Ingeniería de Costas pdf

Docente: M.Sc. Ing. Zivko Gencel, Semestre II, año académico 2009

l Primer capitulo:

Importancia del mar para la Importancia del mar para la humanidad y Aspectos generales y Alimentación y Transporte y Materias primas y energía y Ambiente

Aspectos generales sobre mares y Aspectos generales sobre mares y océanos y El origen de la vida se dió en océanos hace 2700

millones de años o más

Según algunas teorías la vida ha surgido en cercanía de alguna fuente hidrotermal como son las “fumarolas negras”

y Los océanos y mares ocupan 361 millón de kilómetros

cuadrados ó 71% de la superficie terrestre Almacenan cuadrados ó 71% de la superficie terrestre. Almacenan casi 97% de agua en la tierra ó 1 370 000´000,000. g millones de metros cúbicos. Casi todo el agua dulce que puede aprovecharse para el consumo humano (que es menos de 1% de todas las aguas ) proviene de las precipitaciones originadas por e aporación de las precipitaciones originadas por evaporación de océanos y mares. y Las costas e islas han sido lugar de hábitat del ser humano desde sus orígenes (se estima hace unos 3 a 2 millones de años) y La ingeniería de costas nace como natural proceso de adaptación del medio ambiente a las diferentes necesidades de los humanos

Medio marítimo esta compuesto por: y Oceanos: Pacifico

Atlantico Indico Arctico • Mares : Continentales – Mar Negro, Mar Rojo, Mar Cortez, Interiores ‐ Mar Muerto, Mar Caspio Costeros ‐ partes de oceanos en zonas costeras

Nombres de formaciones asociadas Nombres de formaciones asociadas con mares y océanos y Península, y Istmo – franja angosta de tierra entre dos continentes y/o partes grandes de y y y y y y y y y y y

superficies terrestres, Golfo y bahía (menor que golfo), y ( q g ), Ensenada ‐ penetración del mar en la tierra, Rada ‐ semejante a ensenada, se usa para fondeo de barcos (harbour) Bajo – profundo fondo del mar Barra acumulación de sedimento del fondo coincidente con la línea de Barra‐ rompiente de olas Atolón –natural formación paralela a la costa (corales) o obra de rompeolas Estrecho –paso , angosta superficie del mar entre dos mares y/o océanos Fiordo – i d entrada del mar a la tierra que tiene características de un cañón d d l l i i í i d ó Estuario – desembocadura de un rio de gran ancho que se confunde con la superficie del mar Laguna – g mar que penetra subterráneamente a una depresión de tierra q p p Litoral – contacto de la tierra con el mar

El medio ambiente marítimo – de las costas tiene suma importancia para ser humano, no solamente por brindarle un espacio para la sobrevivencia sino también como un medio que lo inspira y rehabilita

El mar como fuente de alimentos y Alimento mineral: agua y sal

y Planta desalinizadora

y Peces, moluscos y algas

Sardina Caballa

Atún

Mejillón Mero Algas

El mar es fuente de alimentos

y

FONDOS O OS MARINOS R OS

Corriente ascendente litoral

Las cinco zonas mundiales de mayor población ictiológica Las cinco zonas mundiales de mayor población ictiológica debido a la presencia de las corrientes ascendentes de agua fría rica en plancton

y MAR PERUANO. y Es unos de los cinco mares mares mas ricos del mundo q que en conjunto j

aseguran el 40% de la pesca mundial; con una variedad de peces . El mar peruano se ubica en el Océano Pacífico. Se extiende entre el litoral y una línea imaginaria paralela a esta; situada a 200 millas (370 km ‐ limitación fijada durante el gobierno del Dr. José Luis Bustamante y Rivero 1947).

El Sistema de la Corriente de Humboldt (SCH), un ecosistema único Perú: campeón mundial de la producción en peces: d l %d l f d l d ¡Con menos del 0.1% de la superficie de los océanos, este sistema produce 10% de las capturas mundiales!

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Estragos globales del Niño de 1972

T R A N S P O R T E y La disposición natural de continentes y océanos en el

planeta, así como la ausencia de vías terrestres de comunicación en la víspera de conversión del ser humano de errante buscador de alimentos al poblador, asentado en una zona especifica, ha hecho que los cursos de agua, agua superficies lacustres y marítimas se conviertan en primeros caminos usados para las necesidades de traslado. “Se considera que la navegación ió es tan antigua i como la l propia i humanidad h id d y su desarrollo, al igual que el de otras ciencias y tecnología, g ha p presentado una evolución q que ha corrido paralela a la del hombre.” (bibl. 4)

Transporte ‐ continuación y El primer instrumento que se cree que fue utilizado p q q

para la navegación es la brújula, considerándose que los noruegos, en el año 868, fueron los primeros en hacerlo para orientarse en sus viajes hacia Islandia; sin embargo, el primer reporte escrito en cuanto a su fabricación se encuentra en la literatura china del año 424 a.C. y la primera noticia sobre el uso de la aguja C l i ti i b l d l j imantada como ayuda para navegar está en un informe del año 1115. (bibl. 4)

y

Desarrollo histórico de vehículos acuáticos Las sociedades primitivas usaban para trasladarse por el agua, balsas o canoas, cubiertas con pieles o cortezas, y piraguas construidas con troncos vaciados. Las embarcaciones más complejas p j de este tipo p se cubrían con un armazón de madera, formado por costillas y piezas longitudinales, con un forro de tablas de madera delgadas. Los modernos modelos que se utilizan en Europa se desarrollaron a partir de aquellos barcos primitivos que usaron los egipcios y otros pueblos mediterráneos. (www.galeon.com/home3/ciencia/canoa.jpg) El progreso de la tecnología de construcción de barcos fue promovido por razones militares y de comercio que ofrecía grandes ganancias. Así, nacen vehículos cada vez mas grandes, seguros y cómodos y/o peligrosos cuando de uso militar se trata. La historia de barcos egipcios de 20 remos se remonta a 3,000 años a.C. Las carabelas hicieron posible el descubrimiento de Américas. Los remos y velas dominaron los mares hasta 1776, cuando se empezó usar la maquina de vapor ; en escala grande en EE.UU. –R. Fulton 1807. Hoy hay mas de 100,000 barcos y los mas grandes tienen capacidades mayores que 500,000. toneladas

HOY

EN LOS TIEMPOS ACTUALES…

Comparación del costo de t transporte de una tonelada de carga t d t l d d a distancia de una milla a distancia de una milla y

Table 1

Comparing Freight Modes – Per Ton-Mile (Grier, 2002)

Cost Units Barge Rail Truck

Fuel Use Hydrocar bons

Cents Gallons 0.002 0.97 0.005 2.53 0.017 5 35 5.35

Lbs.

CO

NOx

Lbs.

Lbs.

0.09

0.20

0.53

0.46

0.64

1.83

0.63

1.90

10.17

Vías marítimas mundiales en el pasado y hoy y

Vías marítimas mundiales en el pasado y hoy y

Canal de Panamá Canal de Panamá y y

y

Canal de Panamá En la imagen se aprecia una de las seis esclusas, tres en la vertiente atlántica y tres en la pacífica, que constituyen el canal de Panamá. En 1991 más de 12.500 buques comerciales, con un cargamento de más de 164 d á d 6 millones de toneladas, atravesaron el canal. La travesía dura entre siete y ocho horas y su costo varia entre unos cien mil dolares US hasta doscientos cincuenta mil para barcos que necesitan pase rapido y con cargas especiales. Archivo Fotográfico Oronoz g

y

Canal de Panama ha sido gestionado como proyecto desde cuando los primeros colonizadores españoles conocieron el istmo de Panama, quiere decir primeros y quince años del ciglo XVI. Su construcción se inicia el año 1881 bajo la dirección de Ferdinando de Lesseps siendo interrumpida su construcción el año 1889 reanudada Ferdinando de Lesseps siendo interrumpida su construcción el año 1889 y reanudada por americanos el 1905. El 15 de Agosto del año 1914 el canal fue terminado y puesto en marcha. El año 1979 se firmó nuevo tratado con EE.UU. y fue devuelto a Panamá g y recién el año 1999. Tiene 83km de longitud total, incluyendo unos 19 km de canal dragado en suelo de ambas costas y supera una diferencia de altura de 26m!

Iniciativa de Integración Regional Sudamericana, IIRSA,

Las Carreteras Interoceánicas abarcan 2600 km , por ahora, e incluyen 22 puentes. También, permitirá al Brasil obtener su ansiada salida al Océano Pacifico a través de los puertos peruanos de Marcona,, Matarani,, Ilo, Callao y Paita. Finalmente la longitud total será de ,5 km ! 10,500.

Puerto de Paita

Ventajas de carreteras interoceánicas y

Vías marítimas mundiales en el pasado y hoy ‐ continuación

y

Canal de Suez construido en id el año 1869

Diariamente pasan 72 barcos de los cuales dos de cada tres son petroleros

y El canal de Suez es

una vía artificial de navegación que une el Mar Mediterráneo M M dit á con el Mar Rojo, entre África y Asia, a través del istmo de Suez, de la península del Sinaí. El canal se encuentra en l t territorio de Egipto. y Su longitud es de 163 km entre Puerto Saíd (en la ribera mediterránea) y Suez d ) (en la costa del mar Rojo). Permitió acortar la ruta del comercio marítimo entre Europa y el sur de Asia, pues l d evitaba tener que rodear el continente africano. y

Canal de Korinto – fue construido el año 1893 fue construido el año 1893 Canal de Korinto y

El imperador romano Nerón el año 67 de nuestra era inició personalmente su construcción inició personalmente su construcción y

Río y Canal San Lorenzo… comunican el Océano Atlántico con el lago Ontario en Canadá que Canadá comparte con EE.UU permitiendo ingreso de barcos transoceanicos que entren al lago

y

Energías del mar y Vientos de altamar, y Olas, causadas por el viento, y Mareas y Corrientes causadas por vientos, gradientes termales

( la temperatura desciende 20˚C desde la superficie hasta una profundidad de 500m ) y grandes corrientes oceánicas

Necesidad de Investigación

Investigacion es marítimas

equipo disponible / instrumentación

plataforma de observación

•buques de investigación •anclajes de instrumentos •satélites sumergibles •sumergibles •vehículos remolcados •flotadores y boyas de deriva

medición de propiedades oceanográficas (temperatura, salinidad, oxígeno, nutrientes, trazadores)

•termómetros reversibles •botellas Nansen y Niskin •CTDs dispositivos múltiples para muestreos •dispositivos múltiples para muestreos de agua •termosalinógrafos •sensores remotos

medición de propiedades dinámicas •correntómetros (corrientes, olas, nivel del mar, procesos •olígrafos de mezcla) •mareógrafos •sensores remotos •sensores de turbulencia

ESTUDIOS OCEANOGRÁFICOS ¿se requiere de mediciones? ¿cuáles? ¿cómo medir?

El buque australiano de investigación Franklin en el puerto de Darwin.

y

Franklin, visto durante la colocación de una boya superficial para las mediciones l d meteorológicas y oceanográficas.

d l b ld lb l Esquema de la cubierta principal del buque australiano de la investigación Franklin

11. laboratorio húmedo (CTD y el área múltiple para el muestreo de agua) laboratorio húmedo (CTD y el área múltiple para el muestreo de agua) 2. sala de operaciones (eco sonda, ADCP, CTD, vehículo de remolque y controles y visualización del termosalinógrafo) 3. sala de computación (terminales para el procesamiento y análisis de datos) 4. laboratorio químico (análisis de salinidad, nutrientes y oxígeno) l b i í i ( áli i d li id d i í ) 5. taller de electrónica (preparación de instrumentos)

y

l d ld ñ l f l Un ejemplo del diseño para un anclaje superficial meteorológico.

Conductivity Temperature and Depth

y

Boya flotante anclada – t t l j temperatura, oleaje… y

Un instrumento apropiado para todas las localidades, localidades incluyendo el océano abierto es el olígrafo de superficie (wave rider), una pequeña boya superficial en un anclaje l j que sigue i ell movimiento i i t de d la ola. Un acelerómetro vertical construido dentro del olígrafo mide la aceleración de la boya generada por las olas. Los datos se almacenan internamente para posterior recuperación o se transmiten a la costa. Este tipo p de olígrafos g proporcionan la información sobre la altura y período de la ola. Si se los acondiciona con un sistema de 3 acelerómetros ortogonales es posible también medir la dirección de las olas.

APARATOS PARA LA MEDICION DE MAREAS:

Mareómetros o reglas de l d mareas No tiene mecanismos para realizar un registro automático, por lo que es necesario que una persona efectué las lecturas en un intervalo de una hora generalmente, esto dependerá del estudio que se quiera hacer y de las características del lugar. Consiste en una escala graduada, se colocara en un punto donde el agua sea la mas tranquila posible y en que sea fácil ver la graduación de la escala, también se tendrá en cuenta que se ubica en algún macizo rocoso y si es en mar abierto se auxiliara de una torre..

Mareógrafo M ó f

Están constituidos por algún mecanismo o dispositivo, que permite obtener un registro constante o casi constante de los niveles de agua para cualquier fase de la marea.

Los mareógrafos a su vez se pueden dividir en: mecánicos pueden dividir en: mecánicos, eléctricos y electrónicos.

ó f d fl d , (hay de Mareógrafo de flotador presión también – tienen un pequeño orificio en el fondo el que suprime oscilación causada por oleaje)

EN LA FIGURAS SE PUEDEN APRECIAR MAREÓGRAFOS MECANICOS, ASÍ COMO ALGUNAS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE SU INSTALACIÓN

EN LA FIGURA SE PUEDE APRECIAR UN MAREÓGRAFO TRADICIONAL, ASÍ COMO UN MAREÓGRAFO MODERNO CON TRANSMISIÓN DE INFORMACIÓN POR SATÉLITE.

Medición de corrientes y

y

Sonda que se hunde primero, pasa 9 dias en la profundidad de 2000m y sube a la superficie

Parques eólicos en el mar

y

y El recurso global de las olas en Kw por metro de cresta. y La energía de olas es mayor entre 40˚ y 60˚ de latitud La energía de olas es mayor entre 40 y 60 de latitud

geográfica. y

Energía de olas y Los

principios de aprovechamiento son diversos, partiendo por bombeo y compresion de agua hasta movimiento periodico de bobinas de alambre alrededor de un iman anclado en el fondo – inmóvil.

