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PROPAGACIÓN DE OLEAJE

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Julio Baldeon

on 12 February 2016

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Transcript of PROPAGACIÓN DE OLEAJE

DEFINICIÓN
El oleaje generado en aguas profundas se va propagando. Si en dicha propagación se va acercando a la costa sus características pueden verse modificadas al variar las condiciones de profundidad u otras. Se producen así, o pueden producirse, lo que se conoce como fenómenos de propagación de oleaje, refracción, difracción y reflexión.
PROPAGACIÓN DE OLEAJE
INTEGRANTES:
AVILES BUSTAMANTE LUIS
ACURIO ROCAFUERTE ALEX
BRIONES GANCHOZO MELISSA
BURGOS TORRES EMMA
GONZALEZ TOBAR ERIKA
LOPEZ RIVADENEIRA CRISTHIAN
BALDEON MORA JULIO
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
OBRAS PORTUARIAS
PROPAGACION DE OLEAJE
Es el movimiento en el que las perturbaciones (olas) se desplazan, alejándose del lugar de generación. Las olas individuales, con su periodo (T) y longitud (L) se desplazan con celeridad (C), pero el conjunto de energía específica contenida en el oleaje se desplaza con la velocidad de la celeridad de grupo (Cg).
FENÓMENOS DE PROPAGACIÓN DE OLEAJE
REFRACCIÓN
La refracción se origina en el cambio de velocidad que experimenta la onda. O también se puede decir que es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio a otro. 

Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado

 
Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz.

REFRACCIÓN
 
Tren de ondas que llegan a la costa en forma oblicua, causada por el cambio de la velocidad de las olas en función de la profundidad del agua.

A medida que las olas se acercan a la costa, el fondo afecta a su velocidad, de manera que la forma del frente de ola se va adaptando a la forma del litoral. Si hay una masa en medio, las olas le rodean, llegando a encontrarse de frente por detrás de él.

REFRACCIÓN
Es necesario estudiar la refracción para:

- La correcta ubicación de puertos y obras.
- Dimensionamiento de estructuras.
- Obras de dragado.
- Protección de costas y estudio de erosión.

El estudio de refracción permite obtener.

- La altura de onda en un determinado punto, para un determinado frente de ondas que llega y cuyas características se conocen en profundidades indefinidas.
 
- El cambio en la dirección de propagación de cada uno de los puntos del frente y por tanto la convergencia o divergencia de la energía de la onda al acercarse a la costa.

REFRACCIÓN –
LEYES UTILIZADAS EN LAS APLICACIONES PRACTICAS DE REFRACCIÓN.

A.
VARIACIÓN DE LA LONGITUD DE ONDA
.

La ecuación indica que conocida la longitud de onda L0 en aguas profundas puede determinarse la longitud L en cualquier punto de profundidad d. Por otro lado, se define aguas profundas (o indefinidas) como d0>= L0/2

B.
LEY DE SNELL. (BATIMETRIAS RECTAS Y PARALELAS)


REFRACCIÓN –
LEYES UTILIZADAS EN LAS APLICACIONES PRACTICAS DE REFRACCIÓN.

B. LEY DE SNELL. (BATIMETRIAS RECTAS Y PARALELAS)


𝛼
B.
LEY DE SNELL. (EJEMPLO Y APLICACIÓN DEL ABACO 2-19)

C.
CONSERVACION DEL FLUJO DE ENERGIA.

C.
CONSERVACIÓN DEL FLUJO DE ENERGIA.

REFRACCIÓN –
LEYES UTILIZADAS EN LAS APLICACIONES PRACTICAS DE REFRACCION.

REFRACCIÓN
REFRACCIÓN-
PROCEDIMIENTOS EN LA CONSTRUCCIÓN DIAGRAMA DE REFRACCIÓN - MÉTODO ORTOGONAL.

REFRACCION-
PROCEDIMIENTO CUANDO 𝜶 ES MENOR A 80°

En la plantilla (Fig. 2-18), un gráfico que muestra virutas de ángulo ortogonal ∆𝛼 se representa como una función del valor de C2 / C1 para varios valores de la relación R / J. El valor ∆𝛼 es el ángulo girado por el ortogonal entrante en el centro del sub intervalo.

