas.
Presentan peligro debido a que por ser onda
estacionaria y por su largo perodo dificultan los
trabajos en los puertos y pueden entrar en
resonancia con la oscilacin propia de las
embarcaciones atracadas.
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ONDAS LARGO PERIODO
T = 2 Le / n (g d) 1/2
Para drsenas cerradas
Para drsenas abiertas
T = 4 L / (1+2n) (g d) 1/2
L : Largo drsena
Le : Largo eje drsena
n : Nmero de nodos
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ONDAS LARGO PERIODO
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Para evitar los efectos de estas ondas se
efectan profundizaciones en las drsenas y se
construyen amortiguadores de ondas.
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ONDAS LARGO PERIODO
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Sobreelevaciones en la superficie del mar, en
los sectores costeros o de aguas poco
profundas por efecto de la accin del viento y
de las succiones provocadas por reas de baja
presin (temporales)
Las elevaciones del mar se deben al hecho que
los vientos de tormenta empujan el agua contra
la costa, provocndose por otro lado una
disminucin del nivel en el sector posterior al
lado desde el cual el viento sopla
MAREAS DE TORMENTA
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ONDAS LARGO PERIODO
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Desde el punto de vista de la ingeniera importa
principalmente la sobre-elevacin por cuanto
afectar el nivel del mar en el momento de actuar la
ola sobre las estructuras
Factores que intervienen en la determinacin de
esta marea:
Presin atmosfrica por efecto de succin
profundidad del fondo sobre el cual se
desarrolla la marea
elevacin por efecto del rompimiento de la ola
que se genera.
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ONDAS LARGO PERIODO
Ondas producidas por perturbaciones singulares en la corteza terrestre, (bajo el fondo marino o en las cercanas de la costa) generalmente a raiz de terremotos, y eventualmente por erupciones volcnicas, deslizamientos de tierras y meteoritos que impactan sobre el agua.
La mayora de los tsunamis se produce por efecto de los terremotos, por cuanto el 80% de la energa liberada por la tierra se produce bajo el fondo marino
TSUNAMIS
24 hr 12 hr 5 min 30 s 1 s 0.1 s Perodo
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ONDAS LARGO PERIODO
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Son ondas que viajan a gran velocidad
(en aguas profundas pueden alcanzar
hasta 800 km/hr) y tienen poca altura
(incluso decmetros) en su punto de
generacin o en aguas profundas,
pero que se incrementa violentamente
al llegar a aguas someras, pues al
disminuir la velocidad la energa
cintica se transforma en energa
potencial (pueden llegar a 30 m.).
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ONDAS LARGO PERIODO
G
J
Sus caractersticas fsicas se determinan por el concepto
de onda solitaria y su desarrollo, salvo la generacin, se
considera o estima igual que una ola,con perodos que
oscilan entre 15 y 60 minutos, la que rompe en aguas
bajas.
Son considerados como peligrosos los tsunamis que se
producen cuando:
M 6,30 + 0.01 H
M : Intensidad Terremoto en escala Richter
H : Distancia Focal o hipocentro (km)
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ONDAS LARGO PERIODO
Se puede determinar con cierto
grado de aproximacin los
tiempos que se demorar la
onda en afectar determinada
zona costera, basados en el
concepto de C = (g d)
Mediante los conceptos de run-up y todo el desarrollo del
rompimiento de olas se puede determinar en la costa los
daos o los sectores que pueden ser afectados por un
tsunami en el sector de la costa.
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ONDAS LARGO PERIODO
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http://www.vinadelmarchile.cl/upload/pagina_20120423211632_centro_vina.jpg -
ONDASDE LARGO PERIODO - Mareas
Oscilacin vertical y peridica del mar producida por la
atraccin de los astros sobre las molculas de agua.
La oscilacin, con perodos y alturas variables, se produce
cuando los astros, al girar en sus rbitas, se van
desplazando (en relacin a la tierra) y las molculas de
agua siguen su desplazamiento afectadas por la atraccin
gravitacional que stos ejercen sobre ellas .
MAREAS ASTRONMICAS
24 hr 12 hr 5 min 30 s 1 s 0.1 s Perodo
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ONDASDE LARGO PERIODO - Mareas
Por su largo perodo, (12,42 hrs.) es una onda larga,
de baja frecuencia, que se propaga,
fundamentalmente, en aguas poco profundas.
La esbeltez de la onda (H/L) es pequea por lo tanto
no se produce rompimiento de la onda.
La onda de marea es afectada por los fenmenos de
resonancia, interferencia con obstculos (masas de
tierra) , profundidad fondo marino respecto de la
superficie del agua y fuerza de coriolis.