Pelamis

APROVECHAMIENTO DE ENERGIAS DEL MAR – ENERGIA DE MAREAS

Costas con amplitudes de mareas mayor que 5m mayor que 5m

y APROVECHAMIENTO DE ENERGIAS DEL MAR – ENERGIA DE MAREAS

Central “La Rance”, con reservorio del estuario del rio de mismo g g nombre, genera la energía a partir de mareas que llegan a crear diferencia de niveles de hasta 13.5m

y Construida el año 1967 ,

La Rance tiene 24 unidades de 10MW cada una siendo su capacidad total de 240 MW. La presa tiene longitud de 750 m. longitud de 750 m

Aprovechamiento de recursos minerales marítimos minerales marítimos y

EL AGUA del mar contiene sales minerales en una proporción promedio de 35 gramos disueltos en cada litro de agua, donde se hallan prácticamente presentes, en concentraciones variables, todos los elementos químicos conocidos, y que forman los recursos minerales del mar. Las sales que se encuentran en p p , p , g y proporciones constantes son: cloruro de sodio, cloruro de potasio, sulfato de magnesio y bicarbonato de calcio; además figuran, en cantidades pequeñas, los llamados oligoelementos, difíciles de determinar y extraer con las técnicas usuales.

y

La obtención de agua potable ha sido uno de los objetivos permanentes del hombre a lo largo de los dos últimos siglos pero sólo hasta la segunda mitad del presente se logró descubrir métodos de potabilización en últimos siglos, pero sólo hasta la segunda mitad del presente se logró descubrir métodos de potabilización en gran escala, y en la actualidad se están llevando a cabo programas importantes en diversas naciones, entre las que destacan Gran Bretaña, Israel, Estados Unidos y Federación Rusa. Arabia Saudita, por ejemplo, depende de desalinización de agua del mar no teniendo mas que 150 m3 de agua por un poblador y año.

y

En un futuro próximo la utilización de estas sales de agua del mar se tendrá que estimular ya que es alarmante el estado en que se encuentran las reservas terrestres de estos compuestos químicos; los expertos han calculado que en algunos casos no durarán ni 50 años, si se sigue el actual ritmo de extracción. Al mismo tiempo, cada día se desarrollan tecnologías para la explotación de aquellos compuestos cuya extracción del agua del mar interese.

y

En la corteza del planeta que forma el fondo del océano, se encuentran grandes yacimientos minerales que el hombre siempre ha tratado de explotar, operación considerada como "minería submarina". La primera i d industria minera en el mar que aparece en la historia de la humanidad y de la que se tiene registro, es cuando i i l l hi i d l h id d d l i i d el hombre aprende a obtener "sal común" por evaporación solar del agua del mar, hace más de 4 000 millones de años. (Todos los párrafos tomados de la bibliografía Nº 04 )

y

y

y

y

y y y

y y

Como ejemplos de aprovechamientos de algunos recursos marítimos minerales se puede mencionar extracción de petróleo en sinnúmero de plataformas marinas petroleras, de arena y grava del mar en la desembocadura del río Támesis en la cercanía de la ciudad de yg Londres, diamantes en litorales marinos de Angola y Namibia y otros. El petróleo, el gas natural, los hidratos de gas, los nódulos de manganeso, las costras ricas en cobalto, los sulfuros masivos ricos en hierro, zinc, níquel, oro o cobre, los áridos, y los yacimientos ricos en titanio, tierras araras, estaño, oro y diamantes, son los recursos minerales que se encuentran en los fondos marinos. Se pueden convertir en una verdadera mina de oro para empresas, industrias y países. Su precio ha aumentado hasta un 500% en industrias y países Su precio ha aumentado hasta un 500% en “mina de oro” para empresas los tres últimos años. Hoy cualquier actividad minera que se realice en los océanos pasa por la aprobación de la Autoridad Internacional de los Fondos Marinos (ISBA, en sus siglas en inglés), un organismo científico y jurídico que controla las áreas fuera de los límites económicos de los países en el marco de la Convención de Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar ratificada en 1994 por 154 países y que cuenta ahora con 160 miembros. La capacidad de explotación de los fondos marinos presenta “cifras que impresionan”, según Jesús Silva, embajador de España en Jamaica y representante permanente de España ante la ISBA durante la celebración del seminario internacional Los fondos marinos: la nueva f frontera, organizado en Madrid por la Fundación Ramón Areces . i d M d id l F d ió R ó A En algunas zonas marinas, los campos de nódulos polimetálicos (cobre, níquel, manganeso, etc.), las chimeneas de sulfuros masivos y las costras ricas en cobalto concentran hasta tres veces más oro, plata, níquel, cobalto, o platino que en tierra firme. La exploración permite saber dónde se encuentran estos recursos, como en las profundidades de la “zona” de la zona , un área marina de 260 millones de km2, sin jurisdicción de ningún Estado y un área marina de 260 millones de km2 sin jurisdicción de ningún Estado y considerada “patrimonio común de la Humanidad”. Para explorar los nódulos polimetálicos en esta zona, la ISBA otorgó en el año 2000 ocho licencias de exclusividad para Francia, Japón, Corea, Alemania, India, China, Rusia, y también para el consorcio liderado por Polonia, junto a la Federación rusa, Eslovaquia, República , g y p , g Checa, Bulgaria y Cuba. España está fuera, “anda rezagada”.

y PETROLEO. y

y

Los yacimientos de petróleo que se encuentran exclusivamente debajo de los sedimentos del fondo oceánico, se l li f did d que varían í de d cientos i il de d metros. Sin Si embargo, b l actualidad lid d sólo ól se explotan l l de d localizan a profundidades a miles en la los la plataforma continental. El petróleo, a diferencia de los otros minerales, es de origen orgánico. Los restos de vegetales y animales de los periodos Cretásico y Terciario se mezclaron con otros sedimentos, como arena, limo y arcilla, y se transformaron conforme se fueron enterrando a raíz de la erosión continental; Estos equipos de perforación se instalan, manejan y mantienen en una plataforma situada lejos de la costa, costa en aguas de una profundidad de hasta varios cientos de metros. metros

y

Yacimientos en los litorales marinos También ahí se utilizan potentes maquinas excavadoras o explosivos para alcanzar la grava diamantífera. La extracción en las playas exige mover grandes cantidades de arena antes de poder alcanzar la grava diamantífera, y no es raro llegar así a más de 20 metros por debajo del nivel del mar, lo que plantea problemas de filtraciones que hay que solucionar por medio de la construcción de enormes diques los cuales hay que consolidar sin cesar para poder trabajar con seguridad. El trabajo con este método de explotación se ejecuta día y noche. En el caso de explotaciones en el mar, las operaciones son bastante delicadas y se necesitan medios técnicos tales como grandes bombas y tuberías, y hay que tratar a menudo los materiales recuperados a bordo. De Beers es el líder en este campo y posee barcos y medios técnicos inigualados con los que explotan concesiones i en A Angola, l en N Namibia, ibi etc... t

Barco para explotación de diamantes del fondo marino y

y El mar oculta, diseminados en el seno de sus aguas, miles de millones

de toneladas de aproximadamente químicos,, como el p 77 elementos q cloro, sodio, magnesio, azufre, aluminio, yodo, cobre, zinc, plomo, mercurio, oro, estaño, fosfatos y otros muchos. En la actualidad, los tres principales minerales que se extraen de manera rentable del mar son la sal, el magnesio, junto con sus compuestos, y el bromo.

Turismo y salud y LAS ACTIVIDADES MARINAS TURÍSTICAS COMO UNA

INDUSTRIA DE LA ERA ACTUAL y EL AGUA, el Sol y el aire han g gozado desde los tiempos p más remotos de un prestigio bien ganado como medios para conservar y mejorar la salud; como en las zonas costeras y en el propio mar éstos son abundantes día a día, se incrementan las actividades i id d marinas i como parte de d la l industria i d i turística í i de d los l países que cuentan con costas y cada vez son más visitadas las playas de todos los continentes del planeta, construyéndose maravillosas ciudades a lo largo de ellas, ellas rodeadas de lujosos hoteles, que a la entrada de la noche se convierten en un espectáculo de luces de colores dispuestas al borde del océano, pudiéndose complementar las magníficas realizaciones de la naturaleza con las del hombre.

LAS OBRAS MARÍTIMAS SON ESENCIAL PARTE DE LA POLÍTICA DE DESARROLLO TURÍSTICO DE LA COSTA PERUANA

Algunas de las actividades recreativas mas populares en recreativas mas populares en ambiente marítimo y Dentro de las actividades marinas que se han desarrollado en los tiempos actuales para

impulsar a la industria turística, los deportes marinos ocupan un lugar relevante, señalando como los de mayor importancia a: la natación, el escafandrismo, la pesca submarina, la pesca deportiva, el esquí náutico y el surfing, el remo, la vela, la motonáutica y la acuariología. y Desde su aparición sobre el planeta, el hombre debió aprender a sostenerse instintivamente en el agua, puesto que el cuerpo humano flota en el líquido elemento; a continuación el desplazarse fue una consecuencia lógica al observar que otros animales utilizan sus extremidades como remos para avanzar y se considera que así nació la utilizan sus extremidades como remos para avanzar, y se considera que así nació la natación. y Una de las aventuras más llamativas de la era actual son los cruceros, organizados para conocer distintas regiones marinas del mundo, a bordo de los barcos más lujosos que existen; por ejemplo, el navegar por las costas del Mediterráneo visitando Malta, Túnez, C t E Costa Esmeralda, Elba, Porto Fino y Niza; o los cruceros entre las islas griegas que ld Elb P t Fi Ni l t l i l i permiten admirar Creta, Santorini, Rodas, Estambul y Nicanor o los realizados por el maravilloso Caribe. y Toda esta actividad "turística marina" permite una mejor interrelación entre los pueblos, p g y q p p sin importar su lengua o costumbres, ya que aporta a la humanidad la posibilidad de recreación y de mantener contacto con todas las bellezas que la naturaleza le legó en el d d l b ll l l l l l océano, desarrollándose así una nueva industria de la era actual.

El mar y salud humana y El agua del mar rica en sales minerales es conocida, estando microbiológicamente limpia,

tiene favorable influencia en cicatrización de heridas, curación de asma y semejantes afectaciones de salud. p esta basada en el entorno marino y el agua g del mar,, q yLa talasoterapia que contiene mas de 80 elementos necesarios para el buen funcionamiento del organismo humano, teniendo algunos de ellas las características de ser antitumorales, antibacterianas y antivirales. La talasoterapia es un método de terapia que se basa en el uso de diferentes medios marinos juntos o por separado (agua de mar, algas, barro y otras sustancias extraídas del mar) y del clima marino como agente terapéutico. Es totalmente natural, el agua se recoge lejos de la orilla, se depura y esteriliza para garantizar la ausencia de agentes patógenos antes de su aplicación en los distintos tratamientos. Etimológicamente proviene del griego Thalasso (mar) y Therapeia (terapia). (terapia) [editar] Evolución de la talasoterapia A finales del siglo XIX, el francés René Quinton hizo públicas sus teorías sobre unas “constantes biológicas” que serían comunes a todos los seres vivos, basándose en el origen marino de todos ellos. A pesar de no contar con ninguna prueba de la existencia de estas constantes, diseñó una solución salina basada en el agua de mar y empezó a comercializarla, afirmando que era capaz de curar enfermedades como la tuberculosis, el cólera o la diarrea.[1] y desde principios del XX, comenzó a extenderse su práctica. Numerosas poblaciones de nuestras costas vieron crecer hoteles balnearios dedicados a ofrecer al público todo tipo de servicios relacionados con la talasoterapia. Sin embargo, embargo la comunidad científica no ha encontrado ninguna prueba de la efectividad de esta terapia, terapia [[2]] que a menudo se combina con la helioterapia. Sus partidarios actuales la defienden basándose en la similitud entre el plasma sanguíneo humano y el agua marina.

Capacidad de auto purificación del mar y El medio marítimo es receptor de inmensas cantidades de residuos orgánicos y

es capaz de convertirlos en materia mineral gracias a acción de bacterias d ti l t i i l i ió d b t i aerobias cuya existencia esta condicionada con la cantidad de oxigeno disuelto en el agua (hasta 8 a 10 mg de O2/litro) En la zona batipelágica el oxigeno es muy deficiente ya que se renueva desde el contacto de la superficie con la atmosfera y solo una menor cantidad por acción de grandes corrientes de profundidades que surgen del polo norte y se desplazan por las profundidades . Las bacterias absorben O2 y liberan CO2 que en contacto con el agua forma: acido carbónico CO2+H2O= H2CO3 acido carbónico CO2+H2O= H2CO3. De darse la circunstancia de ausencia de oxigeno entran a la escena bacterias anaerobias que causan eutrofización – deterioro de la calidad de agua por generación de gases tóxicos. y El porcentaje de sales en agua del mar es 3.4 % a 3.8% hasta 27% en el mar muerto. El pH es de 7.5 a 8.4 y densidad de 1024 kg/m3 hasta 1028 kg/m3. y La concentración de materia orgánica, expresada como DBO5, en el agua del mar debe estar menor de 5 a 7 mg/l De este modo se facilita sobrevivencia de mar debe estar menor de 5 a 7 mg/l. De este modo se facilita sobrevivencia de las especies que en ausencia de oxigeno abandonan las aguas o si no pueden se extinguen.

y

CORRIENTES.wmv

y CAPITULO II y

Física de los fenómenos hidráulicos y sedimentologicos en el mar y Vientos y Olas, locales y distantes Modificación de olas en presencia de obstáculos Refracción, Difracción, Reflexión y Mareas De origen astronómico De origen terrestre y Corrientes L l causadas por olas y vientos locales Locales – d l i l l Globales * Transporte de sedimentos en el mar Perfiles de equilibrio de la playa Cuantificación de transporte litoral, Métodos de medición teóricos y experimentales

Viento: Origen y Clasificación

Vientos

aire causado por las diferencias de El viento es el desplazamiento horizontal de las masas de aire, presión atmosférica, atribuidas a la variación de temperatura sobre las diversas partes de la superficie terrestre. Es decir, las distintas temperaturas existentes en la tierra y en la atmósfera, por la desigual distribución del calentamiento solar y las diferentes propiedades térmicas de las superficies terrestres y oceánicas, oceánicas producen corrientes de aire. aire Las masas de aire más caliente tienden y a subir y en su lugar se ubican masas de aire más denso y frío. Lo que caracteriza a los vientos son la intensidad y la dirección. La primera se mide según la escala de Beaufort que va desde el 0 (calma absoluta) hasta el 12 (huracán). La intensidad es directamente proporcional a la diferencia de presión entre el lugar de origen del viento y el de su llegada. Por otra parte la dirección está relacionada con la rotación terrestre. Al formarse un área ciclónica el viento se desvía a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur. Lo contrario sucede en las zonas anticiclónicas donde el viento corre hacia la izquierda en el hemisferio boreal y hacia la derecha en el austral. austral Dependiendo de la dirección que adquieran los vientos se dividen en constantes, que soplan todo el año en la misma dirección aunque la intensidad varía, y en periódicos, que no tienen regularidad en su dirección. El aparato empleado para medir la dirección del viento es la veleta que marca la dirección. dirección La velocidad del viento se mide con el anemómetro, que es un molino de tres brazos, separados por ángulos de 120º, que se mueve alrededor de un eje vertical. Los brazos giran con el viento y permiten medir su velocidad. Hay anemómetros de reducidas dimensiones que pueden sostenerse con una sola mano que son muy prácticos aunque menos precisos. precisos Los vientos se clasifican en: globales, estacionales, locales, ciclónicos y anticiclónicos.

y Las regiones alrededor del ecuador, a 0° de latitud, son calentadas por

y y y y

y y y

el sol más que las zonas del resto del globo. El aire caliente es más q g ligero que el aire frío, por lo que subirá hasta alcanzar una altura aproximada de 10 km y se extenderá hacia el norte y hacia el sur. Si el globo no rotase, el aire simplemente llegaría al Polo Norte y al Polo Sur, p p y para posteriormente descender y volver al ecuador. Direcciones de viento dominantes Cuando se analizan los vientos vemos que poseen varias clasificaciones, adaptándose estas a la forma de incidencia de estos en la tierra. Vi Vientos Geostróficos: Los vientos geostróficos G ófi L i ófi se encuentran a una altura de 1.000 metros a partir del nivel del suelo. La velocidad de los vientos geostróficos puede ser medida utilizando globos sonda. Vientos de superficie: Los vientos están mucho más influenciados por p p la superficie terrestre a altitudes de hasta 100 metros. Las direcciones del viento cerca de la superficie serán ligeramente diferentes de las de los vientos geostróficos debido a la rotación de la tierra. Vientos locales (brisas marinas): Los vientos locales siempre se superponen en los sistemas eólicos a gran escala, esto es, la dirección del viento es influenciada por la suma de los efectos global y local.

Clasificación de vientos y Según permanencia

y constantes, que soplan todo el año en la misma dirección aunque la

intensidad varía, y en y Periódicos P y Irregulares y Según ámbito

y y y y

globales, estacionales,, locales, ciclónicos y anticiclónicos.

y Los vientos alisios, contra alisios (altura de 300 a 1000 km!) y polares

son a la vez constantes y generales y La velocidad de viento y de barco se mide en Nudo=milla náutica/hora y 1milla 1 ill náutica á ti es equivalente i l t a 1852 1852m

Ciclónicos y anticiclónicos

y

En las áreas anticiclónicas la presión es superior a lo normal a diferencia de las ciclónicas donde la presión es inferior a lo normal. E El aire nunca se encuentra en absoluta calma,, p porque q en las áreas ciclónicas se forma una especie p de vacío a donde acuden las masas de aire vecinas que están a presión más alta. Son estos movimientos de masas de aire los llamados "vientos“. Vientos globales • Los las del en ell planeta, por las L vientos i t globales l b l son aquellos ll que determinan d t i l características t í ti d l tiempo ti l t y se originan i i l diferencias de presión y temperatura existentes en todo el mundo. • El viento en zonas cercanas al ecuador, sube hacia capas altas de la atmósfera, debido a la bajas presiones existentes en el lugar, por ser una zona de aire muy caliente. Al subir el viento, este se desplaza en dirección norte y sur. sur • Cercano a los 30º de latitud en ambos hemisferios del ecuador existe una zona de altas presiones, que produce el descenso de este aire. • El viento ya existente en esta zona, que está a nivel del suelo, se desplaza hacia la zona de bajas presiones cercana al ecuador desde el hemisferio norte y sur. Estos vientos con conocidos como “vientos alisios”, que dependiendo de la dirección desde la que vengan cambiarán de nombre. • En la zona de los polos existe una banda de alta presión debido a las bajas temperaturas del lugar, por lo que el viento se va desplazando en dirección hacia el ecuador.

