III.4.3 Integración del régimen anual (varias direcciones, diferentes alturas y frecuencias de oleaje).

Las olas son ondas que se desplazan por la superficie de mares, océanos, ríos, lagos, canales, etc.
Las olas del mar son ondas sísmicas (es decir, movimientos de un medio material) de las llamadas 'superficiales', que son aquellas que se propagan por la interfaz, entre dos medios materiales. En este caso se trata del límite entre la atmósfera y el océano. Cuando pasa una ola por aguas profundas (a una profundidad mayor a 1/20 de su longitud de onda), las moléculas de agua regresan casi al mismo sitio donde se encontraban. Se trata de un vaivén con una componente vertical, de arriba a abajo, y otra longitudinal, la dirección de propagación de la onda.

Hay que distinguir dos movimientos. El primero es la oscilación del medio movido por la onda, que en este caso, como hemos visto, es un movimiento circular. El segundo es la propagación de la onda, que se produce porque la energía se transmite con ella, trasladando el fenómeno con una dirección y velocidad, llamada en este caso velocidad de onda.

En realidad se produce un pequeño desplazamiento neto del agua en la dirección de propagación, dado que en cada oscilación una molécula o partícula no retorna exactamente al mismo punto, sino a otro ligeramente más adelantado. Es por esta razón por la que el viento no provoca solamente olas, sino también corrientes superficiales.

III.4.2 Fórmulas empíricas

Para determinar el transporte litoral en la zona de estudio, el procedimiento es el siguiente:

1.-Se requiere de la observación del sitio de estudio y del análisis de la evolución de la línea de playa en diferentes años; la ejecución de estas actividades se realizará de acuerdo con lo indicado en el Manual M•PRY•PUE•1•07•002, Reconocimiento de Zonas Costeras.

2.-Con base en los requisitos que se señalan en la Cláusula D. de este Manual, definir de acuerdo con lo establecido en la Cláusula B., el o los tipos de transporte que se presentan en el área bajo estudio, mismos que deberán ser cuantificados.

3.-Para cada tipo de transporte identificado se seleccionará la formulación que más se apegue, según el rango de verificación experimental, a las condiciones de la zona de estudio, es decir, se comprobará que los datos de la condición experimental en que se basa cada una de las expresiones, sean lo más parecidos a las condiciones reales del sitio de estudio detectadas de acuerdo con la Fracción  1. de este Manual, teniendo en cuenta que si el Ingeniero o contratista de Servicios a cuyo cargo esté la ejecución del estudio de transporte litoral considera que de acuerdo con las características particulares de la zona no aplicara ninguna de las formulaciones indicadas en este Manual, deberá seleccionar el procedimiento que a su juicio considere el más apropiado, previa autorización de la Secretaría, indicando en el informe la justificación de tal decisión.

•    Transporte perpendicular a la línea de costa

En la Tabla 1 de este Manual se enlistan las formulaciones más comunes para determinar el transporte transversal.

•    Transporte longitudinal

En la Tabla 2 de este Manual se enlistan las formulaciones más usuales para determinar el transporte longitudinal.

•    Transporte por combinación de oleaje y corriente

En la Tabla 3 se presentan algunas formulaciones para determinar el transporte en estas condiciones.

4.- Una vez seleccionada la formulación más adecuada para cada tipo de transporte y de acuerdo con el caso particular bajo estudio, se procederá a ejecutarla y se obtendrá así el valor de la tasa de transporte.

En el caso de que más de una formulación sea aplicable, se debe calcular la tasa con cada una y el resultado será la tasa más desfavorable para el proyecto. Si el proyecto intenta acumular o atrapar arena, lo deseable es un gasto de transporte alto, en ese caso el escenario desfavorable es un transporte pequeño.

III.4.1 Métodos de campo.

Las técnicas para medir el transporte litoral se pueden clasificar en cuatro categorías:

1) Realización sistemática de sondeos topográficos y batimétricos alrededor de un obstáculo,  prolongado perpendicularmente desde la costa (espigón de prueba), o mediante sondeos sistemáticos en una trampa de sedimentos (dragado de prueba).
2)   Mediante el uso de algún tipo de trampa de sedimentos.
3)    A través de la aplicación de la técnica de trazadores fluorescentes, o de trazadores radioactivos.
4)    Mediante el desarrollo de algún tipo de detector para el movimiento de sedimentos.

