Semejanza, escalas y modelos físicos en ingeniería costera: resumen de apuntes

Tipos de Semejanza y Escalas en Modelos Físicos

La teoría de modelos físicos se basa en magnitudes fundamentales. Existen tres tipos de semejanza:

• Semejanza Geométrica: La relación modelo-prototipo es constante.
• Semejanza Cinemática: Similitud de movimientos, con trayectorias homólogas.
• Semejanza Dinámica: Relación de masas constante.

Destaca la semejanza de Froude: v / √(gD).

Clasificación de Obras Marítimas por Peso

De mayor a menor peso:

• Irrebasable
• De baja cota
• Sumergido
• De arrecife

Limitaciones del Equilibrio de Dean y Modificaciones

El equilibrio de Dean describe una playa en equilibrio con transporte neto constante e independiente del transversal (sin difracción). La disipación de energía es constante por unidad de volumen. La evolución de la altura de ola sigue Hb = hb * 0.7. Se asume la ausencia de mareas, y una batimetría rectilínea y paralela.

Algunas modificaciones incluyen:

• Dn50 variable
• Disipación de energía variable
• Perfiles incompletos
• Perfiles singulares
• Perfil biparabólico
• Perfil de gravas

Factores en la Alimentación Superficial de Playas

Los factores a considerar en la alimentación superficial de playas son:

• Grado de ocupación de la playa
• Geometría de la playa
• Dimensión de la playa seca
• Condiciones de seguridad del baño
• Características de los sedimentos
• Perfil de la playa

Factores para Escoger el Banco de Préstamo para la Alimentación

Los factores a considerar al escoger un banco de préstamo son:

• Sin finos en suspensión
• Diámetros pequeños (0,2-0,4 mm)
• Compatibilidad con el material nativo
• Tamaño de préstamo mayor que el nativo
• Formas redondeadas
• Tipo de material
• Colores que encajen con el entorno
• Procedencia del entorno

Diferencias entre Rip-Current y Undertow

Undertow es una corriente floja, que representa el retorno del agua entre ola y ola. Genera movimiento de sedimentos. La gravedad impulsa el agua de vuelta y no es peligrosa.

Rip current son corrientes de mayor intensidad que se producen por la rotura irregular de las olas a lo largo de la cresta. Llegan con mucha energía a la costa y regresan hacia el mar cada 100-400 m. No mueven sedimentos. Son peligrosas, y su intensidad aumenta con la energía, la pendiente y el calado.

Grano de Arena (Phi)

Phi = Ln(D) / Ln(2)

Hipótesis de la Refracción

1. Periodo constante: sen(a0) / sen(ai) = Co / Ci = Lo / Li
2. Flujo de energía entre dos ortogonales constante: Fo = Fi → Hi / Ho = √(cos(a0) / cos(ai))
3. Flujo de energía en todo el frente constante
4. La celeridad es función de la profundidad: c = f(h); c = (gT / 2π) * tanh(2π * h / L)
5. Avance lento
6. Batimetría rectilínea y paralela
7. Costa paralela a la batimetría

Refracción y Difracción

Difracción: Expansión lateral de la energía del oleaje por la presencia de un obstáculo captor de energía.

Refracción: Expansión frontal de la energía del oleaje.

Diferencias entre Refracción y Difracción

La difracción es funcional, un problema de régimen medio que se da en transición. Depende del periodo y la altura de ola. Involucra pocas longitudes de onda y se trata con distribuciones de Gauss o Weibull (régimen medio).

La refracción sucede en transición, es sensible al periodo, y es un problema de extremos (ELU) con muchas longitudes de onda. Se trata con distribuciones de Gumbel o Weibull (régimen extremal).

Definición de Asomeramiento

El asomeramiento se produce cuando empieza a reducirse notablemente la altura del lecho marino. Se produce peraltamiento de la ola. Es una parte de la refracción que afecta solo al frente de rayo. Todos sus puntos avanzan con la misma celeridad.

Empleo de N=100 en Método Asintótico para Paso de Régimen Medio a Extremal

F = 1 - 1/N. Es un método que proporciona un 99% de confianza (F = 0.99). OE = 0.3752 * ON. UE = 2.3264 + ON + UN.

Programa ROM (Recomendaciones de Obras Marítimas)

El programa ROM define los siguientes índices:

• IRE (Índice de Repercusión Económica): Define la vida útil mínima (n). Baja: r1 (15 años); Media: r2 (25 años); Alta: r3 (50 años).
• ISA (Índice de Impacto Social y Ambiental): Define la probabilidad de fallo. Si falla la obra marítima, puede haber pérdidas humanas y ambientales. Muy bajo: s1 (0.2); Bajo: s2 (0.1); Medio: s3 (0.01); Elevado: s4 (0.0001).

El programa ROM también describe el procedimiento general de cálculo y las acciones a tomar.

Métodos para Determinar los Regímenes de Oleaje

• ELS (Estados Límite de Servicio) - Régimen medio: Nivel de Gauss, Nivel de Weibull.
• ELU (Estados Límite Últimos) - Régimen extremal: Gumbel, Weibull, Frechet (para viento, no oleaje).

Método de Gauss: Integrando la previsión de oleaje, se obtiene la distribución media anual de estados de oleaje.

Método de Gumbel: Método directo-asintótico, que obtiene la distribución extremal.

Distribuciones Estadísticas Más Usuales

• Olas: Gumbel (doble exponencial), Weibull (exponencial).
• Viento: Frechet.

Hipótesis del Campo de Presión

1. Fluido incompresible.
2. Flujo irrotacional (rot = 0).
3. Conservación de la cantidad de movimiento.

Métodos de POT, GODA y Picos sobre Umbral

Estos métodos se basan en:

• Distribución discreta (0,1): Número de temporales al año por encima del umbral (Poisson).
• Distribución continua: Weibull.

Clasificación de Ondas

• Capilares (<0.15 s)
• Ultragravedad (0.15-1 s)
• Gravedad (1-30 s)
• Infragravedad (>30 s)
• Seiche (varios minutos)
• Tsunami (5-10 min)
• Marea (semi-diurna: 12h 25min; diurna: 24h 50min; transtidales)

Ciclogénesis Explosiva, Gota Fría y DANA

La ciclogénesis explosiva es una borrasca nueva que disminuye su presión en 20 mb en 24 horas. La gota fría se produce cuando sopla el viento húmedo de levante, la temperatura del mar es alta y hay inestabilidad en las capas altas de la atmósfera. La DANA es una Depresión Aislada en Niveles Altos.

Hipótesis del Campo de Presión (Repetido)

Fluido incompresible, flujo irrotacional y conservación de la cantidad de movimiento.