Vientos estacionales • Los vientos estacionales se producen debido a que el aire sobre la tierra es más caliente en verano y más frío en i i invierno, en comparación ió con ell aire i presente t en ell océano é cercano, en la l misma i estación. t ió • Es por esto que, en el verano, los continentes presentan vientos más fríos que provienen del mar; y en invierno se producen vientos más calientes que van hacia los océanos desde los continentes. El viento monzón es un ejemplo de viento estacional. estacional Se caracteriza por ser un viento que cambia de dirección según las estaciones del año. Este viento sopla desde el Suroeste, entre abril y octubre, y en dirección Noreste, desde octubre a abril. El monzón del suroeste, o de verano, suele estar acompañado por fuertes lluvias en zonas de la India y de Indochina.

Causas de la generación de viento Causas de la generación de viento y La fuerza de Coriolis causa una desviación del aire a la derecha en el

hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur. Se trata de una fuerza aparente causada por la rotación de la Tierra bajo la acción del movimiento del aire

Diferencia de presión Diferencia de presión el viento soplará de las áreas de presión alta a las de presión baja. La presión que equilibra la fuerza que tiende a mover el aire de la presión alta

Isobaras alrededor de áreas de presión alta y baja Son Líneas imaginarias que unen los puntos en el espacio en los cuales rigen las mismas presiones atmosféricas en un momento l i l i i fé i dado

CLASES DE VIENTOS CLASES DE VIENTOS y SEGÚN PERMANENCIA: Constantes , periódicos e irregulares

Vientos constantes:

Vientos alisios y

Figura 1. Cinturones de Viento y sus direcciones

y Cicl ónico sy antici clóni cos

Vientos locales Brisas marinas • Los vientos locales ocurren por las variaciones diarias de temperatura entre la tierra y el agua, L i t l l l i i di i d t t t l ti l las que se dan principalmente en verano. La tierra, debido a la presencia del sol, se caliente más rápidamente que el mar durante el día. El aire caliente que proviene de la tierra se eleva, dirigiéndose hacia el mar, y es reemplazado a nivel del suelo por el aire frío del mar. Esto produce vientos llamados “Brisas Marinas”. d i t ll d “B i M i ” Brisas terrestres • Durante la noche se produce lo contrario. La tierra está más fría que el mar, lo que origina que el aire frío descienda sobre la tierra y se dirija hacia el mar. El aire marino que ahora esta más caliente, se eleva y es reemplazado por el aire frío de la tierra. Estos vientos son conocidos con el li t l l d l i f í d l ti E t i t id l nombre de “Brisas Terrestres”. Estas brisas son de menor velocidad que las anteriores, debido a que en la noche existen menores diferencias de temperatura entre la tierra y el mar. Estas brisas generadas por las diferencias de temperatura pueden llegar hasta unos 50 Km. tierra y mar adentro. d t

Escala de y Beaufort Grados Beaufort 0

Viento Km/h 1

Descrip Descrip.

1

1 a 5

Ventolina

0,13

El viento inclina el humo, pero no hace girar las veletas. veletas

2

6 a 11

Flojito

0,8

3

12 a 19

Flojo

3,2

4

20 a 28

Fresco

6,4

Las hojas se mueven, el aire se siente en el rostro. Las hoja y ramas pequeñas se mueven continuamente. continuamente El viento levanta polvo y hojas.

5

29 a 38

Fresquito

13

Los árboles pequeños empiezan a balancearse.

6

39 a 49

Bonacible

22

7

50 a 61

Frescachón

33

Se mueven las ramas grandes, resulta difícil usar paraguas. Los árboles se agitan, se hace molesto caminar cara al viento.

8

62 a 74

Duro

52

Se rompen las ramas pequeñas de los árboles, se hace difícil caminar.

9

75 a 88

Muy duro

69

Las ramas medianas de los árboles se quiebran.

10

89 a 102

Temporal

95

11

103 a 117

Borrasca

117

Los árboles son arrancados y dañadas las t h b techumbres. Destrozos extensos.

12

118 a 133

Huracán

160

Calma

Presión en Apreciación daN/m2 ... El humo se eleva verticalmente

Ídem

Sea Height and Period As a function of Windspeed, Duration and Fetch Wind Duration 6 hrs

12 hrs

18 hrs

25 hrs

35 hrs

45 hrs

55 hrs

70 hrs

80 hrs

90 hrs

100 hrs 120 hrs 140 hrs

22 kts

5.7@6 43

[email protected] 100

9.0@8 160

10@9 250

11@10 400

12@11 550


12@12 1000



12@13 1550

12@13 1950

12@13 2350

26 kts


10@8 110

12@9 170

13@10 280

14@11 410

15@12 600

16@13 800


16@14 1350


17.5@15 1850

17.5@15 2250


30 kts


12@9 125

14@10 210

16@11 300

18@12 500

20@13 700

20@14 900

22@15 1200

22@16 1500

22@16 1750


23@17 2500


36 kts

11.6@8 60

16@10 140


22@13 360

25@14 540

27.5@15 800

29@16 1000


30@18 1700


31@19 2300


31@20 3400

40 kts


19@11 150


26@14 400

29@15 590


34@17 1200

36@19 1500


38@20 2200

39@21 2500

40@21 3100

41@22 3800

45 kts k

[email protected] 16@9 3 70

23@12 170


31@15 425

35@16 630

39@18 950


45@20 1600

45@21 2000

47@22 2300


50@23 3600

50@24 4100

50 kts

19@10 75



37@16 450


46@19 1050

48@21 1350

54@22 1750

55@23 2100

58@23 2500

59@24 2900



55 kts

22.5@11 80

30@13 190

36@15 320

44@17 500

50@19 760

55@21 1150

59@22 1450

62@23 1900

65@24 2300

66@25 2600

69@26 3100

70@27 3900

70@28 4600

60 kts


35@14 200


50@18 510

56@20 800

67@22 1200


75@25 2000

79@26 2450

80@28 2800

80@28 3250

82@30 4000

85@30 5000

65 kts

27.5@12 88

39@15 220

48@17 380

55@19 560

65@21 850

75@22 1250

80@25 1600


90@28 2500


95@30 3400

100@31 4200

100@33 5100

70 kts

30@13 91

43@16 235

55@18 395

62@20 600

71@22 880

82@25 1325

90@26 1600

98@29 2250



109@31 3600


119@35 5600

75 kts

34@14 96

50@17 245

60@19 405

70@21 620

80@23 900


99@27 1700

105@29 2300

110@31 2700

118@32 3150

120@33 3800

125@34 4800

130@36 6000

80 kts



65@20 425

72@22 640



107@28 1800

119@30 2400

121@32 2850

133@33 3300

136@34 3900

140@35 4950


85 kts

40@15 103

57@18 260

74@21 445

80@22 680

95@25 1000


122@30 1900

133@32 2500


140@35 3500




90 kts

45@16 110

63@19 270

80@22 460

92@24 700


120@29 1550


140@33 2600



165@37 4250

170@40 5200

190@44 6800

These are theoretical values. Actual sea size and period can vary. Blue cells are what is 'typically' typically experienced in a storm. The others are provided for informational purposes.

This system, called the Beaufort Scale, was developed in 1805 by Admiral Sir Francis Beaufort of the British Navy. It is a guideline for what can be expected in certain conditions and a weather classification system. It assumes open ocean conditions with unlimited fetch. Wind Speed

Description

Sea Conditions

0

0

Calm

1

1 - 3 knots k t

Li ht Ai Light Air

2

4 - 6 knots

Light Breeze

3

7 - 10 knots

Gentle Breeze Large wavelettes with some crests.

4

11 - 16 knots k t

Moderate Breeze

5

17 - 21 knots

Fresh Breeze

6

22 - 27 knots

7

28 - 33 knots

Near Gale

8

34 - 40 knots

Gale

9

41 - 47 knots

Strong Gale

10

48 - 55 knots

Storm

11

56 - 63 knots

12

64 - 71 knots

Smooth, like a mirror.

Waves 0

S ll ripples, Small i l like lik fish fi h scales. l

1/4' 1/2'

Short, small pronounced wavelettes with no crests.

1/4' 1/2' 2'

Increasingly g y larger g small waves,, some white caps p and light foam.

4'

Moderate lengthening waves, with many white caps and some light spray.

6'

Strong Breeze Large waves, extensive white caps with some spray.

10'

Heaps p of waves,, with some breakers whose foam is blown downwind in streaks.

14'

Moderately high waves of increasing length and edges of crests breaking into spindrift (heavy spray). Foam is blown downwind in well-marked streaks.

18'

High wind with dense foam streaks and some crests rolling over. Spray reduces visibility.

23'

Very high waves with long, overlapping crests. The sea looks white, visibility is greatly reduced and waves tumble with force.

29'

Exceptionally high waves that may obscure medium size ships. Violent Storm All wave edges are blown into froth and the sea is covered with patches of foam. foam Hurricane

The air is filled with foam and spray, and the sea is completely white.

37' 45'

y

Force

Escala de Beaufort en el mar 1 2 3

4 4 5 6 5

7 8 9 Gran probabilidad de avería

10 11 12

Escala de Beaufort

HURACAN

d lé i d l d ió b i í d l y L Los grupos de tormentas eléctricas de larga duración obtienen su energía de los cálidos océanos tropicales. El aire gira (en dirección de las agujas del reloj en el hemisferio norte y al contrario en el sur) alrededor del ojo del huracán con p g g p j velocidad progresiva. Entonces el aire gira desplazándose hacia arriba bajo la lluvia torrencial, formándose así una pared de nubes más apacible alrededor del centro. En los niveles superiores el aire gira alejándose del ojo del huracán.

R Rosa de viento d i t p p j y Representa el porcentaje de frecuencia de la fuerza del viento de dirección particular para un periodo (mes, estación, año). Diagrama de Lenz

Brisay Marina: Durante el día la tierra se calienta más rápidamente que el mar por efecto del sol. El aire sube, circula hacia el mar, y crea una depresión a nivel del suelo que atrae el aire frío del mar. Esto es lo que se llama brisa marina. Durante la noche los vientos soplan en sentido contrario. Normalmente durante la noche la brisa terrestre tiene velocidades inferiores, debido a que la diferencia de temperaturas entre la tierra y el mar es más pequeña. Tabla 1. Vientos Orográficos Nombre A t Autan Berg Bora Brickfielder Buran Chinook Föhn Harmattan Levante Mistral Santa Ana Sirocco Tramontana Zonda

Características Lugar S t Seco y templado l d SW d F SW de Francia i Seco y cálido Sudáfrica Seco y frío NE de Italia Seco y caliente Australia Seco y frío Mongolia Seco y templado W de Norteamérica Seco y templado Alpes Seco y fresco y Norte de África Húmedo y Zona Mediterránea templado Seco y frío Valle del Ródano Seco y caliente l

Sur de California d lf

Seco y caliente Seco y frío Seco y templado

Sur de Europa NE de España Argentina

Vientos geóstroficos y

Vientos geóstroficos La atmósfera (Troposfera) La atmósfera es una capa muy fina L t ó f fi alrededor del globo. El globo tiene un diámetro de 12.000 km. La troposfera, que se extiende hasta los 11 km de altitud es donde tienen 11 km de altitud, es donde tienen lugar todos los fenómenos meteorológicos y el efecto invernadero. En el dibujo puede verse una extensión de islas de 300 km y la altura aproximada de la troposfera. Visto a una escala diferente: si el globo fuese una bola de 1,2 metros de diámetro, la atmósfera sólo tendría un espesor de 1 mm

y

Generación de vientos geóstroficos

De Wikipedia, la enciclopedia libre

Partimos de las expresión para la fuerza del gradiente de presión por unidad de volumen: y

Donde D d P es la l presión ió y x es la l di dirección ió en lla que varía í lla presión. ió IIgualmente l t lla ffuerza centrífuga t íf por unidad de volumen es: Donde ρ es la densidad del aire, v la velocidad y R el radio de giro (positivo cuando, desde el punto hacia t de d vista i t del d l aire, i ell giro i se produce d h i la l izquierda). i i d ) Finalmente Fi l t ell término de la fuerza de Coriolis por unidad de volumen es: Donde ω es la velocidad angular de la Tierra, v es la velocidad del viento y f es el parámetro de Coriolis, que tiene un valor aproximado de 10-4 en latitudes medias, creciendo en los polos geográficos áfi yh haciéndose ié d nulo l en ell ecuador. d S Su fó fórmula l correspondiente di t es f = 2 Ω sen φ, donde: •Ω es la velocidad angular de rotación de la Tierra y vale 2 π / 86400 (rad/s). •φ es la latitud. Si consideramos la ssuma ma de todas ellas ellas: Resolviendo la ecuación anterior para la velocidad del viento del gradiente:

que también se puede expresar en función del geostrófico (VG): La diferencia entre el viento geostrófico y el del gradiente es sólo de un 10-20%.

VIENTOS GEOSTROFICOS Y REALES las fuerzas balanceadas q que se p producen p por encima de la capa p donde la fricción influye en el viento crean un viento que sopla paralelamente con las isobaras. Este viento se denomina viento geostrófico. En el hemisferio norte, las presiones bajas se producirán a la izquierda del viento. i t En E ell hemisferio h i f i sur, sucederá d á lo l contrario. t i

La variación del viento desde la superficie a la altura: espiral de Ekman Si fuéramos ascendiendo desde la superficie hasta una altura de 500 a 1.000 m, la dirección e intensidad del viento se modificarían progresivamente hasta alcanzar el valor del viento geostrófico, según la espiral de Ekman. El viento geostrófico asume dirección paralela con las isobaras debido a la ecuación de equilibrio entre gradiente de presión y la fuerza de Coriolis

Partimos de las expresión para la fuerza del gradiente de presión por unidad de volumen: y

D d P es la l presión ió y x es la l di ió en lla que varía í lla presión. ió IIgualmente l t lla ffuerza centrífuga t íf Donde dirección por unidad de volumen es: Donde ρ es la densidad del aire, v la velocidad y R el radio de giro (positivo cuando, desde el punto hacia t de d vista i t del d l aire, i ell giro i se produce d h i la l izquierda). i i d ) Finalmente Fi l t ell término de la fuerza de Coriolis por unidad de volumen es: Donde ω es la velocidad angular de la Tierra, v es la velocidad del viento y f es el parámetro de Coriolis, que tiene un valor aproximado de 10-4 en latitudes medias, creciendo en los polos geográficos áfi yh haciéndose ié d nulo l en ell ecuador. d S Su fó fórmula l correspondiente di t es f = 2 Ω sen φ, donde: Ω es la velocidad angular de rotación de la Tierra y vale 2 π / 86400 (rad/s). •φ es la latitud. Si consideramos la suma de todas ellas: Resolviendo la ecuación anterior para la velocidad del viento del gradiente:

que también t bié se puede d expresar en función del geostrófico (VG): La diferencia entre el viento geostrófico y el del gradiente es sólo ól d de un 10 10-20%. 20%

y

y

y

y

y

y

y

y

y y

y

No todas las soluciones matemáticas de la ecuación son físicamente posibles. De entrada, sólo son posibles aquellas velocidades positivas. Teniendo esto en cuenta existen cuatro posibilidades (ver esquema): 1. Alta presión, circulación ciclónica: R > 0 y dP/dx > 0. Es imposible, puesto que tanto la fuerza de Coriolis como la del gradiente de presión apuntan hacia afuera. Por lo tanto no existe nada que genere fuerza centrípeta. 2. Alta presión, circulación anticiclónica: R < 0 y dP/dx < 0. Es posible, puesto que la fuerza de Coriolis apunta hacia adentro. La fuerza de Coriolis debe ser mayor que la fuerza del gradiente de presión para que el movimiento anticiclónico sea posible, esto nos deja con dos posibilidades: v > –fR/2 Alta anómala, no posible ya que aquí la fuerza de Coriolis es menor que la del gradiente de presión. v < –fR/2 v < fR/2 Alta normal. Esta es la situación real que se da en las altas presiones terrestres. Como su movimiento es anticiclónico reciben frecuentemente el nombre de anticiclones. 3. Baja presión, circulación ciclónica: R > 0 y dP/dx < 0. Es posible, puesto que la fuerza del gradiente de presión apunta hacia adentro. La fuerza del gradiente de presión debe ser mayor que la de Coriolis para que el movimiento ciclónico sea posible. Esta es la situación real que se da en las bajas presiones terrestres (de ahí que se las llame frecuentemente ciclones). 4. Baja presión, circulación anticiclónica: R < 0 y dP/dx > 0. Es posible, puesto que tanto la fuerza de Coriolis como la del gradiente de presión apuntan hacia adentro. No obstante, esta es un situación que no se encuentra en la naturaleza a gran escala (sinóptica) debido a que la fuerza de Coriolis tiende a generar una circulación ciclónica en torno a una baja presión (véase el primer esquema del artículo). Comparación con el viento geostrófico S d d Se deduce que, a partir de los mismos datos, la ti d l i d t l fórmula del viento del gradiente produce un viento más rápido para las situaciones anticiclónicas mientras que es más lento que el geostrófico para las situaciones ciclónicas (normales). Esta diferencia no suele exceder del 10‐20%.