La primer técnica es un método efectivo, pero ordinariamente muy caro. El segundo y cuarto métodos están ahora en desarrollo. Por tanto, la aplicación del tercer método se considera el más conveniente y el más barato, particularmente hablando de los trazadores fluorescentes.

En la técnica de trazadores para la medición del transporte litoral, se tienen dos tipos; uno es el trazador radioactivo y el otro el trazador fluorescente. El radioactivo tiene muchas ventajas en comparación con el fluorescente, pero es restringido física y socialmente. El trazador fluorescente, aunque de menor eficiencia que el radioactivo en los trabajos de campo y en los análisis del laboratorio, pero puede emplearse sin algún daño en algún lugar específico.

Los trazadores radioactivos se fabrican mediante aplicación de neutrones en un reactor atómico sobre arena de vidrio, que tiene la misma densidad y distribución de tamaños de los granos de la arena natural, y contiene alguna cantidad de material radioactivo tal como cobalto (59Co). La radiactividad se controla por la cantidad y contenido del material radioactivo. El movimiento de los trazadores se detecta mediante contadores Geiger-Muller.

Por su parte los fluorescentes se hacen recubriendo la arena natural con pinturas fluorescentes, debido a que tienen menor densidad que la arena natural; la densidad de los trazadores es ligeramente menor al de la arena natural.

En este método después de la inyección de los trazadores fluorescentes, los materiales del fondo del mar se muestrean en muchos puntos alrededor del punto de inyección, y el número de granos del trazador fluorescente de la muestra se cuenta visualmente bajo la iluminación de luz ultravioleta. Es posible obtener la VIII concentración de los trazadores mediante la curva de correlación definida por la concentración de los trazadores, y el número de fluorescentes cuantificados obtenidos en principio.

III.3 Perfiles playeros de equilibrio.

Se define perfil de playa como la variación de la profundidad, h, con la distancia a la línea de costa, x, en la dirección normal a ésta: h = f(x). Todos los perfiles de playa presentan una forma cóncava hacia arriba. Esta regularidad ha permitido el desarrollo de diferentes expresiones matemáticas que describen el perfil y la introducción del concepto de perfiles de equilibrio.

El concepto de perfil de equilibrio ha sido definido por diferentes autores. La primera mención se debe a Fennema (1902): Existe un perfil de equilibrio, al cual el agua dará lugar en último término, si se le permite completar su trabajo. Más reciente, Larson (1991) describió el perfil de equilibrio como: Una playa con un tamaño de gramo determinado, expuesta a unas condiciones constantes de oleaje, desarrollará una forma del perfil que no presentará ningún cambio neto con el tiempo. Por lo tanto, cuando un perfil alcanza el equilibrio, existirá un balance de fuerzas en cada perfil, tal que el transporte neto sea nulo.

III.4 Cuantificación del transporte litoral.

Se han desarrollado y propuesto una gran cantidad de métodos para cuantificar el transporte de sedimentos. Cada uno de ellos sirve para obtener alguno de los componentes de la carga de sedimentos.

El transporte se sedimentos por unidad de ancho de canal, o sea el transporte unitario de

Sedimentos, se expresa en peso y se designa con la letra gx o en volumen y se designa con la letra Sx. El volumen obtenido con las ecuaciones de transporte es el ocupado por las partículas sólidas sin dejar huecos entre ellas, por lo tanto la relación entre gx y Sx es:

   Gx=Λssx

gx = transporte unitario de sedimentos expresado en peso (kg/s – m)

sx = transporte unitario de sedimentos expresado en volumen [m3/s-m]

TEMA III SISTEMAS PLAYEROS
OBJETIVO: Interpretar la morfología costera y equilibrio playero. Cuantificar el transporte litoral.

III.1 DEFINICIONES Y CLASIFICACIÓN DE COSTAS

COSTA: La costa es la separación entre la tierra y el mar, con influencia mixta. Los factores que controlan el desarrollo de las costas, son los aportes, el clima, la hidrodinámica, la tectónica y el eustatismo. El factor principal, es el rango mareal, dando así costas micro, meso y macro mareales. En las micro mareales, la carga de fondo, se dispone de forma paralela a la línea de costa, y el numero de bocanas es escaso, mientras que en las meso macromareales, el numero de bacanas es mayor, y los sedimentos se disponen perpendicularmente a la línea de costa; en las macro mareales, se dan sobre todo llanuras mareales y estuarios.

