UNIVERSIDAD AUTONOMA DEL CARMENFACULTAD DE INGENIERIA

PROTECCIONES COSTERAS

TEMA IV:ONDAS DE LARGO PERIODO

EQUIPO 4:TANIA YERALDIN GARCIA JUNCOERIKA GIOVANNI PASCUAL HERNANDEZ

PROFESOR:JESUS CANO TORRES

23 DE MARZO DE 2015

TEMA IV: ONDAS DE LARGO PERIODO 4.1 Introduccin34.2 Generalidades34.3 Marea de tormentas5Mtodo del Nomograma64.4 Marea de tormentas producida sobre vasos cerrados74.5 Tsunamis94.6 Marea astronmica104.7 Conclusin114.8 Referencias12

4.1 Introduccin En algunas regiones costeras del ocano mundial es frecuente detectar oscilaciones del nivel del mar generadas por algn forzante atmosfrico, con periodos mayores que los de las olas e inferiores a los asociados a la marea astronmica y, aunque usualmente son de pequea magnitud, en algunos sitios pueden exceder significativamente la amplitud de la marea. Dado que estas ondas tienen frecuencias similares a la de los "tsunamis" (ondas ocenicas de origen ssmico con periodos que van de algunos minutos hasta 2-3 horas) a veces es difcil distinguir si aquellas fueron originadas por algn terremoto submarino lejano o por algn forzante atmosfrico. Sin embargo, dicho fenmeno ondulatorio a veces es asociado a la presencia de frentes (Wilson, 1972), a perturbaciones mviles de la presin atmosfrica (Greenspan, 1956; Buchwald y Szoeke, 1973) o a trenes de ondas de gravedad atmosfricas (Wilson, 1954).4.2 GeneralidadesEl ingeniero que tiene que tratar con problemas de ingeniera de costa, se enfrenta a que existen otros tipos de ondas no generadas por el viento. Este tipo de ondas producidas por sismos, atracciones de la Luna, Sol y ciclones, etc., constituyen las denominadas de Largo PeriodoPara fines prcticos se puede considerar la siguiente clasificacin:OndaPeriodo

Oleaje (viento)4 30 seg.

Vagas de mar y yacentes50 300 seg.

Mareas de tormenta1,000 2,000 seg.

Tsunamis1,000 2,000 seg.

Mareas astronmicas45,000 90,000 seg.

Figura 1.

En trminos generales, las ondas de largo periodo en plataformas continentales pueden ser generadas por forzantes de origen meteorolgico (Cartwright y Young, 1974; Wilson, 19541, ssmico (Defant, 1961; Wilson, 1972; Wu, 1981) u oce6nico (Giese y Chapman, 1993).Respecto de los posibles mecanismos generadores de OLP de origen meteorolgico, estos estn siempre asociados a perturbaciones en el campo de viento o en el de la presin atmosf6ricat o a alguna combinacin de ambas. Por ejemplo, los cambios repentinos de la presin asociada al pasaje de una perturbacin atmosfrica (por ejemplo, una lnea de inestabilidad), es un posible mecanismo generador de OLP. Por otro lado, la presencia de pequeas fluctuaciones de la presin, detectables con microbargrafos, como ser ondas de gravedad de escasa amplitud y con periodos similares a los modos naturales de las ondas de borde de plataforma, es otro mecanismo generador de OLP. Tambin, los cambios repentinos de la intensidad y direcci6n del viento asociados al pasaje de un frente, pueden ser un mecanismo tan eficaz en la generacin de OLP como el producido por una perturbacidn mvil de la presin.Con referencia a los posibles mecanismos de origen ssmico, estos estn vinculados a perturbaciones localizadas en el fondo ocenico. Por ejemplo, los grandes tsunamis son atribuidos a la ocurrencia de repentinos movimientos tectnicos del fondo ocenico (generalmente cercanos a las costas del ocano Pacifico) producidos sobre una vasta zona (de cientos a miles de kilmetros cuadrados) asociados a violentos terremotos submarinos, los cuales causan un desplazamiento vertical del fondo del mar de decenas de metros. Otros mecanismos, tambin de origen ssmico, estn ligados a procesos volcnicos o de subsidencia submarina.Por otro lado, Giese y col. (1982), Chapman (1984) y Chapman y Giese (1990) proponen un mecanismo de origen oce6nico por el cual las OLP se generan por la incidencia de ondas internas provenientes del ocano sobre la plataforma continental. Hasta ese momento se crea que la transferencia energtica solo poda darse desde las ondas de superficie hacia las ondas internas, y no en el sentido opuesto. Sin embargo, dichos autores demuestran que, en principio, tal proceso puede darse en ambos sentidos.Utilizando un modelo terico con batimetra idealizada demuestran que el choque de ondas internas, generadas en el ocano, contra el talud continental pueden originar en la plataforma OLP de gran amplitud. Posteriormente, Giese y Hollander (1987) estudiaron las OLP registradas en Puerto Princesa, en la isla Palau6n en las Filipinas, y demuestran que la actividad de OLP est6 desfasada en casi tres das con el ciclo de sicigia y cuadratura de la marea en el mar Sul. Los autores hallaron que dicho desfasaje es coincidente con el tiempo que tardara en formarse una onda solitaria interna generada por la marea y atravesar el mar de Sul desde el SE. Ms tarde, Giese y col. (1990) encontraron que las OLP registradas en Puerto Rico son excitadas por el arribo de ondas internas creadas por fuertes corrientes de marea, a1 sudeste del Mar Caribe, en proximidades de Trinidad, una semana antes que se detecten en Puerto Rico.