P es la presión y x es la dirección en la que varía la presión. R el radio de giro (positivo d d d ell punto t d i t d i ell giro i cuando, desde de vista dell aire, se produce hacia la izquierda)

Aplicaciones El viento del gradiente tiene una mayor precisión que el geostrófico por lo que, cuando la capacidad de cálculo no y es un problema, constituye la mejor opción. El viento del gradiente reproduce un hecho observado en los sistemas reales: en el centro de los anticiclones el gradiente de presión y los vientos son muy pequeños y tienden a crecer en los bordes, aunque nunca llegan a tener grandes valores. Esto se explica fácilmente porque la fuerza producida por el gradiente de presión va hacia el fuera del anticiclón, con lo cual el viento no puede ser muy rápido, de otro modo Coriolis tendría que contrarrestar él solo el gradiente de presión y, además, generar la fuerza centrípeta. l di t d ió d á l f tí t [editar] Limitaciones Aunque el viento del gradiente puede aplicarse a cualquier circunstancia siempre y cuando se cumplan las condiciones, a veces es más práctico pasar a ciertas aproximaciones que facilitan el cálculo sin que se pierda mucha p precisión por el camino: p Aunque el viento del gradiente arroja resultados más parecidos a los reales en el caso de la circulación ciclónica, resulta menos preciso que el geostrófico con circulación anticiclónica. La diferencia entre el viento geostrófico y el del gradiente es sólo de un 10‐20%, lo que a veces no justifica el uso de este último por su mayor complejidad. En el caso de tornados es más sencillo aplicar la fórmula del viento ciclostrófico ya que allí la fuerza de Coriolis En el caso de tornados, es más sencillo aplicar la fórmula del viento ciclostrófico puede despreciarse frente a la del gradiente de presión y la fuerza centrípeta. En cambio, en el caso de las corrientes marinas, es más sencillo aplicar la fórmula del flujo inercial, ya que se puede despreciar el gradiente de presión frente a Coriolis y la fuerza centrípeta. Al igual que el viento geostrófico, se considera que las fuerzas de rozamiento son pequeñas. Esto constituye una buena aproximación en la atmósfera libre pero pésima en la superficie terrestre, donde sí son importantes. Esto hace que el flujo observado en tierra sea más lento que el predicho por el viento del gradiente y que no se equilibren del todo la aceleración centríepta, Coriolis y el gradiente de presión. Como resultado, existe una importante componente del viento hacia el interior en las bajas presiones y una componente hacia afuera en los anticiclones. Al igual que el viento geostrófico, su fórmula tiende a dar un error considerable si se aplica cerca del ecuador debido a que el parámetro de Coriolis tiende allí a cero.

y

y

y

PERFIL DE PLAYA y

Teoría de olas y

a… amplitud – distancia máxima por encima o por debajo del nivel promedio del mar L…longitud‐ g distancia horizontal máxima entre dos puntos en misma fase de p oscilación H…altura de la ola, H= 2a T…periodo –tiempo de una oscilación completa: entre dos puntos en misma fase de oscilación il ió c= L/T…celeridad de una ola ω =1/T…frecuencia de la ola γ= H/L…esbeltez de la ola; cuando γ > 0.14 la ola rompe sin importar donde

C d una ola l rompe, su agua se hace h t b l t Cuando turbulenta repentinamente y deja de ser una ola de oscilación para convertirse en una ola de traslación, que es una ola en la cual no sólo la forma sino también el agua se están moviendo hacia delante.

Donde rompe la ola su altura por encima del nivel promedio (a) llega a ser ¾ partes dela profundidad o d<1.28 a.

Consecuencia de acción de olas: EROSION Y DEPOSICION EROSION Y DEPOSICION Las rompientes ponen en movimiento los sedimentos finos pero también arena y hasta cantos rodados, debido a la turbulencia propia de las olas cuando rompen. Las corrientes asociadas a las olas, olas paralelas a la costa, transportan, por arrastre principalmente, los sedimentos y ese transporte se denomina transporte litoral de sedimentos.

y

PRINCIPALES TIPOS DE ONDAS EN EL OCEANO EN RELACIONA SU PERIODO Se puede observar que las ondas de capilaridad con las que tienen menor periodo.

CLASIFICACION DE LAS OLAS

Una ola genera presión de 0.2 a 0.3 MPa (1 atmosfera es 0.10123 MPa) de poca duración – son impactos

TEORIA DE MOVIMIENTO DE LAS PARTICULAS DE AGUA AL PASO DE OLAS

TEORIA DE OLEAJE

TEORIAS NO LINEALES

TEORIAS LINEALES

ONDA LARGA

PEQUEÑA AMPLITUD

PEQUEÑA AMPLITUD

TROCOIDAL

ONOIDAL

ONDA SOLITARIA

ONDA LARGA

Ninguna g teoría da buenas resultados p para bajas j p profundidades sin embargo la onoidal da buenos resultados hasta las rompientes

Teoría de Airy: Onda de Pequeña Amplitud •Densidad constante, tensión superficial despreciable. fi i l d i bl •Efecto de coriolis se desprecia. •No hay esfuerzos cortantes existe velocidad potencial •η= (H/2)cos[2π(x/L – t/T)] •η= (H/2)cos[2π(x/L •H/2 = a •η= a*cos[kx –ω t) • η= a*cos[2π(x/L – t/T)]=acosθ

PRINCIPIOS: R NC OS: •El fondo es horizontal fijo e impermeable; velocidad vertical en el fondo es cero. •Amplitud de la onda es pequeña en relación a la profundidad y su forma invariable •Las ondas son bidimensionales

y

© 1996 M. Tomczak

Energía de onda como función de la frecuencia de onda para un mar completamente d desarrollado, ll d bajo b j diferentes dif valores l d rapidez de id del d l viento. i Ell color l de d cada d línea lí en ell espectro indica la rapidez del viento en km/h. La línea delgada muestra el corrimiento del período de la onda dominante (las olas que contienen la mayor cantidad de energía) hacia períodos más largos p g a medida q que la rapidez p del viento se incrementa. Diferenciamos olas “swell” generadas a distancia (olas distantes) y propagadas a otras zonas. Asimismo se distingue oleaje “local”

Características de las Olas: Los tres valores que caracterizan una ola son: H = Altura L = Longitud T = 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 C y d l Ol á f d l id d d l f d 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 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. λ=longitud de la ola, Lo = Longitud de la Ola. h= altura 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: i i t l i L = Lo tgh Kd C = 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 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.

Predicción de olas generadas por el viento. Cuando el viento sopla sobre una superficie de agua se generan dentro de la masa de agua unos movimientos oscilatorios cuya magnitud depende de la velocidad , dirección y tiempo durante el cual sopla, del área sobre la cual sopla el viento y de la profundidad del agua en dicha zona. Estos movimientos oscilatorios se Et i i t il t i visualizan en la superficie produciendo cambios en el nivel del agua y constituyen las olas generadas por el viento. Estas olas se propagan a lo largo de líneas cuyas direcciones dependen de la geometría del área direcciones dependen de la geometría del área sobre la cual sopla el viento, de la dirección del viento y de la conformación del fondo. La propagación de las olas no se produce en forma individual sino que ellas forman trenes de olas de diferentes amplitudes y períodos. En los estudios de ingeniería que se realizan en el mar y en la costa es necesario predecir cual será el comportamiento del oleaje durante las etapas de construcción y de operación de las obras. La predicción de las olas consiste en el pronóstico de los valores medios y extremos de Amplitud, Período, Longitud y Celeridad de las olas que pueden llegar a los sitios de influencia de los proyectos. Para realizar los pronósticos existen dos metodologías , en la primera se realizan los análisis estadísticos de las olas históricas q que llegan g al sitio del proyecto; la segunda utiliza métodos empíricos que tienen como referencia los estudios de investigadores de diferentes partes del mundo.

y

Velocidad de onda en aguas profundas (ondas cortas; la profundidad es mayor que 1/2 de la longitud de onda) Velocidad de onda en aguas someras (ondas largas; la profundidad es menor p de 1/20 de la longitud de onda)

cg = c / 2 (dispersión p normal)

cg = c (ondas no dispersivas) p

DESCRIPCION ESTADISTICA DEL DESCRIPCION ESTADISTICA DEL OLEAJE y El conocimiento sobre características de oleaje es

y y y y

indispensable para el diseño estructural de las obras marítimas para poder definir: carga estructural Transporte de sedimentos Diseño de rompeolas y espigones Porcentaje de utilización de muelles y tiempo de dragado…

DESCRIPCIÓN ESTADISTICA DEL OLEAJE DESCRIPCIÓN ESTADISTICA DEL OLEAJE FUNCION DE DISTRIBUCIÓN DE LA PROBABILIDAD DE ALTURAS DE OLAS

y Los investigadores Longuet – Higgins han llegado a la

conclusión que la distribución de probabilidad de ocurrencia de cierta altura de olas se adapta mejor a la distribución de Rayleigh la cual se caracterisa por una banda de frecuencias ω=1/T relativamente angosta.

y

y

Análisis estadístico de olas 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 ue se describen en la lit literatura t especializada i li d ( LonguettL tt Higgins, Ippen, Wiegel) para determinar la magnitud y el período de la Ola Significativa y de las Olas Máximas esperadas. p 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. serie

Gasto de energía. Como en este tramo la ola se propaga sin ayuda del viento entonces comienza a gastar la energía que tenía a la salida del Fetch. Cuando la energía inicial es poca y el la salida del Fetch. Cuando la energía inicial es poca y el tramo que recorre la ola es largo, la ola puede desaparecer. Refracción Cuando el Fetch es rectangular y está localizado en Mar Cuando el Fetch es rectangular y está localizado en Mar Profundo los frentes de onda que salen del Fetch son rectos y se propagan en forma paralela, siguiendo la dirección del viento.

Cuando el Fetch no es rectangular, o no está en aguas profundas, o es móvil como en el caso de un ciclón, deben utilizarse procedimientos móvil como en el caso de un ciclón, deben utilizarse procedimientos particulares para determinar la geometría de los frentes de onda que salen del Fetch.

y

REFRACCION y La refracción es el cambio de dirección que experimenta la ola, cuando ésta se

acerca a una zona de menor profundidad, por ejemplo a una playa.

Refracción de la ola Refracción de la ola y A medida que los frentes de onda se dirigen hacia la costa van entrando

y

y y y y y

en zonas de Mar Medianamente Profundo y de Mar Poco Profundo. En estas zonas las irregularidades del fondo afectan las velocidades de las olas. C Cuando la profundidad del agua d l f did d d l a lo largo de un frente de ola no es l l d f d l constante existen partes de este frente que viajan más rápido; en estas condiciones se presenta el fenómeno de Refracción por medio del cual el frente de ola deja de ser recto y se modifica de acuerdo con la configuración de los contornos geométricos del fondo También se configuración de los contornos geométricos del fondo. También se modifican la amplitud y la longitud de la ola. Si Ho es la amplitud de la onda que sale del fetch, y H es la amplitud de la onda que llega a la costa, entonces se tiene la siguiente relación: H = Ho Kr Kf H = Ho . Kr . Kf donde: Kr es el coeficiente de refracción. Kf es el coeficiente de pérdida de energía entre el Fetch y la costa.

DIFRACCIÓN y La difracción es la dispersión de la energía del oleaje a sotavento de una

barrera, permitiendo la aparición de pequeños sistemas de olas en b iti d l i ió d ñ i t d l aguas protegidas por un obstáculo

Difracción Difracción y La difracción se analiza con los mismos principios de

difracción de la luz y el sonido. De acuerdo con el Principio de Huygens cada punto de un frente de ondas puede considerarse como una fuente de nuevas olas. Este fenómeno puede producir aumentos importantes en las amplitudes de las olas que entran a los puertos. y Si H es la amplitud de la ola, inmediatamente antes de entrar al puerto y Hi es la amplitud de la ola en un sitio determinado dentro del puerto, entonces el coeficiente de Difracción, Ki fi i t d Dif ió Ki es: y Ki = Hi / H y El coeficiente Ki puede ser mayor que 1 en algunos sitios dentro del puerto y menor que 1 en otros. i i d d l

DIFRACCIÓN Y REFRACCIÓN DIFRACCIÓN Y REFRACCIÓN

REFLEXIÓN y

La reflexión se produce cuando la ola choca contra un obstáculo vertical (barrera); la ola se refleja con muy poca pérdida de energía.. muy poca pérdida de energía

Reflexión de las olas

y

Altura de onda y período como función de la intensidad, duración y distancia (fetch) sobre la que actúa el viento. El diagrama permite la estimación desde un oleaje en desarrollo hasta un mar completamente desarrollado Los puntos en blanco y verde dan dos ejemplos: hasta un mar completamente desarrollado. Los puntos en blanco y verde dan dos ejemplos: 1.) La serie de puntos blancos muestra, de izquierda a derecha: Un viento de 30 nudos produce olas de 2 m de altura con período de 5.2 segundos, después de que el viento ha actuado durante 5 horas sobre una distancia de alrededor de 35 millas náuticas (65 km). Después de 10 horas, el mismo viento que ha actuado sobre un área mínima de 80 millas náuticas (~150 km) ha producido olas de 3.6 m de altura con un período de 7.2 segundos. Después de 20 horas y sobre un área de un mínimo de 250 millas náuticas (~460 km) las olas habrán alcanzado una altura de 7 m para el mismo viento. 2.) Alternativamente, las m para el mismo viento 2 ) Alternativamente las series de puntos verdes muestran de izquierda a derecha: Un viento de 30 nudos que actúa sobre una distancia de 50 m.n. (~90 km) produce olas de 2.6 m de altura con un período de 6.1 segundos, después de que el viento ha actuado por al menos 6.5 horas. Si la distancia de acción es de 100 millas náuticas (~185 km), las olas generadas son de 4.2 ió d ill á i ( 8 k ) l l d d m de altura y 8 d l 8 segundos de período, siempre que el viento haya actuado por al menos 11 horas. Sobre un área de 200 millas náuticas (~370 km) el mismo viento genera olas de 7 m de altura con p período de 12 segundos, siempre que el viento haya actuado por al menos 18 horas. g , p q y p Para un viento de 30 nudos se alcanza un mar completamente desarrollado sobre el opunto azul (el final de la línea azul), cuando el viento ha actuado por al menos 22 horas sobre una distancia de al menos 350 millas náuticas (~650 km). En este punto, el mar está caracterizado por olas de 8 t i d l d 8 m de altura con período de 18 segundos. d lt í d d 8 d (1 nudo = 1 milla náutica por hora o aproximadamente 1.8 km/h)

y

PROPAGACIÓN DEL OLEAJE (Tomado de “Clase de hidráulica marítima de Débora Riquelme Valencia ‐ Chile)

GENERALIDADES Se estudian los efectos que condicionan la propagación del oleaje desde aguas profundas hacia aguas poco profundas (o someras). Se define OLEAJE EN AGUAS POCO PROFUNDAS (shoaling waters) aquel que se propaga donde la profundidad no es constante y varía en forma suave de manera que no ocurra: • Reflexión para olas de corto período • No afecte la mecánica del oleaje, localmente a una cierta profundidad

Esto implica que pueden usarse las ecuaciones para el fondo plano. En general, estos requerimientos se cumplen en gran parte de los casos, especialmente aquellos conformados por arenas. El problema a resolver es: CONOCIDAS LAS CONDICIONES DEL OLEAJE A UNA PROFUNDIDAD, PROFUNDIDAD ¿CÓMO SE DETERMINAN LAS CONDICIONES DEL MISMO CUANDO SE PROPAGA A OTRA PROFUNDIDAD?