CLASIFICACION

-Según el tipo de erosión.
-Según los movimientos epirogénicos.
-Según el sustrato dominante.
-Según el grado de exposición al viento y a las olas.


III.2 ORIGEN Y MOVIMIENTO DEL MATERIAL PLAYERO

Las playas son quizás uno de los ecosistemas con menor diversidad biológica, debido a su homogeneidad física, su baja bioproductividad y elevada turbulencia. No obstante, las etapas juveniles de muchas especies de peces transitan por este biotopo, especialmente en aquellas donde existe vegetación marina, o se encuentran ubicadas en aguas interiores, donde es mayor el aporte de nutrientes y menor la turbulencia. Sirven además de sitio de nidificación de diversas especies de aves marinas y de las tortugas marinas, especies de gran interés para la conservación. En algunos casos también pueden ser importantes zonas de cría de peces comerciales.

En las playas, las principales afectaciones ambientales han sido provocadas por el inadecuado uso de la zona costera: invasión del litoral por el urbanismo, la deforestación y la construcción de viales sobre la misma línea de costa, la siembra de especies no compatibles con este frágil ecosistema, como es el caso de las casuarinas, y otras.

El control de estos procesos, se logra por dos vías: la eliminación de los agentes erosivos y la alimentación artificial de arena. Un ejemplo concreto es el de la playa de Varadero, cuyo programa de recuperación incluye: regulaciones para la ubicación de las nuevas instalaciones turísticas, eliminación de las construcciones existentes sobre la duna y suministro de arena.

El origen de las playas es variado según sea la fuente que aporta la arena, algunas son biogénicas, otras se forman por la acumulación sedimentos oolíticos - biogénicos y también pueden formarse por la acumulación de arenas fluviales o por la abrasión costera. Estas acumulaciones son frágiles y aunque en muchos casos su erosión acelerada se debe al mal manejo, también se produce erosión por causas naturales.

EROSION EN LAS PLAYAS

II.2.5 Medición de campo.

El instrumento con el que se mide la marea se denomina ‘mareógrafo’ y los hay de muy diversos tipos. Desde una simple regla graduada, fija y sumergida en el agua, atendida por un observador que ve el nivel del agua en la graduación de la regla y manualmente anota su observación en un cuaderno de registro, hasta un dispositivo electroacústico encapsulado y conectado a una computadora, con comunicación hacia algún satélite y totalmente automatizado.

En la figura anterior se puede apreciar un mareógrafo tradicional, así como un mareógrafo moderno con transmisión de información por satélite.

Los parámetros indispensables en la medición de la marea son:

•  La altura del nivel del mar y su continua evolución temporal con respecto a un nivel de referencia fijo, una vez que se ha eliminado el efecto del oleaje local.
•  El tiempo (momento) en que se realiza cada medición de la altura del nivel del mar, referido al sistema internacional de medición del tiempo.
•  Las coordenadas geográficas tridimensionales precisas, latitud, longitud y altura con respecto a un ‘nivel de referencia fijo’ con relación al cual se mide localmente el nivel del mar.
•  Las coordenadas geográficas tridimensionales precisas, latitud, longitud y altura con respecto a un ‘nivel de referencia fijo’ con relación al cual se mide localmente el nivel del mar.

El propósito es medir, en un lugar dado, el nivel del mar con respecto a un nivel de referencia en tierra firme, una vez eliminado el efecto del oleaje local. Tradicionalmente, esto se logra midiendo el nivel del mar en un entorno que no esté perturbado por las olas, como puede ser un muelle en el interior de un puerto. Pero las olas provocadas por el tráfico de las embarcaciones también pueden contaminar las mediciones. Por tal razón es usual que se use un tubo vertical fijo, suficientemente largo y bien sumergido en el agua para que las olas ni lo rebasen ni hagan vacío en él (figura). Se tapa el extremo sumergido del tubo para impedir el libre flujo del agua, pero se perforan orificios laterales con el diámetro necesario para que fluya (entre y salga) agua del tubo de manera tan lenta que filtre las oscilaciones del oleaje exterior, pero siempre en cantidad suficiente para que el agua en el interior del tubo represente realmente el nivel promedio del agua exterior. Una vez logrado este propósito, existen varios dispositivos para medir la distancia vertical que recorre el nivel del agua dentro del tubo. Uno muy común es un flotador conectado a una polea y a un mecanismo simple que registra de manera continua, en un rollo de papel, el lento sube y baja del nivel de agua dentro del tubo. Este dispositivo debe estar conectado también a un reloj que marque, con la mayor precisión posible, el momento en que se registra cada medición. De esta manera se obtienen los gráficos de la evolución de la marea en cada lugar donde ésta se mide. El uso de la tecnología moderna ha permitido el diseño y fabricación de instrumentos más convenientes para medir la marea.