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
Por tanto las ondas de mareas se producen
fundamentalmente debido a :
Fuerza de atraccin gravitacional (Sol - Tierra -
Luna)
Fuerza centrfuga por efecto de rotacin del conjunto
Tierra - Luna
Los astros que mayor influencia ejercen en la
determinacin de las mareas son el Sol y la Luna
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
Estos fenmenos fsicos
estn fundamentados
principalmente en la ley
gravitacional de Newton y
con las contribuciones de
Legrange, Laplace y otros
fsicos.
Constantes generales
G = Cte.gravitacional = 6.67 * 10 -11
Nm2/Kg2
R = radio terrestre: 6,37*106 m
r= Radio lunar : 1,738*106 m
M luna : 7.35 * 1022 Kgs
M Tierra : 5.98 * 1024 Kgs
M sol : 1,9684*1027 Kgs
Distancia Sol-Tierra : 149.6 * 109 m
R r
D : 384,4 * 106 m.
TIERRA M1 LUNA
M2
M 1 * M 2 F = G D
2
R
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
Del anlisis fsico de estas variables se puede
determinar que la relacin de atraccin
Luna -Tierra es 2 - 2.5 Sol-Tierra.
Por tanto la contribucin del Sol a las mareas es 0.4 a
0.5 veces la de la Luna
En consecuencia es de mayor importancia analizar
el conjunto tierra-luna
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
La atraccin de la luna sobre las superficies de agua, genera el
denominado bulbo de mareas
Fz
Fp
Fn
El movimiento de la luna en torno a la tierra genera una frecuencia
y resonancia que permite la formacin de las mareas
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
Las mareas tienen las siguientes caractersticas:
Altura o amplitud, corresponde a la sobreelevacin
del nivel del mar
Perodos que estn relacionados con las posiciones
relativas de la luna y sus movimientos astrales
La luna al girar alrededor de la
tierra genera dos posiciones que
afectan las condiciones de las
mareas :
Perigeo : ms cerca de la tierra
Apogeo : ms lejos de la tierra
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L.N
L. LL S
O
L TIERRA
ONDAS LARGO PERIODO
Fases de la Luna
Sisigia : (Luna Llena y Luna Nueva)
Alineacin entre Luna-Tierra-Sol,
dependiendo de posicin de Luna
se produce: Conjuncin u oposicin
La incorporacin del sol en este conjunto genera algunas
situaciones que afectarn invariablemente el sistema de
mareas
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S
O
L TIERRA
C. C
C. M
ONDAS LARGO PERIODO
Fases de la Luna
Cuadratura : (cuarto menguante y
cuarto creciente) Angulo recto
entre Luna-Tierra-Sol
Sisigia : (Luna Llena y Luna Nueva)
Alineacin entre Luna-Tierra-Sol,
dependiendo de posicin de Luna
se produce: Conjuncin u oposicin
La incorporacin del sol en este conjunto genera algunas
situaciones que afectarn invariablemente el sistema de
mareas
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ONDAS LARGO PERIODO
Fases de la Luna
La incorporacin del sol en este conjunto genera algunas
situaciones que afectarn invariablemente el sistema de
mareas
S
O
L TIERRA
C. C
C. M
L.N
L. LL
Sisigia : (Luna Llena y Luna Nueva)
Alineacin entre Luna-Tierra-Sol,
dependiendo de posicin de Luna
se produce: Conjuncin u oposicin
Cuadratura : (cuarto menguante y
cuarto creciente) Angulo recto
entre Luna-Tierra-Sol
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ONDAS LARGO PERIODO
De esta conjuncin de movimientos se pueden definir distintos tipos de mareas, dependiendo de la ubicacin de luna:
Mareas vivas : Se producen cuando la luna est en sisigia y corresponden a las mareas de mayor amplitud.
Mareas muertas : Se producen cuando la luna est en cuadratura y son mareas de poca amplitud.
Da lunar tiene 24.84 hrs. = 24 hrs. 50 min.
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ONDAS LARGO PERIODO
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Equinoccio de otoo
Equinoccio de primavera
Solsticio de
verano
Solsticio de
invierno
Fases de la Tierra
Las mareas ms altas se producen cuando el sol est en equinoccio y la luna en sisigia y reciben el nombre de mareas de sisigia equinocciales
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ONDAS LARGO PERIODO
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Fases de la Tierra
A pesar de los diferentes movimientos, se puede definir
caractersticas estables en el movimiento de las mareas,
debido a la regularidad de los movimientos astrales, lo que
permite predecir las mareas astronmicas .