GENERALIDADES El problema generalmente se reduce a calcular la propagación desde aguas profundas hacia la costa:

Ho, T, Dir (en aguas profundas) Î H, T, Dir (en la costa)

En primer lugar se establece que el período permanece constante. De esta manera, manera como la batimetría i.e. i e La profundidad se conoce, conoce entonces se conoce la longitud y celeridad del oleaje en cualquier punto.

GENERALIDADES Cuando el oleaje se propaga hacia aguas poco profundas, es sometido a dos efectos: SHOALING Una onda que se propaga disminuye gradualmente su celeridad y longitud de onda e incrementa su altura, altura deformándose. deformándose Según la TLO hasta infinito, infinito pero antes la ola romperá. REFRACCIÓN Relaciona la celeridad con la dirección de propagación de la onda. Cuando C d una onda d se aproxima i en sentido id oblicuo bli a los l veriles, il l secciones las i d l del frente de ola “sienten” el fondo y experimentan una desviación progresiva que tiende a alinear al frente con los veriles.

GENERALIDADES Al arribar a la costa, el oleaje experimenta además efectos de: DIFRACCIÓN Efecto por el que la energía se transmite a lo largo del frente producto de obstáculos naturales en el sentido de propagación. Caso típico en molos de abrigo. abrigo RESONANCIA Se genera cuando un oleaje de período similar al de oscilación de una bahía, puerto o cuerpo de agua semiconfinado, excita a la masa de agua, generando una amplificación en forma de ondas estacionarias. También se presentan efectos de : reflexión, disipación, transferencias nolineales, generación.

DETERMINACIÓN DE LA ALTURA DE ONDA Un concepto fundamental para la teoría clásica de la refracción y shoaling, es que la energía no se propaga a través de las ortogonales. Para esto se requiere que: • Olas sean de cresta larga • Altura de ola no varíe a lo largo del frente de ola • Curvaturas del frente sean pequeñas y no afecten

la velocidad de propagación (ó cálculo de L) • No existan corrientes transversales

Con estos supuestos, se utiliza el principio de conservación del flujo de energía que se transmite entre las ortogonales. Con esto se puede calcular la altura de ola H.

DETERMINACIÓN DE LA ALTURA DE ONDA Se puede asumir que la ganancia de energía (por viento) es menor si la distancia entre 1 y 2 es menor a 50–100 longitudes de onda. Si 1 y 2 se separan a menos de 20 longitudes de onda, las pérdidas son despreciables. Se asume que no hay rompimiento ni “white caps”. caps” Bajo estos supuesto se llega a:

H2 = H1

n1 tanh(kd1 ) d1 × × n2 tanh(kd2 ) d2

1⎛ 2 kd ⎞ n = ⎜ 1+ ⎟ 2 ⎝ sinh(2 kd ) ⎠

k = 2π

L

SHOALING (ASOMERAMIENTO) ( ) En el caso especial de veriles rectos y paralelos al frente incidente (sólo shoaling)

1

1

1 n1 = 2

1

tanh(kd1) = 1 Luego: H = Ks × H0 COEFICIENTE DE SHOALING:

Ks = 2 n × tanh(kd )

2

2 2

1

REFRACCIÓN En el caso de veriles rectos:

b H 1 = × 0 H0 2n × tanh (kd ) b

1

1

COEFICIENTE DE REFRACCIÓN:

Kr =

1

b0 b

Luego: g H = Ks × Kr × H0

2

2 2

A veces se usa:

H = Ks × H0 ' H0 ' = Kr × H0 Ho’: altura de ola correspondiente a Ho cuando hay efecto de fondo sin refracción. ó

1

REFRACCIÓN Si los veriles son rectos y paralelos: α0

b0 cos α 0 = b cos α α0

Nota: Para construcción gráfica de diagramas de refracción revisar Shore Protection Manual. α

α

PROPAGACION DEL OLEAJE

REFRACCION

DIFRACCION

REFLEXION

PROPAGACION DEL OLEAJE

ROMPIMIENTO

REFRACCION

DIFRACCION

DIFRACCIÓN Proceso por el cual la energía del oleaje se transfiere lateralmente, en forma perpendicular a la dirección de propagación del mismo. El fenómeno se aprecia cuando una ola llega al extremo de un molo de abrigo. Es fundamental en el diseño de obras portuarias y defensas costeras Se representa mediante un: COEFICIENTE DE DIFRACCIÓN

Hr = Kd × Hi

Nota: Kr puede calcularse teóricamente pero en la práctica se recurre a d datos empíricos íi o modelación numérica.

DIFRACCIÓN

DIFRACCIÓN

Presentación Presentación grafica de refracción de las olas

y

Las olas causan corriente litoral – erosión y/o deposición en las playas l l y

Esquema de simulación de oleaje en laboratorio hidráulico en modelos físicos

y

Mareas Mareas,

por Matthias Tomczak

revisado por: John Luick traducido por: Reginaldo Durazo y

y y y y y y y y y y

Las mareas son ondas largas, ya sea progresivas o estacionarias. El período dominante es usualmente de 12 horas 25 minutos, el cual es la mitad de un día lunar. Las mareas se generan por el potencial gravitacional de la luna y el sol. Su propagación y amplitud están influenciadas por fricción, la rotación de la tierra (fuerza de Coriolis), y la resonancia que está determinada por las formas y profundidades de las cuencas oceánicas y los mares marginales. La expresión más obvia de la marea es el ascenso y descenso del nivel del mar. De igual importancia es el p y g p cambio regular en la velocidad y dirección de la corriente. Las corrientes de marea son de las de mayor magnitud en los océanos mundiales. Descripción de las mareas Mara Alta: máximo en el nivel del agua Marea Baja: mínimo en el nivel del agua Nivel Medio de Marea: el nivel medio del agua, relativo al punto de referencia (nivel de referencia o "datum") ( ) cuando el promedio se realiza sobre un período de tiempo largo. Rango de Marea: la diferencia entre la marea alta y la marea baja Desigualdad Diurna: la diferencia entre dos máximos o mínimos sucesivos de marea Marea Viva: la marea que ocurre poco después de luna nueva o luna llena M Marea Muerta: la marea que ocurre poco después de la luna de cuarto menguante o cuarto creciente. M l d é d l l d i El que existan mareas vivas y mareas muertas alternas da como resultado una desigualdad quincenal en las alturas de la marea y las corrientes. Este período es de 14.77 días, el cual es la mitad de un mes sinódico. (Sinódico: está relacionado a las mismas fases de un planeta o sus satélites. Un período sinódico o un mes sinódico es entonces el tiempo que transcurre entre dos fases sucesivas idénticas de la luna. En la teoría de las mareas, sinódico siempre hace referencia a la luna, tal que un mes sinódico es el tiempo que transcurre entre f fases sucesivas de la luna, por ejemplo entre lunas nuevas sucesivas.) Existen otras desigualdades con períodos i d l l j l l i ) E i d i ld d í d similares o más largos.

Mareas lunares Astronómico Mareas M solares

Origen de las mareas Terrestre

Mareas de tormenta

y Períodos de Marea principales y Mareas producidas por la luna y M2 (lunar semidiurna) 1/2 día lunar = 12h 25min (lunar diurna) 1 día lunar 24h 50 min y O1 (lunar diurna) 1 día lunar = 24h 50 min y Mareas producidas por el Sol y S2 (solar semidiurna) 1/2 día solar = 12h y K1 (solar diurna) 1 día solar = 24h y Las mareas se pueden representar como la suma de oscilaciones armónicas con estos

períodos, más la suma de oscilaciones armónicas de todos las otras combinaciones de períodos (tales como desigualdades). Cada oscilación se conoce como constituyente de marea, y tiene su amplitud, período y fase, los cuales se pueden extraer a partir de observaciones utilizando técnicas de análisis armónico. Se han identificado cientos de dichas oscilaciones pero en la mayoría de las situaciones y para propósitos de dichas oscilaciones, pero en la mayoría de las situaciones y para propósitos de predicciones a lo largo de un año más o menos, es suficiente con incluir sólamente M2, S2, K1 y O1. En la práctica, las predicciones que se producen por computadora para publicar las tablas de marea oficiales utilizan muchos más términos que estos cuatro. Por ejemplo, el Departamento Nacional de Mareas en Australia utiliza 115 términos para producir las Tablas de Marea oficiales de ese país. Tablas de Marea oficiales de ese país Clasificación de Mareas Para clasificar las mareas se utiliza el Número de Forma F definido como F = ( K1 + O1 ) / ( M2 + S2 ) donde los símbolos de las constituyentes indican sus respectivas amplitudes. De acuerdo al valor de F se distinguen cuatro categorías: valor de F

categoría 0 ‐ 0.25

semidiurna

0.25 ‐ 1.5

mixta, principalmente semidiurna

1.5 ‐ 3 > 3

mixta, principalmente diurna Diurna

La masa de agua se orienta siempre hacia los cuerpos celestiales y mas hacia el que según la ley de atracción ejerce mayor fuerza:

y

F=

M Tierra mLuna r(2luna −tierra ) Mareas solares representan 45% de las lunares

Máximos valores de mareas se asocian con equinoccios de un año asocian con equinoccios de un año Es muy importante conocer que el eje de la tierra tiene una inclinación permanente de 23º27´ y inclinación permanente de 23º27 con respecto a la vertical del plano de la eclíptica.

Verano en el Hemisferio SUR H i f i SUR

Invierno en el hemisferio SUR

y

Marea diurna – un valle y una cresta en 24h

Marea semidiurna – M idi dos d valles y dos crestas en 24h

MAREA MIXTA ILUSTRA LA CURVA DE MAREA , QUE ES DE TIPO MIXTA. SI BIEN HAY DESIGUALDAD DIURNA EN LAS PLEAMARES Y EN LAS BAJAMARES, LA DESIGUALDAD EN LAS BAJAMARES ES MAYOR.

MAREAS DE ORIGEN TERRESTRE MAREAS DE TORMENTA SE DEBE A LA ACCION DEL VIENTO TIPO HURACAN O CICLONICO. CICLONICO DEPENDIENDO DEL SENTIDO: ‐HACIA LA COSTA AUMENTA LA AMPLITUD ‐DESDE LA COSTA SE REDUCE LA AMPLITUD

Mareas de origen terrestres

Mareas de tormenta

Mareas hidráulicas

Se define como el aumento disminución del nivel de agua arriba o abajo del nivel esperado debido a la acción esperado, debido a la acción del esfuerzo del viento sobre la superficie del agua.

Se denomina así, al resultado que se produce en la onda de marea al propagarse en un estrecho o un golfo que se angosta en su extremo.

DESCRIPCION MATEMATICA DE LAS MAREAS ASTRONOMICAS Ú SEGÚN DODSON (1930) UNA MAREA ES COMBINACION DE VARIAS COMPONENTES DADAS DISTINTAS INFLUENCIAS: “ANALISIS ARMONICO O METODO DEL ALMIRANTAZGO” ESTAS COMPONENTES SON: AMPLITUD hj LA DIFERENCIA DE LOS NIVELES MAS ALTOS Y MAS BAJOS J CON EL NIVEL PROMEDIO (m) PERIODO Wj ES EL TIEMPO (horas) REQUERIDO PARA QUE OCURRA DE NUEVO UNA COMPONENTE PERIODO αj EL TIEMPO TRANSCURRE ENTRE EL PASO DE UN ASTRO (LUNA‐SOL) A TRAVEZ DEL MERIDIANO DEL LUGAR DE INTERES Y EL TIEMPO REAL DE OCURRENCIA (EN GRADOS) DONDE “j” ES EL TIPO O CLASE DE TERMINO ARMONICO O CONSTITUYENTE.

TABLA DE LAS PRINCIPALES CONSTANTES ARMONICAS COMPONENTES (SIMBOLO)

CAUSA

Wj

T hr (360º/Wj)

M2

MAREA LUNAR

28.98

12.42

S2

MAREA SOLAR

30.00

12.00

N2

ELIPTICA LARGA DE LA LUNA

28.44

12.66

K2

MAREA SEMIDIURNA (LUNA SOL)

30.08

11.97

K1

MAREA DIURNA (LUNA SOL)

15.04

23.94

O1

MAREA DIURNA LUNAR

13.94

25.83

P1

MAREA DIURNA SOLAR

14.96

24.06

Wj Y T SON CONSTANTES PARA CUALQUIER LUGAR EN EL MUNDO Hj y αj SON NUICOS PARA CADA LUGAR Y SE OBTIENEN MEDIANTE OBSERVACIONES.

EL NIVEL DE LA MAREA EN SU FORMA GENERAL SE PUEDE CALCULAR:

ht = h0 +

∑ [h P1

M

j

Cos (W j t − α j )

]

2

NIVEL DE AGUA EN EL TIEMPO ó

P1

[

h t = h 0 ∑ fh j Cos W j t + (v 0 + M M

)−

g

]

2

h0……… NIVEL DE AGUA PROMEDIO t ……… TIEMPO CONSIDERADO f f ……… FACTOR DE CORRECCION DE AMPLITUD (V0+M). FASE TEORICA DEL CONSTITUYRNTE A LAS CERO HORAS DEL 01/ENERO DE CADA AÑO (GRADOS)

g ……… RETRASO DE FASE O EPOCA DEL CONSTITUYENTE (GRADOS)

SE RECOMIENDA TENER MINIMO 30 DIAS DE OBSERVACIONES HORARIAS O MUCHO MAS PARA EXCLUIR LA POSIBILIDAD DE INTERFERENCIAS DE MAREAS DE TORMENTA, OLEAJE O ERRORES MECANICOS. EJEMPLO TOPOLOBAMBO SINALOA ‐ MEXICO LONGITUD GEOGRAFICA 105º W COMP

hj

αj

M2

0.300

297.91

S2

0.212

293.76

N2

0.065 0 065

305 02 305.02

K2

0.068

292.17

K1

0.256

87.84

O1

0.174

82.68

P1

0.087

90.98

TIPO DE MAREA

γ =

h K 1 + hO1 hM

2

+ hS2

PREDOMINAN

γ < 0.25…………………. MAREA SEMIDIURNA 0.25 < γ < 1…………… MAREA MIXTA γ > 1……………………... MAREA DIURNA

¿Cuáles son las mareas más altas que se conocen? Se dan en el Atlántico, en la Bahía de Fundy (Canadá) el agua puede variar hasta 19 metros entre la marea alta y la baja. En la Bretaña francesa, en , p g Mount Saint Michel, la variación del nivel del mar puede llegar a los 16 metros.

BAHÍA DE FUNDY

MOUNT SAINT MICHEL

Magnitudes de las mareas en el litoral peruano

Las Cotas de Línea de Más Alta Marea que se muestran en el cuadro anterior son válidas en un área de 50 km a la redonda, para cada una de las estaciones indicadas. En Paita las mareas son del tipo semidiurno, con amplitudes promedio del orden de 1 16 mts; promedio del orden de 1.16 mts; las de sicigias alcanzan valores promedios del orden de los 1.49 mts.