 En la figuras anteriores se pueden apreciar algunas fotos de mareógrafos,así como algunas de las características de su instalación.

II.2.3 Correlación de niveles significativos a cuerpos costeros próximos a la estación oceanográfica.

Las lagunas costeras son depresiones en la zona costera que tienen una conexión permanente o efímera con el mar, pero del cual están protegidas por algún tipo de barrera. Su conformación estructural resulta de la interrelación de varios ecosistemas como el manglar, el río, el mar, los manantiales y la vegetación acuática sumergida, entre otros. Reciben y acumulan en abundancia materia orgánica y nutrientes que provienen de diversas fuentes y son transportados por el mar, los ríos y las aguas subterráneas. Por esta razón, entre las condiciones fundamentales para conservar la biodiversidad de estos ecosistemas está el mantenimiento de la conexión natural de sus fuentes de agua dulce y marina, la cual les confiere una alta variabilidad ambiental que a su vez se traduce en una alta productividad biológica, variedad de escenarios ambientales y alta biodiversidad.

    Gracias a su alta variabilidad ambiental y productividad, entre las funciones de las lagunas costeras destacan, tanto la de servir como sitios de crianza de muchas especies (peces, crustáceos, moluscos) que ahí encuentran refugio y alimento, como la de exportar los excedentes de producción de materia orgánica que fertilizan el mar adyacente, contribuyendo así a la productividad y biodiversidad regional.
   
Las ventajas naturales de las lagunas costeras y los múltiples servicios ambientales que ofrecen han provocado que sean intensamente aprovechadas por el hombre.

II.2.4 Clasificación de corrientes. Corrientes producidas por mareas.

Una corriente es el desplazamiento de una masa de algún fluido, ya sea líquido o gaseoso, en el caso de las corrientes marinas el fluido es el agua.

Las corrientes marinas son masas de agua con desplazamientos propios dentro de los océanos con profundidades diversas y con determinadas direcciones. Pueden ser consideradas como "ríos dentro del océano".  Su existencia hasta ahora se atribuye a diferencias de temperatura y de salinidad entre masas de agua, a la rotación terrestre, a los vientos, etc.

Para muchos trabajos realizados en el mar, las corrientes marinas son un factor importante que se debe tener en cuenta en la caracterización de un área marina determinada.

• Corriente de arrastre: Ocurren en la superficie de la masa de agua, son por la acción directa del viento.  Son de mayor intensidad cuando el viento es constante sobre una masa de agua que es extensa, por ejemplo, los vientos alisios que soplan en el Atlántico y Pacífico creando corrientes de grandes masas de agua en dirección Oeste.

• Corriente de densidad: Se produce una variación de densidad entre las masas de agua situadas en distintas profundidades debido a diferencias de temperatura y salinidad entre ellas. La tendencia natural es a compensar esta diferencia de densidad, por lo que una de las masas se desplaza hacia la otra a una velocidad proporcional a la diferencia de densidad. Estas corrientes generalmente son suaves.  Las aguas más frías o con mayor salinidad son más densas y tienden a hundirse, mientras que las aguas más cálidas o menos salinas tienden a ascender. De esta forma se generan corrientes verticales unidas por desplazamientos horizontales para reemplazar el agua movida. Por ejemplo, el agua de la superficie puede sufrir un aumento de salinidad por evaporación y a partir de esto originarse una corriente en el sitio.

• Corrientes de mareas: Ocurren exclusivamente por la variación del nivel del mar debido a la atracción entre la luna y el Sol, y su dirección cambia a la vez que cambian las mareas. La velocidad de estas corrientes depende de la configuración de la costa, aunque suele ser muy intensa. Pueden llegar a ser un peligro para los buceadores y los barcos. Generalmente en altamar carecen de importancia.