REFRACCION-
PROCEDIMIENTO CUANDO 𝜶 ES MENOR A 80°

En la plantilla (Fig. 2-18), un gráfico que muestra virutas de ángulo ortogonal ∆𝛼 se representa como una función del valor de C2 / C1 para varios valores de la relación R / J. El valor ∆𝛼 es el ángulo girado por el ortogonal entrante en el centro del sub intervalo.

REFRACCIÓN
REFLEXIÓN
DIFRACCIÓN
REFLEXIÓN
DIFRACCIÓN
La difracción es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas, desde ondas sonoras, ondas en la superficie de un fluido y ondas electromagnéticas como la luz visible y las ondas de radio.
Al interponer en el camino de una onda plana una barrera con una abertura, las vibraciones procedentes de los puntos que están a ambos lados de la abertura no pueden avanzar y detrás de la barrera sólo se observa el envolvente de las ondas que proceden de los focos secundarios que caben por la abertura. En consecuencia, los frentes de onda dejan de ser planos y adquieren una forma curvada o semicircular. Este fenómeno se llama difracción.

EJEMPLO
Un ejemplo de difracción de ondas mecánicas que pone en evidencia la influencia del tamaño de las rendijas o de los bordes ocurre cuando se interpone al avance de las olas producidas en el mar una embarcación. Si es un buque pequeño las olas lo bordean y detrás de él hay oleaje. Sin embargo si es un buque muy grande (mucho mayor que la longitud de onda las olas) sólo se aprecia la difracción en el borde, desde el cual se produce una rápida amortiguación de las olas. Detrás del barco se observa una zona sin oleaje.
DIFRACCIÓN
La difracción es la dispersión de la energía del oleaje a sotavento de una barrera, permitiendo la aparición de pequeños sistemas de olas en aguas protegidas por un obstáculo
Cuando la ola pasa al otro lado de la barrera, el frente de olas adopta una forma circular, entran-do en una zona de calma por detrás de la barrera, disminuyendo su altura en esa zona, mientras que la celeridad y la longitud λ de la ola no se modifican. Este fenómeno se puede caracterizar mediante un coeficiente de difracción Kd que se encuentra tabulado, que permite calcular la altura Hd de la ola en la zona de difracción, y es de la forma:
Kd=Hd/H
Kd es función del ángulo α del oleaje incidente con respecto a la barrera, de la longitud de la barrera, de la profundidad del agua y de la posición del punto en cuestión en la zona de difracción. Sus valores se pueden encontrar en la Tabla 3.1., o en gráficas como la presentada en el siguiente Fig.
3.2
Fig. 3.2. Difracción de las olas en una barrera semi α = 90º; valores de Kd, en función de θ y r/λ
La reflexión de una onda es el rebote que experimenta cuando llega a un obstáculo grande, como una pared. Aunque el obstáculo absorba parte de la energía recibida (incluso vibrando si entra en resonancia) se produce también reflexión en la que se transmite de vuelta parte de la energía a las partículas del medio incidente
CONCEPTO FISICO
REFLEXION EN EL OLEAJE
Las ondas de agua pueden estar parcial o totalmente reflejadas tanto en barreras naturales o artificiales. La reflexión de las ondas implica una reflexión de la energía de ondas en oposición a la energía de disipación. En consecuencia múltiples reflexiones y ausencias de suficiente energía de disipación dentro de un complejo de puerto, puede resultar en una acumulación de la energía que aparece como la agitación de onda y creciente en el puerto. Las fluctuaciones en la superficie pueden causar el excesivo movimiento de los barcos amarrados y otros de flotantes
La reflexión se produce cuando la ola choca contra un obstáculo vertical (barrera); la ola se refleja con muy poca pérdida de energía. Si el tren de ondas es regular, la suma de las ondas incidente y reflejada origina una ola estacionaria, en la que se anulan mutuamente los movimientos horizontales de las partículas debidas a las ondas incidentes y reflejadas, quedando sólo el movimiento vertical de altura doble y, por lo tanto, de energía doble a la incidente
Teniendo en cuenta la teoría lineal, el perfil de la superficie libre de la ola incidente es:
y si la reflexión es perfecta, el de la ola reflejada es
:
El perfil resultante es la superposición de las dos olas, incidente y reflejada, siendo la altura de la ola estacionaria resultante es:
La energía de esta onda es:
como
por lo que en condiciones ideales la energía Er de la onda estacionaria resultante es dos veces la incidente, fenómeno que puede ser utilizado en la conversión del oleaje.
Si el oleaje fuese irregular, la reflexión sería totalmente distinta.