4.3 Marea de tormentasEs una sobrelevacin del nivel medio del mar de una zona costera de 80 a 160 kilmetros de ancho, ms la marea astronmica y son varios los factores que la generan; pero principalmente es el campo de vientos del huracn, que al ejercer una fuerza cortante sobre la superficie del mar, produce la sobrelevacin del nivel medio del mar, aunque esto slo puede ocurrir en aguas someras, ya que en aguas profundas slo la baja de presin produce una sobrelevacin del nivel medio del mar (tumefaccin) que acta independiente de la profundidad local.

Se produce principalmente por la accin de fuerzas cortantes sobre la superficie del mar que son generadas por los vientos del cicln tropical.

Por el ascenso del nivel medio del mar, las olas pueden impactar sobre estructuras cerca del mar.

La marea de tormenta generalmente se combina con un fuerte oleaje producido por los vientos intensos del cicln tropical. Es uno de los efectos destructivos de los ciclones tropicales que menos se conoce. Han causado un gran nmero de muertes cuando se ha conjuntado con el fuerte oleaje que generan los intensos vientos del meteoro.

En 1988 la marea de tormenta y el oleaje del huracn Gilbert originaron la erosin de las playas de Cancn, Quintana Roo, Mxico. Algunas estructuras fallaron por falta de sustentacin en la cimentacin por la remocin de arena debajo de ella.

Su magnitud tambin depende de la configuracin de la playa y de las profundidades del fondo marino prximo a tierra, y la sobrelevacin por efecto de tormenta queda dado por la suma de diferentes efectos, los cuales se muestran en la Figura

Figura 2. Diferentes elementos que componen la marea de tormenta.

Mtodo del NomogramaUn mtodo simplificado para obtener una primera aproximacin de la marea de tormenta provocada por un huracn, se puede obtener de un anlisis emprico de registros pasados.Jelesniansky combino los datos empricos con clculos tcnicos y defini nomogramas que permiten estimar en forma rpida del mximo pico para cualquier latitud geogrfica cuando se conocen algunos parmetros de la tormenta.

La Figura nos permite obtener la sobrelevacin pico Sl, generada por un huracn idealizado que se mueve perpendicularmente hacia la costa con una velocidad de 15 mph.

Figura 3. Estimacin preliminar de la marea de tormenta.

Este nomograma indica que existe un tamao de tormenta crtico, resultando de los radios de los mximos vientos R, para una cada de presin mayor que cero, el mximo pico de la sobreelevacin se produce para un valor critico de R = 0 millas y cualquier otro valor de R mayor o menor que este, da como resultado valores menores de la sobrelevacin.

4.4 Marea de tormentas producida sobre vasos cerradosEn este caso, si consideramos un vaso rectangular y una profundidad constante, el viento soplando sobre la superficie se presenta los casos mostrados en la figura

Figura 4. Nomenclatura para el clculo

El caso a indica que el abatimiento del lago de barlovento es menor, el caso b el abatimiento llega al fondo del vaso, y c, una porcin del fondo queda expuesta.La ecuacin de la superficie libre del agua dada por Hellstrom (1951), es:

dnde debe obtenerse de condiciones de continuidad, y la ecuacin podemos expresarla:

Por otra parte la sobreelevacin de lado de sotavento h:

donde h y d se definen en la figura utilizando un coeficiente adimensional:

donde U0 es la velocidad del viento en ft/seg., la solucin puede ponerse en forma tabular segn se muestra en las tablas en trminos de los factores: y El valor de k, obtenido para un caso de prototipo (el lago Okeechobee, Fla) se puede tomar como 4.3x106.4.5 TsunamisEl trmino tsunami, en japons, significa ola de puerto. Son olas generadas por varios mecanismos, por ejemplo se sabe que la explosin de una isla como la de Krakatoa en 1888, o de un volcn submarino puede producirlos. No siempre los disturbios ssmicos submarinos producirn estos tsunamis, y as por ejemplo Leet en 1948 menciona que en un catlogo reportan solo 124 de estas ondas en un intervalo en el que se detectaron 15,000 sismos a lo largo de las costas. En suma, son desplazamientos bruscos de la masa de agua que se propagan con una gran velocidad. Su diferencia con el oleaje de viento es notable: en el primero se desplaza la perturbacin, con un mnimo movimiento del agua, salvo en rotura; en el segundo, es el agua lo que se desplaza, adquiriendo, por tanto una mayor energa cintica, que es lo que hace peligroso este fenmeno.Los tsunamis asociados a grandes terremotos con profundidades de focos mayores a 80 km no son muy perceptibles. Se ha observado que los tsunamis notables ocurren cuando la magnitud del terremoto M,M > 6.3 + 0.01 HDonde H es la profundidad focal en km. Se ha observado tambin que los tsunamis son desastrosos cuandoM > 7.75 + 0.008 HEn la siguiente tabla se muestra la magnitud, energa y sobre elevacin de los tsunamis en el Japn.