•  Corrientes Oceánicas: Las corrientes oceánicas son desplazamientos de masas de agua debido a la acción del viento y las diferencias de temperatura y salinidad. Hay corrientes superficiales y corrientes profundas, así como las hay frías o cálidas según se originen en la zona del ecuador o en las cercanías de los polos. Las corrientes marinas transportan aguas frías a las regiones cálidas y vice versa, lo cual contribuye a un equilibrio de temperaturas oceánicas en el globo terrestre. En el mundo existe un sistema planetario de corrientes. Ellas están influenciadas por el efecto de Coriolis, según el cual, las del hemisferio norte se mueven en el sentido de los punteros del reloj y las del hemisferio sur, en sentido contrario. Las costas de Chile están recorridas fundamentalmente por la corriente fría de Humboldt y otras de menor envergadura. Un fenómeno característico que ocurre en las zonas más próximas a las costas chilenas son las surgencias, donde aguas profundas más frías emergen hacia la superficie del mar. Varias son sus causas, siendo las más relevantes, el relieve costero y el viento. En áreas de surgencias, la pesca es más productiva porque las aguas frías tienen más oxígeno y éste a su vez, permite mayor presencia de microorganismos que sirven de alimento a los peces.

• Corrientes que acompañan al oleaje y la marejada: Son las responsables de las grandes modificaciones del litoral en el curso de las tempestades, bajo el efecto de corrientes que pueden alcanzar velocidades de 0,50 m/s.

II.2 MARES

El término mar se utiliza mayormente para designar, por un lado, a aquella masa de agua salada que posee un tamaño inferior al del océano, pero también con la misma palabra se denomina al conjunto de la masa de agua salada que recubre la mayor parte del planeta tierra, incluyéndose en ella a los mares menores y océanos.

La marea es el cambio periódico del nivel del mar, producido principalmente por las fuerzas gravitacionales que ejercen la Luna y el Sol.

 
MAR

II.2.1 ORIGEN Y CLASIFICACIÓN

Tradicionalmente se ha explicado la presencia del agua en los océanos de la Tierra con dos teorías que tienen en común la hipótesis de que el agua procede del mismo planeta Tierra.


Una de ellas sostiene que el agua se formó en el centro de La Tierra. La Tierra recién formada no tenía atmósfera y mucho menos océanos.
Por el contrario, sí había agua, pero ésta estaba combinada con las sustancias de las rocas que formaban la parte sólida de nuestro planeta. Debido a la acción de la gravedad, la porción sólida se fue empaquetando y compactando, lo que provocó un aumento de la temperatura en su interior. Esto ocasionó que el agua y ciertos gases abandonaran de forma violenta la roca madre, provocando enormes cataclismos. Durante millones de años, no cayó una sola gota de agua del cielo. Los océanos empezaron a formarse a partir del vapor de agua que salía a borbotones de la corteza terrestre, y que luego se condensaba. Podría decirse entonces que los océanos no nos llovieron del cielo, sino que manaron de la corteza terrestre.
Otra teoría es la sostenida a mediados del siglo XX cuando se  pensaba que la Tierra y los demás planetas estaban formados de  materia arrancada del Sol. La Tierra sufría un gradual proceso de  enfriamiento desde la incandescencia, para pasar luego a un calor  moderado y finalmente al punto de ebullición del agua. Una vez  enfriada lo bastante para que el agua se condensase, el vapor de  agua de la atmósfera caliente de la Tierra pasó a estado líquido y  empezó a llover. Al cabo de muchos años de esta increíble lluvia de  agua hirviendo, las cuencas de la accidentada superficie del planeta  acabaron por enfriarse lo bastante como para retener el agua, llenarse  y constituir así los océanos. Es la teoría más convencional estudiada  en colegios según la cual el agua líquida tuvo su origen en la violenta  desgasificación del manto terrestre por alta temperatura durante el  periodo de formación de la Tierra, hace unos 4.600 millones de años  y cuyas emanaciones gaseosas aportaron a la primitiva hidrosfera el  85 % en vapor de agua que, más tarde, se condensaría en los océanos  con el enfriamiento de la corteza terrestre.