RELEXIÓN DE OLAS EN ESTRUCTURAS, PLAYAS Y ROMPE OLAS
Una medida de la cantidad de una barrera refleja las ondas, está dada por la relación de la altura hr onda reflejada a la altura de la ola incidente, ola que se denomina el coeficiente de reflexión x; por lo tanto,
x = Hr / Hi
Basado en la compilación de varias mediciones mediante varias fuentes. Seeling y Ahrens en 1981 desarrollaron las curvas a, b, c de a figura 1
Figura 1: coeficiente de altura de ola reflejada ‘x’ o ‘Eξ’ para estructuras (a), playas (b), montículos rompe olas (c)
E
s un parámetro que nos determina la cantidad de reflexión de olas que se aproximan a las diferentes estructuras descritas en la grafica. Mediante el parámetro podemos obtener el coeficiente de altura de ola reflejada `X`
EJEMPLO DE APLICACION DE LOS FENÓMENOS DE LA PROPAGACIÓN DE OLEAJE
a) En una zona de playa en la que la altura Ho de la ola es de 0,914 m, se tiene un oleaje de período 7 segundos. El ángulo formado por el frente de olas y las líneas de fondo constante es α=45°. Calcular la altura de las olas en una zona en donde la profundidad es de 3 m.
En aguas profundas se tiene
:
celeridad
longitud de onda
Para calcular Ks es necesario conocer Cg0 y Cg por lo que:
Calculamos la Celeridad:
La celeridad es:
Entonces:
Coeficiente para aguas profundas
Con la relación de la ley de Snell:
de donde se deduce el ángulo β
:
Coeficiente de refracción:
siendo la altura de la ola:
Si no existiese refracción:
y la altura de la ola sería:
b) Si el oleaje anterior incide sobre una zona de la playa en la que el ángulo θ = 15°, la profundidad del mar es de 3 m, la resultante de la superposición de las olas incidente y reflejada es:
Donde Hr la altura de la ola estacionaria resultante es:
X se encontró mediante el uso de un ábaco del SPM:
Primero se halla ξ mediante los datos obtenidos
Por lo tanto x=0,26
Y la longitud de onda será
Hallamos la frecuencia angular

Entonces obtenemos la resultante de la superposición de las olas incidente y reflejada es:
La energía de la ola de frente b es, por unidad de frente es:
c) Si el oleaje anterior choca contra una barrera semi-infinita vertical con un ángulo incidente a 45°, situada en la zona de profundidad 3 m, la altura 〖 Hd de la ola en la zona de sombra, a 180 m del borde de ataque y ángulo θ = 15°, se calcula a partir de la expresión, 〖 Hd = HKd.
Al otro lado de la barrera, el frente de olas adopta una forma circular de radio r a partir del borde de ataque. Para: r = 180 m, α = 45° y θ = 15° se puede calcular el valor de Kd mediante la Tabla III.6, en la forma:
Tenemos a relación:
Vamos al ábaco de Difracción de las olas en una barrera semi-infinita, con α = 45°; valores de Kd, en función de θ=15° y r/λ
Escogemos un valor de Kd=0,15
Donde Kd=Hd/H
Siendo la altura difracción de la ola : Hd= 0,15 H= 0,15 x 0,914 =
0,137 m
Difracción de las olas en una barrera semi α = 45
º
GRACIAS
aguas profundas
Donde Cg es la velocidad del grupo de olas en aguas poco profundas, (asociada al avance de la energía), que es diferente a la celeridad de la ola.
Calculamos Cgo que es la velocidad de las olas en aguas profundas
DIFRACCIÓN
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