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Estructuras Marinas

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  C  APÍTULO LHDCrestaMedia A A' A"CFondo Estructuras Marinas  INTRODUCCIÓN  Una ola es un movimiento oscilatorio sobre y cerca a la superficie de un depósito de agua. Elsistema más sencillo de olas es un grupo ilimitado de crestas y bateas paralelas moviéndose endirección normal a la playa. A lo largo de la sección cada partícula de agua se mueve cíclicamente,siguiendo una línea circular volviendo a su posición inicial después de cada ciclo. El movimientoafecta las partículas hasta una profundidad considerable.La figura 14.1 muestra un esquema de una ola de longitud L(Cresta a Cresta) y altura H avanzandode izquierda a derecha. El avance de las olas es expresado por la velocidad C y el períodoT. T C  L  .= La ola avanza libremente hacia la orilla hasta que D es menos de ½ L, o sea cuando la ola entra encontacto con el suelo del fondo. Esta interferencia retarda el pie de la ola, mientras la cabeza tratade avanzar estrechándose la ola hasta que se rompe. Si el fondo es de pendiente fuerte la olarompe cerca a la orilla pero si es suave rompe lejos y al romperse se forman olas más pequeñasque buscan un nuevo sitio de rotura. 14 FIGURA 14.1  Elementos de una ola sencilla.  C  APÍTULO  14. E STRUCTURAS  M  ARINAS  526  Aguas proximalesPlataformaproximalZona litoralPlayaOscilación máxima de las mareasPrecostaTrascostaTerrenosde fueracostanormalmente secoLínea de costaen pleamar  Zona dealcancede lasolas(variable) en bajamar Nivel de pleamar Marea altaMarea bajaNivel de bajamar Línea de costa 14.1 EROSIÓN POR OLEAJE La energía erosiva es función del perfil de la playa yde la altura y período de las oscilaciones. El ataquees más fuerte si el agua profunda está cerca a la orillao a la estructura considerada.La erosión se produce por dos efectos principales:•Acción del oleaje que suelta las partículas•Transporte litoral que mueve las partículas en formasemiparalela a la playa.  Acción del oleaje Cuando las olas se acercan a la playa y llegan a zonasde aguas bajas, la parte inferior de la ola tropieza conla superficie del fondo del mar, lo cual hace que la olapierda velocidad y se frene, rompiéndose en formarápida generando una gran turbulencia. Estefenómeno produce abrasión y levantamiento de laspartículas, en un proceso de acción de fuerza tractivade la ola sobre el fondo de la playa (Ferguson, 2001).En este proceso diferentes partes de la ola tropiezancon el fondo a diferentes tiempos, frenando elmovimiento y cambiando la dirección. La ola se tuerceo refracta en forma aproximadamente paralela a laplaya.El material erosionado parcialmente, se mueve en ladirección de la pendiente, acumulándose en las partesmás bajas de la playa por debajo del nivel de aguapara ser nuevamente erosionada por la ola siguiente.Cuando sobre la playa hay una estructura, laturbulencia es mayor y se puede generar una mayorerosión junto a la cara de la estructura hacia el ladodel mar. Las estructuras naturales o artificiales debilitanel ataque en proporción al número de veces que lasolas rompen y se modifican. El ataque es tambiénuna función de la dirección. Si el frente de la ola noes paralelo a la playa, el rompimiento se inicia antes,en una parte de la ola y se retarda en otra. El frentede la ola es refractado y se reduce su oblicuidad. Elmovimiento de la ola termina cuando la energíacinética ha sido disipada o convertida en energíapotencial a lo largo de la playa. Después el agua bajapor gravedad, formando una reflexión. Transporte litoral  En este proceso las partículas de arena sonerosionadas y transportadas a otro sitio de la playaen un proceso conocido como transporte litoral, el cualse efectúa principalmente siguiendo dos procesos:a.La ola ascendente transporta sedimentos sobre laplaya en dirección diagonal de acuerdo a ladirección de la ola. Los granos de sedimentosdespués de ascender descienden por la línea demayor pendiente. Este movimiento en forma dedientes de sierra, hace que los granos vayanmoviéndose a lo largo de la orilla (Mitchell, 2001).b.Debido al rompimiento de la ola los sedimentosen la zona rompiente se mueven también FIGURA 14.2  Rasgos característicos de la sección de una playa.  C  APÍTULO  14. E STRUCTURAS  M  ARINAS  527 FOTOGRAFÍA 14.2  Espigón de geotubo relleno de arena. FOTOGRAFÍA 14.1  Estructuras de protección de playas.  