Pero recientemente dos acontecimientos han venido a modificar esta  situación. Uno de ellos, nos lo ha proporcionado la aparición del  cometa Linear. El 27 de septiembre de 1999, el programa Lincoln  de Investigaciones de Asteroides Cercanos a la Tierra descubrió  este cometa C/1999 S4 (más conocido como “Cometa Linear”).  Sorprendió a los astrónomos al romperse en pedazos cuando pasaba  cerca del Sol. Ahora el fenecido cometa los ha vuelto a sorprender: Nuevas investigaciones basadas en datos obtenidos en esa ocasión,  muestran que lo más probable es que el agua contenida en el cometa  Linear tuviese la misma composición isotópica que el agua que  encontramos en la Tierra. Esto es con una relación D/H de 1,5 x 10-4


CLASIFICACION

•    Marea alta o pleamar: momento en que el agua del mar alcanza su máxima altura dentro del ciclo de las mareas.

•    Marea baja o bajamar: momento opuesto, en que el mar alcanza su menor altura.

ORIGEN DE LOS MARES

II.2.2 Descripción del método de predicción. Uso de tablas de predicción de marea.

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

II.1.4 Predicción de oleaje.

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 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 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 que llegan  al sitio del proyecto; la segunda utiliza métodos empíricos que tienen como referencia los estudios de investigadores de diferentes partes del mundo.

II.1.5 Fenómenos del oleaje. Rompiente, refracción, difracción y reflexión.

Cuando las olas, propagándose hacia la costa, ingresan en áreas de agua poco profundas se dice que las olas sienten el fondo y es allí donde las olas sufren la mayor cantidad de transformaciones, disminuyen su velocidad y aumenta su altura, modificando su trayectoria y haciéndose cada vez más inestables.  Los tres fenómenos principales en aguas poco profundas son:

  a) Refracción, b) Difracción,   c) Reflexión y d) Rompiente

Refracción

Cuando las olas se acercan a la costa aumentan su altura y entonces interfieren con el fondo. Allí el tren de olas cambia de dirección, acomodándose a la topografía submarina la que generalmente coincide con la topografía costera emergida. La topografía sumergida se representa por líneas imaginarias que unen puntos de igual profundidad. Estas líneas se denominan Isobatas. Por ende, si la costa presenta una serie de entrantes y salientes (cabos y bahías) las isobatas seguirán ese patrón morfológico.  Si asemejamos las crestas de las olas a una recta y vemos de que forma interfiere con la topografía sumergida de entrantes y salientes, es factible ver que las olas primero interferirán con las salientes (cabos) produciéndose el retardo en el avance de las olas en dicho sector. En contraposición, el sector de las cresta de la ola que coincida en su avance con una entrante (bahía) se adelantará respecto del sector de ola aledaño ya que no interferirá con el fondo hasta unos metros después que en las salientes. Es así que se produce la deformación de la cresta recta, la cual se acomoda a la topografía del fondo y copia esta topografía hasta ponerse paralela a las isobatas.  En este caso se dice que las olas se refractan. Así, en los cabos las olas convergen y se produce una acumulación de la masa de agua generándose concentración de energía. En cambio, en las entrantes (bahías) se produce divergencia de olas, hay menor volumen de agua y por la tanto hay disipación de energía.  Esto produce una distribución irregular de alturas de olas a lo largo de la costa. La mayor altura de olas se produce en los cabos y la menor en la bahías. El resultado será una corriente paralela a la costa desde los cabos hacia las bahías.

Difracción

Asociado con el fenómeno de refracción las olas sufren fenómenos de difracción. La difracción es un fenómeno por el cual un tren de olas cambia de orientación y se propaga dentro de un sector protegido cuando el tren de olas encuentra un obstáculo (muelle, espigón, barrera costera, etc.) a su libre propagación.  Para que ocurra este fenómeno la energía de la ola debe transmitirse por la creta de la ola desde el sector donde primero interfiere con el obstáculo hacia el sector del tren de olas que se propaga libre por el cuerpo de agua.  Mientras el primer sector se frena, transmite la energía lateralmente al segundo que sigue avanzando hacia sectores protegidos por el obstáculo. Generalmente refracción y difracción ocurren asociados.