La luna cumple un ciclo completo cada 18.6 aos, conocido como
ciclo de Metn
Las mareas no tienen las mismas caractersticas en todos los
lugares y son ms importantes en las zonas de aguas bajas o
sectores cerrados por efecto de la poca profundidad de la
plataforma submarina
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
PREDICCIN DE MAREAS
Debido a la regularidad de los movimientos astrales se
pueden definir variables astronmicas que permiten modelar
la oscilacin de las mareas como una serie de trminos
armnicos, por medio de una serie de Fourier, que debe
considerar diversas componentes entre las cuales la luna y
sol son las principales .
Para tener un anlisis aceptable se deben efectuar
mediciones de mareas a lo menos durante un mes, y el
perodo que mejores predicciones permite es el de 18.6 aos.
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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PREDICCIN DE MAREAS
Estos factores entregan un elemento determinstico en la
prediccin de las mareas, sin embargo existen componentes
estocsticas que no pertenecen a las condiciones
astronmicas, como ser :
Factores meteorolgicos : Presin esttica,
Viento sostenido,
Tormentas locales, etc.
Factores Climticos : Fluctuaciones de largo perodo (> 1
mes) (El Nio)
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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Efecto de Coriolis : en el cual se generan puntos en los cuales la marea es cero, que reciben el nombre de puntos anfidrmicos, desde los cuales se generan
las lneas cotidales o de cofase, que son lugares donde la marea alta se produce a
una misma hora, referida al da lunar
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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Otro factores que determinan o intervienen en las mareas, adems del equilibrio de fuerzas de atraccin son:
- friccin interna, viscosidad,
- densidad ( Ej . distribucin espacial de salinidad)
- mareas geolgicas ( por frote de capas de tectnicas)
- condiciones geogrficas ( desembocaduras de ros, estuarios, etc .)
Las mareas, se hacen ms evidentes y ms activas en aquellos lugares en que hay bajas profundidades, (cercanas a la costa), estuarios y focos cerrados de agua y generalmente se desplazan de norte a sur
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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MAREAS SEMIDIURNAS
MAREAS DIURNAS
MAREAS MIXTAS
En la generalidad de los casos se producen dos
mareas altas y dos bajas en un da lunar,
(semidiurnas)
Para establecer el tipo de rgimen de mareas
que predomina en un sector se debe recurrir a
los registros de mareas locales y definir el
criterio de Courtier :
SISTEMAS DE MAREAS
= (K1 + O1 ) / (M2 + S2 )
las variables corresponden a componentes
armnicas astronmicas
Si = 0.25 se trata de mareas Semi diurnas
Debido a que el perodo lunar es de 12,42 hrs.
las mareas se desfasan (adelantan) 50 min/da
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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En nuestro pas se producen dos ciclos de marea por da, denominados Altas y Bajas con intervalos aproximados de 12hr . 25 min.
Los parmetros importantes en este ciclo son = Las Bajas Mareas, Las Altas Mareas y el Nivel Medio del Mar .
CARACTERIZACIN DE MAREAS
altura
tiempo (hrs)0 hr. 0' 12 hr. 25' 24 hr. 50'
N.M.M.
crecientevaciante
amplitud de
marea
desigualdad diaria
plea mar
baja mar
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
Para la determinacin de los parmetros de las mareas se deben efectuar mediciones en terreno que permitan establecer los datums., o niveles de referencia .
MEDICION DE MAREAS
Existen dos tipos de mediciones:
Directa : Limnmetro
Indirecta : Maregrafos
Flotador
Presin
Acstico
Las observaciones se grafican en los
mareogramas
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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Limnmetros o
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GJC
ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
GJC
compensador
flotador
inscriptor
contrapeso
Maregrafo de Presin
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
DATUMS
Datum ms conocido es el Nivel Medio del Mar (NMM), utilizado por
el SGM y es el nivel de referencia para las mediciones topogrficas y
geodsicas, y es constante para todo el pas.
Se determina despus de observaciones largas (aprox. 18.6 aos)
mediante la concatenacin de los datos astronmicos, variaciones
locales de mareas, en la que se incluyen los elementos estocsticos, en
una serie de Fourier
Este periodo de observaciones es el ptimo por cuanto se completa un
ciclo de Metn y se pueden tener mejores estadsticas de los fenmenos
estocsticos que interfieren en las mareas.
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GJC
ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
En aquellos casos en que es necesario establecer el NMM en forma
aproximada y donde no existan mtodos que otorguen antecedentes de
largo plazo, existen sistemas que entregan una buena aproximacin al
valor exacto, como ser el de la desigualdad diaria.
En nuestro pas el organismo encargado de regular estos
sistemas a fin de otorgarles valor hidrogrfico es el
SERVICIO HIDROGRAFICO Y OCEANOGAFICO DE LA
ARMADA (SHOA) .