C  APÍTULO  14. E STRUCTURAS  M  ARINAS  528 100806040200Playa19491/19986/2/1998 1949 - 19982/1998 - 3/1998CasaSL lateralmente por acción de una corrientelongitudinal que se produce a todo lo largo de laplaya.La cuantificación del transporte litoral puede hacersepor medición directa mediante un espigón de pruebao mediante trazadores fluorescentes. En la Figura 14.2las partículas se mueven siguiendo la ruta C E F. Lainterpretación y predicción de este movimiento esesencial para el diseño de estructuras de protección.La orientación de los frentes de olas no es constante.Los cambios de dirección en ocasiones pueden variarel sentido de la deriva litoral.Las olas no necesitan que sean altas para que seanerosivas. Olas pequeñas pero persistentes erosionanla playa de un lago. En lagos grandes las olascausadas por el viento llegan a la playa sin formarfrentes paralelos, en forma desordenada que sonextremadamente destructivas por su variedad deángulos de ataque. Las olas de golpeo producidaspor los motores de embarcaciones sonextraordinariamente poderosas en las riberas de losríos. En áreas de circulación de botes el diseño de laprotección está determinado por el ataque del olajede estas embarcaciones.  Erosión en los farallones marinos Los farallones son taludes de alta pendiente o riscosen el borde del mar. Estos farallones están expuestosa la erosión, tanto del oleaje como de las corrientesque fluyen hacia el mar.Las principales causas de la erosión son (Snell y otros,2000):1.Abrasión del pié de los farallones por la acción delas olas.2.Reducción de las zonas de playa.3.Infiltración en la cabecera de los farallones y erosiónal aflorar las corrientes de agua generadas.4.Erosión interna por corrientes subterráneas haciaarriba del talud, producidas por el oleaje.5.Erosión superficial por flujo de agua.6.Erosión por el viento.7.Inestabilidad geotécnica.Esta erosión produce un desplazamiento de lasuperficie del farallón o borde del mar hacia la tierra(Figura 14.3). Este avance puede ser de varios metrosen un año. FIGURA 14.3  Erosión en farallones junto al mar. 14.2 NIVELES DE AGUA DEL MAR Para el diseño de estructuras eficientes para laestabilización de las playas, se requiere determinarlos posibles niveles de agua del mar en el sitio delproyecto. Los niveles de agua permiten determinardonde van a actuar las fuerzas de las olas sobre lasestructuras y donde se pueden producir acciones deerosión. La mayoría de estructuras abarcan perfileslargos dentro de la zona de oleaje y sus condicionescríticas varían de acuerdo al nivel de agua en cadamomento específico. En niveles de marea alta las olas  C  APÍTULO  14. E STRUCTURAS  M  ARINAS  529 1.501.000.500-0.50-1.0024 horasDesigualdaddiaria12 horas y25 minutosPleamar Bajamar Nivel medio del mar t (hr)h (m)      N     I     V     E     L   O   l  a    l   i   b  r  e  O  l a  r e  f r a c  t a d a O l a  r e f  l e  j a d a  OrillaB ACDE atacan principalmente la parte de la estructura máscercana a la tierra y en marea baja atacan la parte dela estructura más dentro del mar y generalmente hayun determinado nivel de agua, al cual la estructuraestá sometida a mayor acción de las olas.La estabilidad de una estructura depende del nivel alcual rompan las olas en un determinado momento, yel nivel donde rompen las olas depende de la altura yperiodo de la ola, de la profundidad del agua y de lapendiente del terreno. El comportamiento de unaestructura rompeolas es diferente en aguas altas queen aguas bajas. En marea alta el rompeolas seencuentra mucho más lejos de la orilla y puede ocurrirel sobrepaso de las olas por encima de la estructura.Los niveles de agua varían con las mareas de srcenastronómico, con las tormentas, los vientos y otrosfenómenos hidrológicos. Los niveles del agua del marpueden analizarse por períodos de retorno. FIGURA 14.4  Olas refractada y reflejada.  Las mareas La marea es la oscilación periódica del nivel de agua.Las mareas están relacionadas con las fuerzas deatracción del sol, la luna y la tierra y por la rotación dela tierra. Mientras estos grandes cuerpos giran, ejercenfuerzas gravitacionales entre ellos y por acción de estasfuerzas se deforma la capa de agua que cubre la tierra.Las mareas son periódicas en períodos de 24 horascon algunas desigualdades, debidas al efecto de lostres factores (sol, luna y giro de tierra) en formacombinada (Figura 14.5).Por ejemplo en la luna nueva y llena, el sol, la luna y latierra se encuentran alineados, provocando más altosniveles de agua que el promedio, mientras en el cuartocreciente y menguante son más bajos los niveles deagua. FIGURA 14.5  Onda de marea.
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