Reflexión

Esto ocurre en costas con perfil muy abrupto de modo tal que las olas no interfieren con el fondo, inciden  directamente contra las costas y se reflejan nuevamente hacia el mar aumentando su altura. Esto particularmente importante en la construcción de paredones y rompeolas ya que estos constituyen superficies perfectamente reflectivas.  Por lo cual luego de la reflexión, aumenta la altura de la ola, se erosiona el fondo frente al rompeolas y este finalmente pierde sustento y cae.

Rompiente

En determinado momento de avance de las olas por aguas poco profundas, se produce un incremento de altura tal acompañada de una notoria disminución de la longitud de onda que las olas se hacen muy inestables y se produce la rompiente de las mismas.  Luego de producida la rompiente la masa de agua es dominada por la turbulencia mientras se produce un movimiento efectivo y derrame de la masa de agua hacia la costa. Ello genera una celda de circulación costera caracterizada por distinto tipo de corrientes litorales que no sólo transportan agua sino también material sedimentario a lo largo y ancho de la costa.

II.1.6 Medición en campo. Oleaje y batimetría.

La batimetría es la ciencia que mide las profundidades marinas para determinar la topografía del fondo del mar, lacustre o fluvial actualmente las mediciones son realizadas por GPS diferencial para una posición exacta, y con sondadores hidrográficos mono o multihaz para determinar la profundidad exacta, todo ello se va procesando en un ordenador de abordo para confeccionar la carta batimétrica. 

El conocimiento de las profundidades de un área tiene gran importancia para la seguridad de la navegación. La información batimétrica puede utilizarse para diversos fines, como la ingeniería costera (instalación de estructuras, construcción de muelles, dragados, etc.) y para estudios científicos.

Una Carta batimétrica es un mapa que representa la forma del fondo de un cuerpo de agua, normalmente por medio de líneas de profundidad, llamadas isobatas, que son las líneas que unen una misma profundidad, las líneas isibáticas son los veriles que nos indican la profundidad en las cartas de navegación.

TEMA II OLEAJE Y MAREAS
OBJETIVO: Interpretar la teoría general de los principales fenómenos oceanográficos y la interacción mar-costa.
 

II.1 Oleaje.

Puntos principales

Las olas del mar son ondas sísmicas (es decir, movimientos de un medio material) de las llamadas 'superficiales', que son aquellas que se propagan por la interfaz, entre dos medios materiales. En este caso se trata del límite entre la atmósfera y el océano.

Cuanto mayor es la altura de las olas, mayor es la cantidad de energía que pueden extraer del viento, de forma que se produce una realimentación positiva. La altura de las olas viene a depender de tres parámetros del viento, que son su velocidad, su persistencia en el tiempo y, por último, la estabilidad de su dirección.

 


CARACTERÍSTICAS DE LAS OLAS

 

• Altura o tamaño: La altura es la distancia entre la cresta y la base o valle de la ola. Es quizá el parámetro más importante para describir las olas.

• Periodo o intervalo: Periodo es el tiempo en segundos que las crestas de dos olas consecutivas pasan por un punto fijo. Un intervalo alto puede significar dos cosas, ambas positivas, un tamaño de olas grande ya que a mayor altura la distancia entre la cresta de dos olas consecutivas es mayor, o, independientemente del tamaño de las olas, un mar de fondo con olas ordenadas. Se considera un periodo alto al que supera los 9-10 segundos, aunque esto dependerá también del tamaño de las olas.

• Longitud de onda: Es la distancia entre las crestas de dos olas consecutivas. Al igual que con el periodo, a mayor distancia mejor.

• Dirección: La dirección es el sentido en el que se propagan las olas en el mar y está relacionado con la dirección del viento que las originó.

• Fuerza: La fuerza es la violencia con la que rompe la ola al llegar a la costa. Una ola con fuerza es la que rompe de manera hueca, formando tubo. La fuerza depende del tamaño de la ola, la energía que lleve consigo y en buena parte del fondo sobre el que rompe la ola.

1. Las olas son formadas por la acción del viento.
2. El agua oscila con la ola, pero no se mueve con la ola.
3. Las olas en la costa son diferentes al mar abierto.
4. Las olas producen erosión o depósito.
5. Las olas transportan energía, NO agua.

• La trayectoria de dos partículas al pasar una ola superficial.
• Eso resulta del balance entre la perturbación y fuerzas restauradoras (la gravedad).