La celeridad de una onda de este tipo esta dad por , las celeridades promedio de los tsunamis varan entre 375 y 490 mph.En la siguiente figura se muestran los tiempos de viaje de los tsunamis, teniendo como origen a Honolulu, Hawi.

Figura 5. Tiempos de desplazamiento de tsunamis

4.6 Marea astronmicaLas mareas terrestres estn producidas por la interaccin gravitatoria simultnea bsicamente entre el sistema de tres cuerpos: Luna, Sol, Tierra. La marea astronmica presenta unas frecuencias caractersticas asociadas a la rotacin terrestre y la revolucin de la Luna alrededor de la Tierra y esta respecto del Sol. Otros cuerpos o estn demasiado lejos o sus masas no son los suficientemente grandes como para influir de forma significativa en la marea. La simple observacin del fenmeno muestra que el efecto de la Luna es mayor que el del Sol.Se define marea (astronmica) como la distorsin en la forma de un cuerpo inducida por el empuje gravitatorio de otro.Podemos clasificar a las mareas de la siguiente manera: Diurno: Cuando se presentan una pleamar y una bajamar en un da lunar. Semidiurnas: Cuando se presentan dos pleamares y dos bajamares en un da lunar. Mixtas: Cuando a veces presentan las caractersticas de la diurna y otras veces, las de la semidiurna.En Mxico, el Departamento de Oceanografa dependiente del Instituto de Geofsica de la UNAM, estudiar y registra las mareas y, para los principales puertos establecidos los correspondientes planos de mareas que a continuacin se describen: Altura Mxima Registrada: nivel ms alto registrado en la estacin por efectos de algn tsunami o cicln. Pleamar Mxima Registrada: nivel ms alto registrado debido a las fuerzas de marea peridico, o tambin a que tengan influencia sobre las mismas los efectos de condiciones meteorolgicas. Nivel de Pleamar Media Superior: promedio de la ms alta de las dos pleamares diarias durante el periodo considerado en cada estacin. Nivel De Pleamar Media: promedio de todas las pleamares durante el periodo considerado en cada estacin. Cuando el tipo de marea en diurna, este plano se calcula tomando el promedio de la pleamar ms alta diaria, lo que equivale a que la pleamar media en este caso es lo mismo que la pleamar media superior. Nivel Medio del Mar: promedio de las alturas horarias durante el periodo considerado en cada estacin. Bajamar Mnima Registrada: nivel ms bajo registrado debido a la fuerza de marea peridica, o tambin que tengan influencia sobre las mismas los efectos de condiciones meteorolgicas Nivel de Bajamar Media inferior (NBMI): promedio de la ms baja de las dos bajamares diarias, durante el perodo considerado en cada estacin. Este plano es el que se utiliza como plano de referencia para el pronstico de mareas en la Costa del Pacfico y Golfo de California, utiliza el Coast and Geodetic Survey. Nivel de Bajamar Media (NBM): promedio de todas las bajamares, durante el periodo considerado en cada estacin. Cuando el tipo de marea es diurno, este plano se calcula tomando el promedio de la bajamar ms baja diaria. Nivel De Marea Media: plano equidistante entre la pleamar media y bajamar media.El mismo organismo publica tambin las tablas de prediccin de mareas, del Golfo de Mxico como para el Ocano Pacfico en los puertos en los que cuentan con estacin mareogrfica.

4.7 ConclusinLas ondas de largo periodo son ondas que no son causadas por el viento, sino por otro tipo de fenmenos. Es importante conocer las consecuencias que pueden causar las mareas de tormenta y los tsunamis, para as poder tener el inters de realizar estudios que nos permitan prevenir sus efectos mediante estructuras que sirvan de proteccin.

4.8 Referencias

INGENIERA MARTIMA Y PORTUARIA.- GUILLERMO MCDONEL MARTNEZ.- ALFAOMEGA EDITOR.- MXICO, 1999.

TESIS DOCTORAL: UNA EXPLICACIN DEL PROCESO GENERADOR DE ONDAS DE LARGO PERODO EN LA COSTA BONAERENSE ARGENTINA DRAGANI, WALTER CSAR 1997 .-FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES.- UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES

INGENIERA MARITIMA.- OSCILACIONES DE LARGO PERIODO: MAREA ASTRONMICA.- APUNTES DE CLASE.- UNIVERSIDAD DE GRANADA.