UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMADE MÉXICO

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORESCAMPUS ARAGÓN

Ing. Civil

OLEAJE Y MAREASPor:

MERINO GARCÍA ALEJANDROLOPEZ RUIZ JOSE EDUARDO

Profesor:TORRES ORTIZ VALENTE

Materia: RIOS Y COSTAS

Grupo: 2951

Fecha: 11/03/2013

TEMA II OLEAJE Y MAREAS

El oleaje.

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 a cabo esta actividad ya que las olas tienen mayor tamaño y aparecen con mas fuerzas de lo normal y los mas importante una tras otra de manera inusual.

Para facilitar el trabajo se necesita un modelo matemático que se acerque a la 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.

Este producto, el modelo, tiene la característica que nunca será final ya que siempre estará sujeto a pruebas continuas de comparación con los hechos reales observados mediante diferentes métodos y técnicas.

Mientras mayor sea nuestra capacidad de observación (tanto en escalas espacial como temporales), más podremos saber del fenómeno en cuestión y podremos validar o rechazar el modelo propuesto.

Clasificación de las Ondas.

Las ondas se clasifican según distintos criterios como son:

a) El tipo de perturbación.

Naturaleza de la perturbación: Las ondas mecánicas son perturbaciones materiales o mecánicas como un golpe, una ruptura o una vibración. Su característica principal es que para propagarse necesitan de un medio material que puede ser un sólido, líquido o un gas.

Ejemplo: Una onda sísmica necesita un medio solido (tierra) para propagarse. El sonido también se propaga, pero su medio normal es el gaseoso (aire).

Ondas Electromagnéticas: Las perturbaciones son de origen eléctrico y magnético. Las antenas emisoras de radio y televisión son de este tipo, la principal característica de este tipo de onda es que se propagan en el vacío, pero también lo pueden hacer en un medio material.

Ejemplo: La luz visible, los rayos X y microondas.

b) La dirección de vibración.

Las Ondas Transversales: Las partículas se mueven cíclicamente de arriba hacia abajo, la dirección en que vibran las moléculas del medio material por el que se propaga es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda.

Ejemplo: Ondas superficiales en el agua, cuerda de guitarra.

Ondas Longitudinales: Estas hacen vibrar a las moléculas del medio, en la misma dirección en que se propagan.

Ejemplo: Sonido emitido por platillos de una bacteria. Estas perturbaciones hacen que las moléculas de aire oscilen en la misma dirección en que se propaga el sonido.

c) El sentido de propagación.

Ondas Viajeras: La onda se propaga partiendo de una fuente y recorre grandes distancias.

Ejemplo: Una onda de radio.

Ondas Estacionarias: Se forman cuando una onda viajera se refleja invertida respecto de la onda incidente, en un extremo de un medio dada. En este caso ambas ondas se superponen, originando una onda que pareciera estar fija.

Ejemplo: Una cuerda de guitarra, flautas, el flameo de una bandera. Las ondas estacionarias no se propagan libremente sino que están confinadas en una región del espacio.

Ondas Armónicas: Los pulsos que producen la vibración se suceden con un periodo fijo; es decir, están espaciadas con igual intervalo de tiempo. A este tipo de ondas se le denominaba: periódicas.

Teoría del oleaje. Primera aproximación de Stokes.

Las olas son producidas por diferentes causas. Existen olas que son generadas por el viento, por las mareas, por tormentas, por oscilaciones o por terremotos. Estas últimas se conocen como Tsunamis; son olas que alcanzan alturas considerables cuando rompen contra las costas.

Para que se genere una ola se requiere que exista una fuente de energía que, al transmitir al agua en reposo una cantidad determinada de energía, produce un movimiento oscilatorio de las partículas del líquido sin que haya un transporte importante de masa. Este movimiento oscilatorio es similar al que se induce por vibración a una cuerda que esté fija por sus dos extremos. Como se verá más adelante, la propagación de la energía dentro de la masa de agua está relacionada estrechamente con la propagación de las olas que se generan con esa energía.

El desarrollo de la Teoría de las olas se basa en la aplicación de las ecuaciones de Navier-Stokes en el flujo de fluidos 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.

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 ir rotacional y utiliza solamente el primer término de la ecuación de Navier-Stokes. El resultado es una Ola Sinusoidal que tiene las siguientes características:

Los tres valores que caracterizan una ola son:

H=AlturaL=LongitudT = Período.

El período T es una característica constante de la Ola durante su existencia. La longitud L y la altura H se modifican a medida que la Ola se desplaza desde el mar hacia la costa.

Se define como Mar Profundo aquel en el cual la relación entre la Longitud de la Ola y la Profundidad del agua es mayor que 2. Cuando la Ola está en mar profundo la rugosidad del fondo no afecta su comportamiento, pero a medida que entra al mar poco profundo la Longitud de la Ola tiende a disminuír y la Altura a aumentar por efecto de la fricción de la masa de agua con el fondo.