Parámetros de una ola

• La longitud de onda, si el eje horizontal es distancia.
• El período si el eje horizontal es tiempo.
• La altura (H) es dos veces la amplitud (A).

• El diámetro de la órbita de las partículas disminuye con la profundidad.
• Esto solo vales para olas cuya longitud de onda es pequeña respecto a la profundidad del medio.
• Debajo del nivel base de oleaje el movimiento de las partículas es insignificante.

• Velocidad del viento.
• Duración del viento soplando.
• Distancia en la que sopla el viento.

• Las olas se suman o restan (interferencia).
• A la costa llegan olas separadas en “trenes” por el fenómeno de dispersión.

•Las olas reducen su longitud de onda.
• Las olas aumentan su altura.
• La ola va más despacio.
• La ola es tan alta, que rompe.

II.1.1 Clasificación de las ondas.

Ondas

Una gota de agua al caer en un estanque genera una perturbación que se propaga a través de la superficie en forma de un pulso.

Onda: Propagación de una perturbación a través de un medio material o del vacío, las ondas al propagarse no transportan materia solo transportan energía.

Pulso: Energía propagada por una única perturbación, un conjunto de pulsos sucesivos generan una onda.

Clasificación:

Las ondas al igual que cualquier fenómeno se pueden clasificar a partir de distintos criterios, las ondas en particular se clasifican a partir de 3 criterios, estos son:

I. Según su Naturaleza

a)  Ondas Mecánicas: Son todas aquellas ondas que necesitan de un   medio material para propagarse y existir.

b)  Ondas Electromagnéticas: Son todas aquellas ondas que no necesitan de un medio material para propagarse y existir, pueden hacerlo incluso en el vacío.

II. Según su Oscilación.

a)  Ondas Transversales: Son todas aquellas ondas en las que la dirección del movimiento oscilatorio, de las partículas del medio por el cual se propaga la onda, es perpendicular (forma un ángulo de 90º) a la dirección de propagación de la onda.

b)  Ondas Longitudinales: Son todas aquellas ondas en las que la dirección del movimiento oscilatorio, de las partículas del medio por el cual se propaga la onda, es igual a la dirección de propagación de la onda.

III. Según su propagación.

a)  Ondas Viajeras: Son todas aquellas ondas que tienen la capacidad de propagarse libremente a través de un punto a otro del espacio.

b)  Ondas Estacionarias: Son ondas que parecen no avanzar, estas ondas se generan cuando dos ondas viajeras se superponen (están en el mismo lugar al mismo tiempo) al propagarse en sentidos contrarios.


II.1.2 Teoría del oleaje. Primera aproximación de Stokes.

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

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

El desarrollo de la Teoría de las olas se basa en la aplicación de las ecuaciones de Navier-Stokes en el flujo de fluídos viscosos en régimen no permanente.

La teoría que se trata en el texto se conoce como Teoría de Stokes . Algunos autores, como Iribarren por ejemplo, prefieren la Teoría Trocoidal la cual tiene un tratamiento matemático más complicado.

Para su estudio las olas se clasifican en Olas de pequeña amplitud y Olas de amplitud finita. Las primeras representan alteraciones pequeñas en la superficie del agua y no ocasionan problemas notables a las estructuras que están localizadas en alta mar o en la costa. Las olas de amplitud finita son las olas que interesan en los diseños de puertos, estructuras marinas y obras de protección de playas.

El estudio de las olas de pequeña amplitud se basa en la Teoría Lineal en la forma como fue desarrollada por Stokes. Es una aplicación simplificada de la ecuación general del flujo no permanente.

                                           

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

Los tres valores que caracterizan una ola son:

H=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 afecta su comportamiento, pero a medida que entra al mar poco profundo la Longitud de la Ola tiende a disminuír y la Altura a aumentar por efecto de la fricción de la masa de agua con el fondo.

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

d= Profundidaddelagua.

d / Lo > 1/

Ho= Altura de la ola

Lo= Longitud de la Ola.

T= período.

Co = Celeridad o Velocidad de Fase = Lo / T

Co = 1.56 T m/s (sistema métrico)

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

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 pequeña y se aceptan las siguientes aproximaciones:

L= T(gd)1/2

C = ( gd )1/2

g = 9.81 m/s2.

II.1.3 Geometría estadística del oleaje. Distribución de Raleigh.

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

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

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