LAS CORRIENTES

Una corriente oceánica o marina es un movimiento de traslación, continuado y permanente de una masa de agua determinada de los océanos y en menor grado, de los mares más extensos. Causas: -Rotación de la tierra -Vientos y olas -Configuración C f de la costa -Diferencias de temperatura salinidad y densidad -Influencia del fondo marino

Corrientes superficiales

.

Rotación de la tierra: Los efectos de la rotación de la Tierra son visibles en la dirección de las corrientes oceánicas, en los patrones de los vientos especialmente, de los planetarios, en la dinámica fluvial y en el surgimiento de aguas frías p , y g g de las profundidades submarinas en las costas occidentales de los continentes, específicamente de la zona intertropical. Debido a la rotación de la Tierra, todo lo que se mueve en su superficie , q p no sigue una línea recta, sino que tiende a girarse hacia un lado. Esto se conoce como el efecto de Coriolis. Esta fuerza de Coriolis (que es siempre hacia la derecha en el hemisferio (q p Norte), y la gravedad la cual se dirige hacia la gradiente de presión influyen en la dirección del flujo de las corrientes. debido a la rotación de la Tierra, la fuerza de Coriolis, causa que el movimiento del agua sea 45º hacia la derecha de la dirección del viento, en el Hemisferio Norte y 45º a al izquierda de la dirección del viento, en el Hemisferio Sur, (se verá mas adelante).

Vientos: Los vientos son los responsables de producir las olas y las corrientes en el océano. A su vez es el calentamiento solar lo que impulsa los vientos.

La mayor energía solar se recibe en el Ecuador, por eso el aire es más caliente en el Ecuador y más frío en los polos. El aire caliente, por ser menos denso, se eleva en el Ecuador, por lo que se forma una baja presión. Según el aire caliente se aleja del Ecuador hacia el norte o hacia el sur, se enfría y se torna más densa y baja. Esto ocasiona un gradiente de presión y otra masa de aire tiene que remplazarlo, ocasionando el viento. Entonces se forma una celda de circulación o de convección. i E f ld d i l ió d ió

Circulación Global del Aire y Patrones de Precipitación

60°N 30°N

El aire descendente absorbe humedad

0° (ecuador)

30°S

60°S

Zona árida

30°

23.5°

El aire seco descendente absorbe humedad

El aire ascendente libera humedad 0° Trópicos

23.5° 30°

Zona

árida

El calentamiento solar causa la expansión del agua Ya que cerca del Ecuador las El calentamiento solar causa la expansión del agua. Ya que, cerca del Ecuador las temperaturas son más altas, esto causa que el nivel del mar esté cerca de 8 cm. mas alta que en las latitudes medias. Esto causa una pendiente o inclinación en el nivel del mar y el flujo del agua tiende a fluir hacia abajo, en dirección de la pendiente.

Los vientos empujan agua desplazándola ientos que q e soplan en la ssuperficie perficie emp jan el ag a despla ándola en la dirección de donde provienen. Lo que ocasiona que el agua tienda a amontonarse en la dirección que sopla el viento. Entonces, la gravedad tiende a halar el agua g en contra del g gradiente de p presión o sea descendiendo p por la inclinación de la pendiente. Pero debido a la rotación de la Tierra, la fuerza de Coriolis, causa que el movimiento del agua sea 45º hacia la derecha de la dirección del viento, en el Hemisferio Norte y 45º a al izquierda de la dirección del viento viento, en el Hemisferio Sur Sur, alrededor de los centros de amontonamiento amontonamiento.

Corriente litoral causada por olas

CORRIENTES DE RESACA Las masas agitadas de agua que quedan tras la d t l rotura de las olas se mueven rápidamente p hacia tierra, arrastrando la carga de fondo y el sedimento en suspensión.. Tras el suspensión paso de cada ola rota se produce movimiento de agua hacia el mar, el cual puede producir las corrientes de resaca.. resaca

Playa Colan sur – formación de la “resaca”

y

Las aguas profundas se sumergen hacia las cuencas oceánicas ocasionadas por fuerzas de cambios en densidad y la gravedad. Las diferencias en densidad son reflejo de las diferencias en temperatura y salinidad. Las corrientes de aguas profundas se forman donde la temperatura del agua g p p g es fría y las salinidades son relativamente altas. La combinación de altas salinidades y bajas temperaturas afectan la densidad del agua tornándola más densa y más pesada provocando que se hunda. Esto ocurre en las zonas polares, y al hundirse se desplazan hacia las zonas ecuatoriales. El agua de las zonas ecuatoriales, en cambio, es cálida y tiende a desplazarse d l t i l bi álid ti d d l hacia las zonas polares a través de la superficie.

y

Los procesos que cambian la salinidad del agua son la precipitación, la agua La temperatura del agua cambia evaporación y el congelamiento del agua. predominantemente por el calentamiento solar. Estos procesos ocurren principalmente en la superficie. Una vez la masa de agua se sumerge la salinidad y la temperatura no puede cambiar, por lo que estas características únicas quedan impresas en las masas de í i ú i d i l d agua en la l superficie como si fueran una huella. Esto permite a los oceanógrafos identificar el movimiento de las masas de agua a través de grandes distancias. Al sumergirse el agua en la superficie, su posición en la columna de agua d depende d de d su densidad. d id d La L capa superficial fi i l all ser más á caliente li t y menos densa se mantiene arriba. En términos generales tenemos una masa superficial que se encuentra entre los 100 a 200 m. En la mayoría de los casos,, se conoce también como la capa p mixta,, ya y que q está mezclada bajo j la acción de los vientos y las olas. En este diagrama simplificado se ilustran las tres capas de agua en la columna de agua.

Corrientes frías – verde y corrientes cálidas ‐ amarillas

CORRIENTES de profundidad de agua fría que g garantizan suministro de oxigeno a los q g océanos

1.‐ Según sus características: ‐Corrientes oceánicas ‐Corrientes de mareas ‐Corrientes de oleaje ‐Corrientes de turbidez ‐Corrientes de densidad

2.‐ Según su temperatura:

‐Corrientes cálidas ‐Corrientes Corrientes frías frías ‐Corrientes mixtas

3.‐ Según el nivel del mar:

‐Corrientes profundas C i t f d ‐Corrientes superficiales

Muchas de las corrientes son originadas por las mareas al subir y bajar una importante masa de agua por la fuerza de atracción de la luna. Cuando la luna deja de ejercer la atracción sobre la masa de agua que ha subido cerca de la costa, todo este agua “cae” y se canaliza debido a la orografía submarina dando lugar a las corrientes tal y como las conocemos. Cuando b i d d l l i l l C d sube ocurre lo mismo pero en sentido contrario. En cuanto una corriente tenga una periodicidad y cambio de sentido marcados es claro que se trata de una corriente de marea.

Las corrientes de marea tienen un efecto despreciable en el océano abierto, pero en zonas cercanas a la costa o en canales son de gran intensidad.

El oleaje en la costa también genera corrientes que influyen considerablemente en el movimiento de los materiales sedimentarios a lo largo del litoral y es una causa fundamental de la erosión de la costa. La corriente de deriva litoral: se produce cuando las olas llegan oblicuas a una costa rectilínea, generalmente en ángulo inferior a 10º (el ángulo nunca puede ser mayor debido a la refracción), ( l á l d d bid l f ió ) esto da nacimiento a una corriente paralela al litoral, entre la zona de rompiente y la orilla. La velocidad de la deriva es mínima fuera de la zona de rompiente, lo que demuestra claramente que es inducida por el oleaje y no puede ser atribuida a corrientes oceánicas o corrientes de marea.

Corrientes de turbidez: Corrientes de turbidez:

casi siempre acompañan a otra corriente, ayudando a su nacimiento y expansión Resultan más fáciles de identificar y explicar en los grandes expansión. Resultan más fáciles de identificar y explicar en los grandes ríos de la zona intertropical y en las costas, donde se presentan corrientes de deriva litoral que arrastran sedimentos (arenas y arcillas) que van modificando con sus depósitos la línea de la costa.

Es la presencia vertical de dos masas de agua con distinta densidad y se presentan en los lugares de contacto entre aguas de distinta temperatura: una fría a mayor profundidad (por su mayor densidad) y otra cálida en la superficie. Generalmente, se desplazan en sentido contrario desplazan en sentido contrario,

Corrientes cálidas: flujo de las aguas superficiales de los océanos que tiene su origen en la Zona Intertropical y se dirige, a partir de las costas orientales de los continentes hacia las latitudes medias y altas en dirección contraria a la y rotación terrestre.

Corrientes frias: flujo de aguas frías que se mueven como consecuencia del movimiento de rotación terrestre, es decir de este a oeste, a partir de las costas occidentales de los continentes por el ascenso de aguas frías de grandes profundidades en la zona intertropical y subtropical.

Las corrientes marinas superficiales trasportan un gran volumen de agua y energía en p p g g y g forma de calor, por lo que influyen en la distribución de la temperatura. Como resultado afecta el clima del planeta. Es por esto que el océano se conoce como el termostato de la Tierra.

Corrientes mixtas:

algunas corrientes que surgen en las costas occidentales de los continentes en las zonas próximas a los trópicos se desplazan hacia el este como corrientes frías pero, en la medida en en que se desplazan por los océanos más amplios, se van calentando superficialmente y se que se desplazan por los océanos más amplios se van calentando superficialmente y se convierten en cálidas.

p Corrientes de profundidad: son corrientes generadas debajo de los 1000 metros de profundidad (p (picnoclina), principalmente debido a la rotación terrestre, que da ), p p ,q origen a la surgencia de aguas profundas, y por lo tanto frías, en las costas occidentales de los continentes en las latitudes intertropicales.

Corrientes de superficie: son las corrientes que se ven afectadas por los vientos predominantes, que les transmiten gran cantidad de energía y p por la acción giratoria de la Tierra, generando corrientes g ,g circulares o en forma de espiral.

Transporte de Sedimentos

y

Transporte de sedimentos y El estudio de transporte de sedimentos es relacionado con las

medidas de control y preservación de playas. Estas pueden ostentar la condición de: EQUILIBRIO EROSION SEDIMENTACIÓN (o ( deposición) d i ió ) y Las causas de un estado de playa que requiere la intervención son oleaje j y corrientes asociadas con el. y La investigación del régimen de sedimentos en la playa se puede realizar numéricamente – cálculos o midiendo en el lugar. La última opción es mas exacta.

y El movimiento de sedimentos depende de : Gradientes de componentes de velocidades del flujo

turbulento (cuanto mayor la componente vertical del flujo turbulento mas y y p partículas estarían en suspensión p – mayor y g grado de turbulencia mayor y mayores

) Geometría del fondo y naturaleza de materiales (existencia de vías privilegiadas de transporte aumenta las velocidades y el transporte , granulometría y grado de consolidación‐ cuanto menores mayor transporte potencial) Porosidad y cohesión de los depósitos (mayor porosidad id d mayor transporte

transporte ; mayor cohesión MENOR transporte)

Características del fluido (fluido mas denso, por estar con una cantidad d sedimentos de di ya incorporados i d , sedimentos )

transporta menos que ell fluido fl id que no carga

Clasificación del tamaño de sedimentos conforme a H A Einstein sedimentos conforme a H. A. Einstein y Tamaño

Designación

Observaciones

en micras: µ < 0.5 0 5 ……………………. Coloides ……………………. 0.5 < D < 5 ……………….. Arcilla ……………………. 5 < D < 64 ………………. Limo ………………………

Siempre floculados Parcialmente floculados Cristales individuales no floculados 64 4 < D < 2 mm ……………Arena ……………………….. Fragmentos g de roca 2mm < D ……………………..Grava y cantos rodados Fragmentos de roca La presente tabla es solo una de muchas y se presenta como un ejemplo. ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ El análisis de la granulometría de sedimento se realiza mediante: Recuento y mediciones d d directas d sus dimensiones de d …..para tamaños mayores de d 14cm Tamizado ………………………………………………………..………para grava y arena Arena fina y limo…………….……………………………………….sedimentación o análisis microscópico Entre las características de interés aparte del tamaño se analiza la forma: Factor de forma: s.f s f =[c/(ab)^0.5] [c/(ab)^0 5] donde “c” c es la menor dimensión de las tres – esfera s.f. sf =1 Arenas naturales tienen el factor de forma igual a 0.7 Mineralógicamente arcillas son fragmentos de feldespatos y micas, limos son sílices , arenas son cuarzos gravas y canto rodado son fragmentos de roca original El peso especifico varia poco para diámetros menores que 4mm y es igual a 9.81m/s2* 2,650 kg/m3 Las arcillas tienen este peso : 9.81 m/s2 * 2500 kg/m3 a 2,700 kg/m3

Velocidad de caída de las partículas lid “ ”( / ) solidas en agua en reposo “w”(m/s)

y Una partícula que desciende por gravedad en una

columna de agua entra en movimiento por la fuerza de peso sumergido “ G´ ” pero encuentra oposición a este movimiento ejercida por la fuerza de arrastre que ejerce el fluido sobre cualquier cuerpo en movimiento ejerce el fluido sobre cualquier cuerpo en movimiento. Debido a que la caída en un medio de cierta densidad llega a ser con velocidad constante (sin aceleración) se puede considerar equilibrio de fuerzas: d id ilib i d f y ΣFz=0 ‐G + FR + E = 0 ‐G+E= ‐G´=(ρs – ρw )g Vesf y ‐G G´ = FR , R FR = CD (w (w^0 0.5) 5) ρw 0.5 (D 0 5 (D^2)π/4 2)π/4 de la ecuacion surge que “w” – velocidad de caída es igual a w= [1.3333gD(ρs – ρw )/(CD ρw )]^0.5 y CD …depende del numero de Reynolds; Para Re<1 se tiene la formula de Stocks: w=(∆ ρ g D^2)/18 ν

y La partícula solida que cae en agua que ya contiene

sedimento en suspensión cae mas lento: ( ) ( ) ( ) w(c)/w(0) =(1‐c)^α 0
y Inicio de movimiento de sedimento de fondo – arrastre Fuerza perturbadora: F=α1 τ0D^2 i l fi i t lti li d f t t á t …es igual a un coeficiente multiplicando esfuerzo cortante y área expuesta Fuerza estabilizadora es el peso sumergido de la partícula: α2 (ρs ‐ ρw )gD^3 …esta fuerza debe ser mayor para garantizar la estabilidad de la partícula frente a la perturbación: d l l f l b Entonces: α1 τ0D^2 > α2 (ρs ‐ ρw )gD^3 τ0 > C (ρs ‐ ρw )gD …como τ0=γRS=(fρv^2)/8, v= [(8g/f)^0.5](RS)^0.5 Se introduce una velocidad ficticia llamada velocidad de corte: u*= v (f/8)^0.5…que tiene dimensión de velocidad y se puede escribir como: u*= (gRS)^0.5 Para presentar relaciones entre estas fuerzas se acude a graficar diagrama donde en la abscisa se presenta el numero de Reynolds del grano: R*e=(u*D/ν) …y el numero de Froude del grano ψ ( / ) y g ψcr= [(u* [( cr ))^2]/(∆ρ ]/( ρ g g D) )

ψcr = función de R*e En base a experimentos se ha constatado que el inicio de movimiento se da cuando ψcr= [τcr/(∆ρ ( g D)]> 0.048 (realmente se asume para 0.056) ) ( ) Este parámetro numérico fue definido por experimentos de Meier –Peter Műhler . El diagrama completo es el de Shields:

y

y

Albert F. Shields (1908 – 1974)

y

Abaco de Shields 1936 Abaco de Shields, 1936

y

y

Diagrama de Shields modificado

Velocidades criticas en “m/s” para algunos materiales: y suelto compacto * Arena arcillosa 0.45 1.25 * Arcilla 0 3 1 20 * Arcilla 0.35 1.20 * Suelo arcilloso pobre 0.3 1.05 La velocidad admisible se obtiene dividiendo estos valores con un coeficiente de seguridad. La velocidad de corte critica en un flujo uniforme para partículas de diámetro de 10 micras a 100 micras es u*cr =(gRS)^0.5 y tiene valor de 3cm/s a 4.5 cm /s Limo en estuarios tiene velocidades criticas después de consolidación que duro: pocos días 1 cm/s unas semanas 3 cm/s τ0=ρ (u*)^2 El numero de Froude de grano no depende de la forma de grano. Si existe buena graduación del sedimento ocurrirá “acorazamiento” . Variando a menos la relación entre el tirante del flujo y tamaño del diámetro D el numero critico de Froude aumenta. aumenta El oleaje estimula incursión de sedimentos a movimiento oscilatorio: Velocidad máxima orbital de la oscilación de partícula de agua: u max = H/[T sen h (2 πD/L)] donde H,T y L son altura de la ola, su periodo y longitud respectivamente. …y u*=(8ν i * (8 u max / πT)^0.25 τ T)^ 0=ρ (u*)^2 …. ( *)^

y

y

Equilibrio dinamico transversal de una playa Consiste en traslado de la arena desde la línea de rompiente hacia la ante playa y vice versa. El agua que realizó el traslado regresa con menos energía arrastrando menor cantidad de arena de lo que trasladó hacia la barra. De este modo se modifica el perfil de la playa. Las corrientes litorales no se manifiestan como un factor que parte de la de la playa Las corrientes litorales no se manifiestan como un factor que parte de la arena envuelta en este cíclico traslado transporta lateralmente fuera de la zona de origen.