(Ver Publicacin SHOA N 3202)
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
Si bien el NMM es de gran utilidad, para los efectos de navegacin e ingeniera martima tiene relevancia otro datum que recibe el nombre de NIVEL DE REDUCCION DE SONDAS (NRS)
El NRS corresponde al nivel de las ms bajas mareas, y es nico para cada lugar .
NRS
NMM
PLEA MAR
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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Para tal efecto se publica la TABLA DE MAREAS en la cual se sealan
las prescripciones de mareas del ao para los puertos principales, lo cual
permite tener una buena aproximacin de las mareas que se producirn en
el tiempo
DETERMINACION DE LAS ALTURAS DE MAREAS
El SHOA mantiene un sistema de red mareogrfica que permite efectuar
las predicciones de mareas con bastante antelacin producto de
observaciones de largo plazo y anlisis de las constantes astronmicas.
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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En estas tablas las alturas de las mareas se determinan en funcin del
Nivel de Reduccin de Sondas, y se establecen en funcin de la calidad y
cantidad de observaciones
Puertos Patrones de Mareas Puertos Secundarios de Mareas
DETERMINACION DE LAS ALTURAS DE MAREAS
Estacin mareogrfica perma-
nente que permite tener
observaciones constantes de las
mareas.
Estacin mareogrfica no perma-
nente que permite tener
observaciones aleatorias que
posteriormente se relacionan con
las mediciones de los puertos
patrones de marea
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Tabla de mareas
ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
Perodo Duracin (hr.m). Amplitud (m)
Llenante 6 : 40 1.16
Vaciante 6 : 49 1.26
Llenante 5 : 36 0.71
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
NRS
Determinacin de marea en
cualquier hora
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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ejemplo
Calcular marea a las 17:30 hrs del da 30- 09-2013
Mareas del da 22 04.2013
00:30 0,70
06:55 1,25
13:34 0,53
19:40 1,11
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
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Aplicacin terica
K = c/2 * (1-cos(180*(b/a))
a = duracin de la vaciante o llenante
b = diferencia de hora considerada con plea o baja ms cercana
c = amplitud de marea
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
GJC
Importancia de su determinacin
Navegacin
Obras Martimas
- Definicin del fondo marino
(batimetra)
- Definicin de cotas de
coronamiento de
estructuras
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GJC
ELEMENTOS DE OCEANOGRAFIA
INGENIERIA DE OBRAS MARTIMAS
BATIM,ETRAS
BATIMETRAS
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BATIMETRAS
GJC
LEVANTAMIENTOS BATIMTRICOS
Cercanos a la costa
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GJC
LEVANTAMIENTOS BATIMTRICOS
Cercanos a la costa
NRS A. Marea
Cota
a
x
Base Topogrfica
- Se debe fijar una base topogrfica que cubra el sector a levantar
- Se debe fijar rumbos los cuales deben ser controlados y guiados taquimtricamente
- Los puntos de toma de la sonda son controlados por medio de interseccin topogrfica
- Se debe tener un control de mareas permanente y una coordinacin horaria entre las bases en tierra y el operador en la embarcacin,
BATIMETRAS
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GJC
D
Escandallo Ecosonda
BATIMETRAS
http://www.google.cl/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=vRX6JfVMJrqVxM&tbnid=uTHp9u6bqqoV9M:&ved=0CAUQjRw&url=http%3A%2F%2Fwww.latiendadelnavegante.com%2Fproductos.asp%3Fc%3D0701490130&ei=OiSEUeaXGoi-9QTk0ICwAw&bvm=bv.45960087,d.dmQ&psig=AFQjCNGBZeIGTNdbHrj_QJMJztTYnVZApg&ust=1367700845960527 -
GJC
D
Escandallo Ecosonda
1 m2
Veriles Lneas que unen puntos de igual cota
Planos Batimtricos Similar que planos topogrficos con la diferencia que cotas de los veriles se
sealan con valor negativo por estar bajo
en NRS.
Levantamiento en sector sobre agua debe
relacionarse con NRS
Un punto de
sonda
representa
un
superficie
aproximada
de 1 m2
BATIMETRAS
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ECOGRAMA DE SONDAJE BATIMTRICO
Seala la profundidad del fondo resapecto del punto de emisin del eco (transducer)
Prueba de control de plancha para calibrar el instrumento
se utiliza una especie de
escandallo.
BATIMETRAS
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Lejanos a la costa
Se utilizan para estos levantamientos embarcaciones especialmente
dotadas para el efecto. La ubicacin y el rumbo se determinan por
medio de los sistemas propios de navegacin, los cuales son bastante
precisos.
Emisor
del eco
Receptor
del eco
BATIMETRAS
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ONDAS LARGO PERIODO - Mareas
GJC
Con estos sistemas se definen las Cartas Nuticas, con valor internacional
Navegacin
Estudios de olas