Las siguientes son las características de una Ola individual en mar profundo:

d = Profundidad del agua.d / Lo > 1/2

Ho = Altura de la Ola.Lo = Longitud de la Ola.T = período.Co = Celeridad o Velocidad de Fase = Lo / T

Co = 1.56 T m/s (sistema métrico)

El mar es Medianamente profundo cuando la relación d/L está comtprendida entre 1/2 y 1/10. En este caso se tienen las siguientes relaciones:

L = Lo tgh KdC = Co tgh Kd

tgh Kd = tangente hiperbólica de Kd, donde K es el Número de la Ola ( K = 2 Pi / L )

Cuando d/L es menor que 1/10 la profundidad del agua es muy pequeña y se aceptan las siguientes aproximaciones:

L = T ( gd )1/2

C = ( gd )1/2

g = 9.81 m/s2.

Geometría estadística del oleaje. Distribución de Raleigh.

Para que se pueda realizar el análisis estadístico de las olas es necesario tener un registro de olas en el sector de interés. Desafortunadamente estos registros existen en muy pocos lugares del mundo debido a los altos costos de los equipos de registro y procesamiento de datos.

Cuando se tienen los datos históricos se seleccionan los trenes de olas que han ocurrido a lo largo de varios años, se determinan amplitudes y períodos de las olas y se aplican los métodos estadísticos se describen en la literatura especializada ( Longuett-Higgins, Ippen, Wiegel) para determinar la magnitud y el período de la Ola Significativa y de las Olas Máximas esperadas.

En una serie de olas, ordenadas de mayor a menor según su amplitud, la Ola significativa se define como el promedio de las amplitudes de las olas que están en el tercio superior de la serie.

La batimetría es la ciencia que mide las profundidades marinas para determinar la topografía del fondo del mar, lacustre o fluvial actualmente las mediciones son realizadas por GPS diferencial para una posición exacta, y con sonadores hidrográficos mono o multihaz para determinar la profundidad exacta, todo ello se va procesando en un ordenador de a bordo para confeccionar la carta batimétrica. El conocimiento de las profundidades de un área tiene gran importancia para la seguridad de la navegación. La información batimétrica puede utilizarse para diversos fines, como la ingeniería costera (instalación de estructuras, construcción de muelles, dragados, etc.) y para estudios científicos.Una Carta batimétrica es un mapa que representa la forma del fondo de un cuerpo de agua, normalmente por medio de líneas de profundidad, llamadas isobatas, que son las líneas que unen una misma profundidad, las líneas isibáticas son los veriles que nos indican la profundidad en las cartas de navegación.

Mares

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 arena en el mundo 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.

Marea baja o bajamar: momento opuesto, en que el mar alcanza su menor altura.El tiempo aproximado entre una pleamar y la bajamar es de 6 horas, completando un ciclo de 24 horas 50 minutos.

Flujo: el flujo es el proceso de ascenso lento y continuo de las aguas marinas, debido al incremento progresivo de la atracción lunar o solar o de ambas atracciones en el caso de luna nueva y de luna llena.

Reflujo: el reflujo es el proceso de descenso de las aguas marinas, lento y progresivo, debido a la decadencia de la atracción lunar o solar.

Carrera o amplitud de marea: diferencia de altura entre pleamar y bajamar.

Rango micromareal: cuando la carrera de marea es menor de 2 metros.

Rango mesomareal: cuando la carrera de marea está comprendida entre los 2 metros y los 4 metros.

Rango macromareal: cuando la carrera de marea es mayor de 4 metros.

Semiperíodo de marea: diferencia en el tiempo entre pleamar y bajamar.

Estoa de marea: es el momento en el que el nivel permanece fijo en la pleamar o en la bajamar.

Estoa de corriente: es el instante en que la corriente asociada a la marea se anula

Establecimiento del puerto: es el desfase existente, debido a la inercia de la hidrosfera, entre el paso de la Luna por el meridiano del lugar y la aparición de la pleamar siguiente.

Edad de la marea: es el desfase existente, por la misma razón, entre el paso de la Luna llena por el meridiano del lugar y la máxima pleamar mensual siguiente.

Unidad de altura: promedio durante 19 años (un ciclo nodal o ciclo de metón) de las dos máximas carreras de marea (equinoccios) de cada año del ciclo.

Marea viva, alta o sizigia: son las mareas que se producen con la luna llena y la luna nueva, cuando el Sol, la Luna y la Tierra se encuentran alineados. La Marea Viva que se produce durante la fase de Luna Nueva se denomina "Marea Viva de Conjunción"; y la que se produce mientras tiene lugar la fase de luna llena se llama "Marea Viva de Oposición".

Marea muerta, baja o de cuadratura: son las mareas que se producen durante las fases de Cuarto Creciente yCuarto Menguante, cuando las posiciones de la Tierra, el Sol y la Luna forman un ángulo aparente de 90º.

Líneas cotidales: las líneas cotidales (del inglés tide: marea), son las líneas que unen los puntos en los cuales la pleamar es simultánea.

Puntos anfidrómicos o puntos de anfidromia: son zonas hacia las cuales convergen las líneas cotidales y en las que la amplitud de la marea es cero.

Puerto patrón: son los puntos geográficos para las cuales se calcula y publica la predicción de fecha y altura de marea.

Puerto secundario: son puntos geográficos de interés para el navegante pero que no tienen publicado un cálculo de predicción de mareas, pero sí una corrección en cuanto a hora y altura que los refiere a un puerto patrón y mediante la cual se puede determinar igualmente los datos de marea.

Tablas de marea: son las publicaciones anuales con la predicción diaria de la altura de marea. Suministran, entre otros datos, fecha, hora y altura de marea para diferentes puntos a lo largo del litoral marítimo.