Cuantificación de transporte litoral de sedimentos: Se ofrecen dos métodos: ‐ Medición directa ‐ Formulas empíricas …y combinación de los dos F l íi bi ió d l d métodos. Medición directa: ‐ Espigones de prueba, su longitud sobrepasa ligeramente la línea de rompiente de la marea alta – retienen los sedimentos y permiten cuantificación mediante seccionamientos playeros. i i l El método ofrece buenos resultados para un periodo de observación de un año!

y

y

yCAPITULO III

y Fondo marítimo y estudios

geotécnicos y y

Clase de materiales del fondo marítimo Investigaciones geofísicas y de mecánica de suelos

y

Las investigaciones se conducen usando distintos métodos que parten de métodos geofísicos , sin perforaciones ni toma de muestras, hasta métodos donde se llega a extraer muestras de cualquier profundidad necesaria. En muchos casos se trabaja con “cone penetration test” – CPT el mismo que ofrece : •Esfuerzo cortante en estado sin drenar el suelo • Coeficiente de cambio de volumen – de hinchamiento • Equivalente valor de SPT . “Standard Penetration Test” Para suelos de mayor granulometría (arenas a mas ) – Densidad relativa.

y

Arenas: Están mezcladas con fragmentos de conchas – tienen menor ángulo de fricción interna y mayor compresibilidad Los fragmentos de conchas son parte h menos resistente a compresión. En zonas sin oleaje j pueden estar flojos y susceptibles a licuefacción y colapso Oleaje ayuda a consolidación. Los depósitos de apreciable edad son consolidados y cementados.

y

y

y

Metodos geofisicos de investigación: For water based operations the electrodes are placed on a multichannel cable bl trailing l b h d the behind h survey vessell (Figure ( 106). ) According d to the circumstances the cable may be floating or towed on the seafloor. A floating cable may be more efficient in shallow water or if obstacles on the seafloor hamper the use of a bottom towed cable. The electrode geometry is chosen in such a way that good quality data may be obtained even for shallower targets.

y

Method An electrical current is injected into the sub‐surface by means of two electrodes. Based on the measured values of current and voltage, the average resistivity of the sub‐surface is calculated for a sub‐surface volume down to a certain penetration depth. The penetration depth l d t t i t ti d th Th t ti d th depends on the distance between the electrodes. Larger electrode distances are associated with increasing penetration depth. p g If the measurements are repeated with increasing electrode distances, information is obtained from progressively deeper geological structures. As such, a field curve is obtained showing the resistivity as a function of the (horizontal) distance between the electrodes. After computer modelling this field curve is transformed into a real geophysical subsurface section showing the resistivity as a function of depth (Figure 105).

Figure 105 Profile of seabed sub-surface (Source: Demco NV)

y

y Algunos equipos modernos usados en investigación de

fondo marino

Shallow water FFCPT (Free fall cone for Penetration Test) The newly developed lance is an easy‐to‐use, lightweight free‐fall CPT (FFCPT) instrument for shallow marine application (200 m water depth). The probe consists of an industrial 15 cm2 piezocone and a water‐proof housing containing a microprocessor, volatile memory, battery, and accelerometers. Strain gauges inside the probe measure the cone resistance and sleeve friction by subtraction. A single pore pressure port (u2) is equipped with an absolute 2 MPa pressure sensor. An inclinometer is used installed p g / 3 relative to vertical, while temperature is monitored via a thermistor. Four , p to monitor the penetration angle at +/‐30° accelerometers (1.7g, 5g, 18g, 100g) provides information about the descent velocities and deceleration behavior of the instrument upon penetration. Their data enable the user to calculate penetration depth during multiple deployments by integration….

y

Equipo para perforar el fondo marino; se baja del barco hasta el fondo donde empieza a funcionar

y

CAPITULO IV Obras marítimas

y

Clasificación de obras marítimas Según su función: A) Obras de protección de costa B) Obras de carga y descarga C) Obras de puertos protegidos Según su estructura A1) Masivas de concreto y roca ) B1) Con pilotes con plataformas de concreto armado

Obras y tecnologías para impedir erosión de playas defensa Costera defensa Costera erosión de playas ‐ y Obras: y Paralelas a la costa: • La obras de protección longitudinales o paralelas a las costa pueden ser establecidas sobre la línea de la costa o una corta distancia en el mar. • Obras de defensa Costera se establece donde el equilibrio de línea de costa esta comprometida siendo erosionada la playa y/o la costa. • También se pueden utilizar para ganar la costa.

No hacer nada

Reubicación

I Impedir avance de la erosión di d l ió

Ganar el terreno al mar

Intervenciones limitadas

Cinco opciones de la politica general y

y

y

Otras clases de obras

ROMPEOLAS SEPARADOS DE LA LÍNEA DE COSTA Í y Es conocido costa afuera, d que las l obstrucciones b f

tales como arrecifes o islas artificiales causan en la línea de costa la formación de protuberancias, las cuales pueden ser salientes (semi ‐ tómbolos) o tómbolos, cuando el saliente une al arrecife o isla con tierra firme. y Este E t fenómeno f ó ocurre debido d bid a que la l energía í de d ola disminuye por rotura y la corriente litoral se desarrolla en ambas direcciones ocurriendo un choque atrás del rompeolas; consecuentemente se reduce la capacidad de transporte de arena. Existen ecuaciones empíricas que describen el fenómeno. También se aplican modelos matemáticos probados.

Protección contra inundaciones de la ciudad de LONDRES por mareas altas

principales variables implicadas (tamaño de (B), la distancia desde de la costa (S), ancho a lo largo de la costa (F), el grado de proteccion de fabricación (J) y la distancia entre la f b i ió (APEX) l b tá l ( ) d fabricación (APEX) y el obstáculo (x) de acuerdo a van Rijn) d Rij )

Ejemplo de protección rompeolas separado y duna artificial Ejemplo de protección, rompeolas separado y duna artificial

y Algunas relaciones empíricas son:

B es la longitud de la estructura costa afuera y S la separación de la playa original

El tipo de obras costeras apropiado son similares a l mostradas las d en las l fotografías f f siguientes, son obras separadas de la línea de playa que producen una disminución en la energía de la rompiente y promueven aumento en el ancho de la playa seca.

Recuperación de playas en la costa de Lousiana, USA

Proyecto de recuperación de línea costera, Jose, Venezuela

Obras perpendiculares a la costa Obras perpendiculares a la costa Espigones perpendiculares a la playa. y

Es una solución muy utilizada, de utilizarse esta opción, debe tenerse especial cuidado en construirla en cierta secuencia, ya que el principio de f funcionamiento es que el espigón atrapa sedimentos i i t l i ó t di t transportados por arrastre de fondo, causando acrecencia en el lado de corriente arriba y erosión del lado de corriente abajo. De adoptarse esta solución abría que comenzar por un extremo aguas abajo de la corriente litoral, esperar que el espigón se llene, comiencen a pasar los sedimentos corriente abajo y luego construir el siguiente corriente arriba para que comience a llenarse y así sucesivamente hasta lograr la comience a llenarse, y así sucesivamente hasta lograr la protección de toda la costa.

En la figura siguiente se describe el efecto de un espigón perpendicular a la playa, el cual crea una zona de acrecencia (deposición) del lado de donde viene la corriente y una zona de erosión en el lado corriente abajo. Una vez que la sedimentación g p g se p ha llegado a la zona p profunda del espigón podría construir un segundo espigón para ir así sucesivamente logrando una protección estable en la playa. El orden de construcción es desde la ubicación final hacia de donde viene la corriente.

Datos para su diseño Datos para su diseño y Los datos necesarios para el diseño de los

espigones son la topografía y batimetría de la costa en la zona por proteger, secciones transversales a lo largo de las orillas que serán protegidas, características hidráulicas de la corriente como asociado a un periodo de retorno entre 50 y 100 años la elevación de la superficie entre 50 y 100 años, la elevación de la superficie del (pleamar máxima), así como las velocidades medias de las corrientes litorales a lo largo de las g orillas por proteger; la granulometría y peso específico de los materiales del fondo y orillas, y finalmente los materiales de construcción disponibles.

Separación entre espigones p pg y La distancia entre espigones, se mide en la

orilla ill entre los l puntos de d arranque de d cada d uno y depende de la longitud del espigón de aguas arriba y de su orientación, orientación así como de la configuración de la margen. y Para calcular la separación entre dos espigones, se toma en cuenta la expansión teórica q que sufre la corriente al p pasar frente al extremo del espigón. Normalmente se considera que el ángulo de expansión β varía entre 9 y 11 grados. d

y Sí los espigones están muy cercanos

entre sí trabajan menos eficientemente y su costo es mayor. En la siguiente tabla se dan recomendaciones para la relación que deben guardar entre sí la separación y longitud de los espigones. ió l it d d l i

Valores recomendados para la relación Separación/Longitud para espigones, según Klingeman, (1984)

Universidad Nacional de Piura Fac. Ingeniería Civil

y Para la separación entre espigones en un tramo recto,

cuando la línea extrema de defensa y la margen son paralelos sin empotramiento en la orilla se paralelos sin empotramiento en la orilla, se recomienda lo siguiente:

FORMAS DE LOS ESPIGONES

Tecnologías que ayudan a preservar y recuperar playas 1/ Alimentación artificial de las playas 1/. Alimentación artificial de las playas 2/. Dunas de arena 3/. Drenaje de playas Antes que todo hay que definir donde empieza la playa Adecuado tratamiento del problema no es posible sin datos relevantes. E Esto i li realización implica li ió de d permanente monitoreo de la evolución del perfil y exten‐ sión de la p playa. y Los medios son diferentes: empezando por levantamiento topograf. Periodico, fotografias aereas, GPS uso de GPS, d tecnologias t l i de d observacion a distancia mediante uso de radar, satelite…

y

1/ Alimentación artificial de las playas 1/. Alimentación artificial de las playas • Consiste en reponer los sedimentos perdidos mediante

la alimentación con arena de condiciones similares a la arena nativa del lugar. arena nativa del lugar • Alimentación artificial combinada de alguna obra para control de erosión • En ocasiones se combina la alimentación artificial con obras para control de erosión con la finalidad de darle p mayor durabilidad al proyecto de control de erosión.

y

y

2/. Dunas de arena Las dunas son elemento normal de la morfología de la playa. Pueden defenderse y estabilizarse con plantas de origen local como ciertas clases de hierba y/o arboles

y

3/ Drenaje de playas 3/. Drenaje de playas El efecto de succión (hacia los drenes) contrarresta poder de arrastre de la ola rompiente . El agua drenada se acumula en cisternas y puede servir (esta limpia) para p , p y , g piscinas, criaderos de peces y de conchas, lagunas cerradas…

y

Protección de la playa con el sistema de drenaje por gravedad

y

y

Obras de carga y descarga Muelles: y En mar abierto y En puerto protegido

EN MAR ABIERTO y Un muelle es una obra que permite carga o descarga de

mercadería o pasajeros. y Cuando C d se construye en mar abierto bi d b estar debe orientado de tal manera que fomente seguridad de integridad física de la obra misma y de naves allí atracadas: en otras palabras paralelamente a la dirección de principales vientos y corrientes marítimas.

Tipos de muelles p Según su profundidad: • Bajo bordo (‐3m a ‐4m) • Mediano bordo (‐4m a ‐8m) d b d ( ) • Alto bordo (‐8m a ‐15m) Según su carga: • Muelles comerciales (callao) • Muelles pesqueros (anchoveteros 5‐6m Prof. Y Muelles pesqueros (anchoveteros 5 6m Prof. Y consumo humano 8‐10m Prof.) • Muelles mineros (Bayovar) • Muelles militares (Pto. De callao y en Paita ) • Muelles de reparación ( muelles secos) • Muelles deportivos M ll d ti

y

Hinca de pilote metálico con martillo vibrador

Muelle de bloques.

Detalles típicos de un muelle poco profundo sobre sacos de yute sobre sacos de yute.

Embarcadero sobre l pilones

La figura muestra un muelle sobre pilones, adecuado para un litoral de barro o arcilla. Este tipo de estructura es frágil en comparación con el muelle sólido y sólo se debe construir en zonas de mucha calma. de mucha calma

Muelles cajones •Estos muelles están E t ll tá

constituidos por un muro formado por cajones (figuras 1), apoyado sobre una banqueta, con peso suficiente para soportar los empujes de los rellenos que actúan sobre su trasdós. En la figura 2 se identifican los elementos más característicos de este tipo de muelles. Transmiten a la banqueta de cimentación cargas que en punta pueden alcanzar 0,7 MPa.

Muelles de bloques y Estos muelles están formados

por un conjunto de bloques de hormigón colocados sobre una q banqueta de todo‐uno o escollera convenientemente enrasada. En la figura se identifican los elementos más característicos de este tipo de muelles. y Los bloques son normalmente p paralelepipédicos y macizos pp y aunque también se construyen con huecos en su interior al objeto de aligerar su peso y facilitar la manipulación. facilitar la manipulación

MUELLES DE PILOTES y Este tipo de muelles son estructuras formadas por una plataforma

sustentada por pilotes que trasmiten los esfuerzos al terreno En la sustentada por pilotes que trasmiten los esfuerzos al terreno. En la figura se identifican los elementos más característicos de este tipo de muelles. Su construcción está especialmente indicada en los siguientes casos: • Cuando el terreno de cimentación tiene poca capacidad portante C d l t d i t ió ti id d t t y/o es altamente deformable. • En zonas sísmicas donde las estructuras con menor masa tienen mejor comportamiento. j p • En lugares donde se pretende disminuir la reflexión del oleaje. • En la construcción de pantalanes y Duques de Alba

MUELLES DE PANTALLA

p y Este tipo de muelles son estructuras formadas por una pantalla que transmite g la cargas al terreno natural mediante su empotramiento en el mismo, y a su trasdós ,y mediante un sistema de anclaje. En la Figura se identifican los elementos más característicos de este tipo y de muelles de muelles.

Consideraciones para el diseño de un muelle y Definición del tamaño y características en planta

(según maquinaria y/o vehículos, almacenes…) y Tipo de defensa de impacto de embarcaciones. Ti d d f d i d b i y Influencias y cargas de diseño

Cargas de diseño Cargas erticales Cargas verticales y Peso propio (peso muerto de la estructura). y Sobrecarga uniformemente repartida (contenedores) y Sobrecarga puntual (grúa y martillo de hincado) Cargas horizontales y y y y y

vientos olas Corrientes Fuerza de impacto de la nave al atracar sismo

Rompeolas y El objetivo de la construcción de un rompeolas es

establecer una zona de mar en calma en la que las embarcaciones se puedan amarrar con seguridad durante períodos meteorológicos adversos. Es, por lo tanto, importante para la comunidad local que el rompeolas sea capaz de soportar el impacto de las olas normalmente propias de la zona. Por otra parte, en las costas arenosas siempre debe recabarse el asesoramiento de expertos, cualquiera que sea la profundidad del agua.

Clases de rompeolas Clases de rompeolas Amortiguan oleaje

Impiden la propagación de oleaje

y Flotantes

y a talud (pequeñas y Sumergidos y Neumáticos

profundidades) y Verticales (grandes

profundidades) y hidroneumáticos

Sección transversal tipica de un rompeolas de escollera. un rompeolas de escollera

R O M P E O L A S

Formulas empíricas mas utilizadas para el calculo del peso de la coraza

Selección del KD

cero o moderado sobrepaso de ola)

y

y

y

‐ Transporte rodante con grúa sobre el rompeolas

y

y

Puertos ue tos 1. Descripción del ámbito de actividad

El ámbito denominado puertos marítimos abarca todas las medidas destinadas a efectuar f en condiciones seguras el transbordo y el almacenaje y transporte provisionales de mercancías en estado sólido, líquido o gaseoso, en el transcurso de su traslado desde medios de transporte terrestre a medios de transporte acuático y viceversa, así como el transporte de pasajeros (en puertos para transbordadores) y la descarga de alimentos de origen marino (puertos pesqueros) (función primaria de un puerto). Medios de transporte terrestre Vehículos ferroviarios, vehículos de carretera, barcos fluviales, oleoductos

Medios de transporte acuático Buques marítimos, transbordadores, embarcaciones pesqueras, oleoductos b i submarinos,

Además, los puertos tienen, en todos los casos, la función de brindar refugio.

Puertos y El tipo, el diseño y la instalación de la infraestructura en un puerto marítimo y y

y y y y y

y y y y

y

dependerán de: ‐ las condiciones locales en tierra y mar, tales como ubicación, topografía, naturaleza del las condiciones locales en tierra y mar tales como ubicación topografía naturaleza del terreno, etc., ‐ el tipo y la afluencia de mercancías a transbordar (carga: convencional, en contenedores, en sistema roll‐on roll‐off; a granel: en unidades de carga de gran tonelaje, áridos como, p.ej., minerales, carbón, cereales, sales industriales, o bien líquidos o gases a granel como, p.ej., petróleo, gas natural licuado (LNG), etc.), l j ól l li d (LNG) ) ‐ los correspondientes medios de transporte terrestres y acuáticos (antes citados), ‐ los requerimientos y la concepción resultantes de los factores precedentes, ‐ las posibles combinaciones de transporte hacia el interior del país mediante vías férreas, carreteras vías navegables interiores (canales) y oleoductos carreteras, vías navegables interiores (canales) y oleoductos, ‐ las estructuras existentes o en proceso de implantación en el área circundante (industria, comercio). El subsector "superestructuras de un puerto marítimo" abarca todas las instalaciones industriales no permanentes, terrestres y acuáticas p , y propias de un p p puerto marítimo vinculadas a las funciones primarias o secundarias del mismo. Entre ellas se cuentan: ‐ dragas y demás instalaciones de mantenimiento y reparación, ‐ instalaciones móviles de suministro y de disposición de residuos, así como equipos de protección contra incendios y catástrofes (p ej vehículos para combatir siniestros protección contra incendios y catástrofes (p.ej., vehículos para combatir siniestros relacionados con el petróleo). Las superestructuras no permanentes del entorno del puerto o de su función secundaria se pueden resumir en los siguientes conceptos: ‐ superestructuras de suministro y de disposición de residuos, p y p ‐ superestructuras de circulación y transporte, ‐ superestructuras de mantenimiento y reparación de la industria y el comercio portuarios. (Nota: No existe aquí ninguna vinculación obligatoria con la superestructura portuaria.)

Puertos Existen puertos universales y puertos especiales, destinados únicamente al transbordo de un tipo concreto de mercancías. Incluso en los "puertos universales" se transbordan cada vez más exclusivamente mercancías de un tipo o categoría determinados en los llamados terminales especializados (terminales para petróleo, para carbón, on roll off, etc.), carbón para cereales, cereales terminales roll roll‐on roll‐off etc ) lo cual se debe unas veces a razones de seguridad y otras a la especialización del equipo técnico de que se dispone. Además, d según la l ubicación b d los de l puertos marítimos, i h que distinguir hay d entre puertos naturales y artificiales. Puertos naturales

Puertos artificiales

Puertos en orillas o desembocaduras de ríos, puertos paralelos, puertos en bahías o rías, puertos isleños t i l ñ

Dársenas y bocas de puerto artificiales, formadas mediante rompeolas e islas artificiales tifi i l

puertos naturales conlleva intervenciones de Generalmente, la construcción de p menor envergadura en el ambiente natural

Partes importantes de un buque:

Puertos

1.‐ Chimenea. 2.‐ Popa. 3.‐ Hélice.

4.‐ Obra viva. 5.‐ Ancla. 6.‐ Bulbo de Proa.

7.‐ Proa. 8.‐ Cubierta. 9.‐ Superestructura

Partes importantes de un buque:

Puertos

Puertos

Puertos: TERMINAL FLUVIAL DE IQUITOS

Puertos

Clasificación de los Puertos. Atendiendo a su naturaleza los puertos t pueden d clasificarse l ifi en naturales t l y artificiales. tifi i l P Puertos t Artificiales. Estos puertos se realizan en los litorales que carecen de abrigos naturales, los puertos se construyen rodeando una zona de agua con malecones que forman una dársena artificial. En la construcción de un puerto artificial se colocan muros de grandes dimensiones, o rompeolas mediante la descarga de rocas que se cubren después con una capa de pesados bloques de hormigón, para evitar la erosión del dique rompeolas por el agua. A veces, estos bloques, bloques de más de veinte toneladas de peso, peso se sustituyen por estructuras de hormigón cuando no se dispone de roca natural. La disposición de este tipo de puertos es muy diferente, pero todos cuentan con al menos dos malecones que delimitan la bocana del puerto. Importantes puertos de este tipo son los de Buffalo en Estados Unidos, Marsella en Francia, Port Said en Egipto, Casablanca en Marruecos, Barcelona en España, Nápoles y Trieste en Italia.

Puertos

Puertos

Fig. 2. Puerto de Buenos Aires. Los rompeolas resguardan al puerto de los embates del mar.

Puertos

Puertos Naturales. Estos son los que reúnen condiciones originales de adecuados aunque haya tenido que ser mejorados y protección y calado adecuados, acondicionados en su infraestructura. La mayoría de los puertos naturales importantes han sido mejorados con el dragado de canales para facilitar El puerto York, f ilit ell paso de d los l barcos. b t de d Nueva N Y k uno de d los l puertos naturales más imponentes del mundo, ha sido considerablemente mejorado. Antes de 1885, el canal natural que atravesaba b los l bancos b d arena de de d la l entrada d del d l puerto, de d 7 m de d profundidad, era suficiente para las embarcaciones que por aquel entonces lo utilizaban. Sin embargo, la construcción de embarcaciones d mayor tamaño obligó de bli ó a ahondar h d ell canall y, finalmente, fi l se terminó i ó por construir un canal artificial, el Ambrose Channel, al noreste del canal natural. Ambos canales son dragados periódicamente para mantener una profundidad de 12 metros. Otros puertos naturales importantes son los de San Francisco y Boston en Estados Unidos, Southampton y Poole en Inglaterra, el de La Coruña en España, Bahía Blanca en Argentina, Mayutlán y Veracruz en México, Río de Janeiro en Brasil, Kingston en Jamaica, Sydney en Australia, Hong Kong en China y Bombay en la India.

Puertos

Puertos

Profundidades exigidas Profundidades exigidas

Área acuática de suficiente tamaño Dársena - Área acuática de suficiente tamaño Área acuática de suficiente tamaño que da protección y permite maniobras

Puerto natural: San Martin

Puertos

Puerto cerrado: construidos en lugares en que las diferencias de i l del d l agua debido d bid a las l mareas son muy grandes d y se cierran i nivel mediante compuertas

Puertos Origen y Evolución de los puertos. El desarrollo de la navegación contó, desde el d d lugares l d la l costa (bahía (b h y ensenadas, d principio, con determinados de así como desembocaduras de ríos) que ofrecieron posibilidades de atranque y refugio seguro a las primitivas embarcaciones. Pueblos esencialmente navegante como fenicios, griegos, vikingos y polinesios hicieron amplio uso de estos lugares privilegiados, tanto en su comercio y actos de piraterías, como en sus migraciones. Los primeros no solo dotaron de faros a los puertos naturales para favorecer la navegación nocturna, sino que fueron los iniciadores de la construcción de puertos artificiales. A í en ell siglo Así, i l XIII a.C., C los l fenicios f i i construyeron t puertos t de d piedra i d en Tiro Ti y Sidon, Sid con una técnica tan perfecta que aun persiste sus partes fundamentales. Paulatinamente los puertos fueron acogidos en una población diversificada ((cargadores g o estibadores,, comerciantes,, etc.)) e incorporando p nuevas instalaciones adecuadas a las necesidades impuestos por el creciente trafico marítimo que hicieron de ellos complejas unidades técnicos ‐ comerciales, como ocurrió en la edad media europea con los puertos del mar del Norte, confederados en la liga Ansiática o en los del mar Mediterráneo (Génova, (Génova Venecia y Barcelona). Barcelona) El descubrimiento de América y la posterior apertura de nuevas rutas marítimas y comerciales aumento el tamaño y calado de los buques, lo que obligo, a partir del siglo XVI, a la construcción de muelles para facilitar la carga y descarga de mercancías. Durante el siglo XIX, la utilización masiva del vapor en los buques, en lugar del viento, permitió aumentar notablemente su tonelaje y capacidad de carga y como consecuencia, tecnificar mas todas las instalaciones portuarias.

Puertos: El puerto mas grande del mundo Fig. 9. Puerto de Rotterdam

Fig. 11. Utilización de los puertos comerciales.

Tabla de buques portacontenedores, entre 1968 y 2006 Año

1968

1972

1980

1987

1997

1999

2006

TEU

750

1.500

3.000

4.500

5.500

8.000 +

13.640

Mang a (m)

20,6

29

32

39

41

43

56

Eslora 131 ((m))

225

275

275

325

345

398

Calad o (m) ( )

11,5 ,5

12,5 ,5

13,5 3,5

14,1 4,

14,5 4,5

16,0 6,0

9,0

Para determinar la longitud “L” de un muelle se toma como factor principal la eslora de un barco mas un espacio de una manga “M” entre la proa de un barco y la popa de otro. Así la longitud de un muelle por ejemplo para: Cuatro barcos L= 4E + 5M y para tres barcos L=3E +4M. En las dimensiones del semiancho “A” de la dársena se debe tomar en cuenta el ancho máximo M del barco considerado mas un espacio de agua de 3M , en donde va incluido la zona de transito. A= 4M A M El coronamiento del muelle debe ir 2 metros arriba del nivel de la marea alta. Para diseñar las medidas precisas será necesario considerar las toneladas al año que se moverán en el puerto(416000Ton para el ejemplo).así como el numero de barcos que se necesitaran para esta maniobra. Se diseñara el barco que corresponda al tipo de carga general: yEslora =139 mts Manga=19mts. yCalado=8.60mts Escotillas=4 4 yCapacidad de Carga: 11,000ton.

De acuerdo a la tabla, para un barco se podrán trabajar a la vez 4 brigadas obteniendo un rendimiento de 123 Ton/día c/u. Entonces el tiempo de descarga será: 11,000ton

= 22.3 días

3 / 4 123ton/día x 4 Considerando 300 días hábiles año se puede obtener el numero de veces que puede utilizarse el mismo durante el año 300 = 13.5 veces 22.3 El El tonelaje total que mueve el barco será: 13.5 x 11000=148000 ton. l j l l b á 8 Tomando una eficiencia de 70 % se tiene: 148000 x .70= 104,000 ton/año/barco. 4 7 4, / / El numero de barcos necesarios para mover el tonelaje Total mencionado seria: N= 416000/104000 = 4 La longitud del muelle será por lo tanto: L =4E + 5M= 4 x139 + 5 x19=651 m.

Para determinar el ancho del muelle, será necesario antes determinar las dimensiones de las bodegas de transito para así incluir el ancho de estas al muelle que vayamos a considerar movimientos de transporte sobre el muelle. Datos: C= Carga Total que transporta la embarcación.(ton) Γ= densidad media de la carga.(ton/m3) ∂= Resistencia del piso de la bodega .(ton/m2) H=altura de estiba (m) Si se ha supuesto que un 30% de la bodega ocupa la circulación interior. At=Área Total Total.

A=Área Neta. Neta

A=At/1.3

La altura de estiba se fija en función del tipo de empaque de la mercancía por lo que: H= ∂/ Γ ∂= ΓxH Área neta= A= C/ ∂

Igualando At/1.3=C/ ∂

At=1.3C/ ΓxH

Datos: .Capacidad de carga por barco= 11,000ton. .Densidad de la mercancía=Γ=.7 ton/m3 .Altura de estiba= H=3.40m At=1.3C/ ΓxH At=1 3C/ ΓxH

At=1.3x2x11000/ .7x 3.4 =12,000 m2 At=1 3x2x11000/ 7x 3 4 =12 000 m2

Ancho de la bodega=12000/300=40m Espacios para movimientos. El numero de vías a servir en el muelle dependerá de las necesidades propias de su trafico pero en ningún caso se tendrán menos de dos: una destinada a carga y otra a circulación. Se va a suponer que en el muelle en estudio se colocaron dos vías férreas anchas, con un espacio total de 2 x 3+ 5 11m. colocaron dos vías férreas anchas, con un espacio total de 2 x 3+ 5= 11m. Se supondrá una capacidad de carga de los vagones es de 40 ton c/u y como el movimiento de nuestro puerto es de 416000 anualmente. C Carga a mover por ferrocarril 416000 x .8=332000 ton/año f il 6 8 / ñ Tomando promedio 300 días hábiles por año se necesitarían mover: 33 332000/300=1109.3 ton N= 1109.3 / 40= 27.73 vagones/día. /3 93 93/4 7 73 g /

Se tendrá que poner una calzada para peatones que se supondrá de 2.20 m Se considerara una banqueta alrededor de la bodega, adelante y atrás, por lo que 3 x 2 Se considerara una banqueta alrededor de la bodega adelante y atrás por lo que 3 x 2 =6m. Se considerara una vía de 9.00 m de ancho para la calzada con dos banquetas laterales de 3m cada una. El ancho total de la distribución será: Espacio para grúa de pórtico……………………………….. 2.80m Espacio para ferrocarril………………………………………11.00m Calzada para peatones………………………………………..2.20m Banquetas en Bodega Banquetas en Bodega…………..……………………………..6.00m 6 00m Calzada…………………………………………………………9.00m Total………………………………………….31.00m 3

Considerando que se puede ganar terreno al mar la figura puede quedar así:

y SOBRE CARGA EN EL RELLENO

El efecto de la sobrecarga en el relleno produce un efecto similar al generado por un incremento hs, en la altura de relleno, donde:

• •

Ws Sobre carga en el relleno W S b l ll W peso específico del suelo

Cargas de Diseño de muelles debidas a maniobras ‐ atraque de barcos:

Una vez ocurrido el accidente o contaminación las consecuencias se pueden remediar si se acude rápidamente a trabajos de sanación… rápidamente a trabajos de sanación

Se recomienda llegar hasta el ( tratamiento secundario (sin incluirlo), ya que a este nivel el vertido es poco peligroso en caso falle el emisario submarino

Deben tomarse todas las medidas de prevención para evitar EUTROFIZACIÓN DE LAS AGUAS

Z Zona eutrofizada fi d

Eutrofización en un estuario.

Existen 104 emisores submarinos en América Latina y el Caribe. Su distribución es la siguiente:

PAIS

Nº DE EMISARIOS

ARGENTINA

1

BERMUDA

1

BRASIL

12

CHILE

18

COLOMBIA

2

COSTA RICA

1

ECUADOR

1

MARTINIQUE

1

MEXICO

9

PANAMA

1

PUERTO RICO

15

URUGUAY

1

VENEZUELA

39

PERÚ

2

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