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REACTIVOS DE HIDRÁULICA MARÍTIMA (TERCER PARCIAL) 1. ¿Qué es el transporte de sedimentos? R. Es el fenómeno que se lleva a cabo en una playa, por medio del cual las partículas solidas de que esta compuesta se transportan a lo largo de ella. 2. ¿Para qué es importante el estudio del transporte de sedimentos?

1

R. En ingeniería de costas sirve para predecir el acarreo litoral, diseño de protecciones costeras y puertos. En el dragado es importante en problemas de succión, transporte y depósito del material obtenido. Sin embargo, el principal objetivo del estudio de este transporte es predecir si se tendrá una condición de equilibrio o existirá erosión o deposito. 3. ¿Qué causas provocan el transporte de sedimentos en las costas? R. Las corrientes y el oleaje, ya que provocan esfuerzos cortantes sobre los sedimentos sólidos y hacen que sean transportados en suspensión o por el fondo a distancias mas o menos grandes y depositados en zonas tranquilas. 4. ¿De qué parámetros es función el transporte de sedimentos? R. Gradientes de velocidades en el fluido, turbulencias, geometría del fondo, naturaleza de los materiales, espesor del sedimento en movimiento, porosidad y cohesión de los depósitos y características del fluido entre otras. 5. Escriba las propiedades del agua, que son de importancia en el transporte de sedimentos. R. Algunas de las propiedades relevantes del agua son: PROPIEDADES DEL AGUA Propiedad Símbolo Unidades (SI) Expresión 3 Peso específico Kg/m  Densidad relativa Δ Δ = (ρs - ρw)/ ρw 2 Viscosidad cinemática ν m /s ν = η / ρw Viscosidad dinámica η Kg / (m * s) τ = η (δu/δz) Tensión superficial σ Kg / s2 ó N/m ρs: Densidad del agua de mar ρw: Densidad del agua dulce La densidad varía con la temperatura y dicha variación puede ser despreciada en la mayoría de problemas de acarreo litoral. ρw = 1000 kg/m3 ρs = 1026 kg/m3

Para la superficie agua/aire: σ = 0.074 N/m a la presión atmosférica. La variación con la temperatura puede ser despreciada. Las viscosidades, dinámica y cinemática son también función de la temperatura y su influencia es significante.

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T

0

5

10

15

20

25

30

35

40

(°C)

ν

1.79

1.52

1.31

1.14

1.01

0.90

0.80

0.72

0.65

*(10-2m2/s)

6. Escriba las propiedades del sedimento, que son de importancia en el transporte de sedimentos. 2

R. Tamaño, forma, densidad, velocidad de caída, cohesión y estado. 7. Describa brevemente los procesos por los que se efectúa el transporte litoral. R. Son principalmente dos: 1° Por el efecto de la ola al precipitarse sobre la parte alta de la playa; la ola ascendente transporta sedimentos en dirección de la ola y desciende por la línea de mayor pendiente produciendo un transporte en diente de sierra. 2° Debido al rompimiento de la ola y a la corriente longitudinal; el sedimento en esa zona (rompiente) sigue un camino análogo al que se tiene en lo alto de la playa y la corriente longitudinal acarrea sedimentos como si fuera una corriente permanente llamándose corriente en la rompiente.

8. ¿En qué zona de la playa se presenta el transporte litoral? R. En la parte exterior de la playa, la cual se extiende desde la zona de rompientes hacia mar adentro hasta la distancia en que la superficie del fondo deja de ser agitada por la acción de la ola. 9. ¿Por qué métodos se puede cuantificar el transporte litoral? R. Por medición directa, fórmulas empíricas o la combinación de ambos. 10. ¿Qué métodos se tienen en la medición directa del transporte litoral? R. Espigones de prueba, Trazadores (Fluorescentes y/o radioactivos) y Fosas de prueba.

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11. ¿Qué fórmulas empíricas para evaluar el transporte litoral conoce? R. La formula Del CERC (Coastal Engineering Research Center, J.S.A.), J. Larras y R. Bonefille (1965), La del Laboratorio Central de Hidráulica de Francia y Bijker. 12. Describa brevemente la fórmula del CERC, para cuantificar el transporte litoral. R. Relaciona el transporte con la componente del flujo de energía sobre la playa y un coeficiente de proporcionalidad obtenido experimentalmente en modelos reducidos y en la naturaleza. S= A * Ea Donde: S: Transporte litoral (m3/seg/m). Ea: Componente del flujo de energía sobre la costa. Ea = Eo krbr sinφbr cosφbr Eo: Flujo de energía en aguas profundas en la dirección de propagación de la ola. Eo = ρ g Ho2 Co /16 Ho: Altura de la ola en aguas profundas (m). Co: Celeridad de la ola en aguas profundas (m/s). Krbr: Coeficiente de refracción en la parte exterior de la zona de rompientes. Φbr: Ángulo entre la cresta de la ola y la costa en la parte exterior de la zona de rompientes. (°) A: Constante de proporcionalidad. La constante de proporcionalidad ha sido calculada por diferentes investigadores y para diferentes alturas de ola tenemos la siguiente tabla: Investigador

Coeficiente

CERC (Original)

0.014 0.028

Altura de ola Característica Hsig Hrms

0.025

Hsig

0.049 0.039

Hsig

0.039

Hrms

Shore Protection Manual (1973) Kanar (1976) Svavsek (1969) Delft University of Technology Program

Observaciones

Hsig= Altura de ola significante. Hrms= Altura de ola media cuadrática.

Algunas de las limitaciones de esta fórmula son: No da la distribución del transporte en la zona de rompiente, no aparece la influencia de la variación del material de fondo, por lo que solo es valida para arenas de 0.2 a 0.5 mm, no considera la influencia de la pendiente de la playa y además no están involucrados la acción de otros factores como las corrientes. 13. Describa brevemente la fórmula de Bijker, para cuantificar el transporte litoral. R. Esta basada en datos de Kalinske - Frijkink, en la cual el transporte litoral es determinado en base al efecto combinado del oleaje y la corriente.

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Sb =B D (g)0. 5 v/C exp | (-0.27 Δ D ρ g) / (μ τcw)| Sb: Transporte de sedimentos por el fondo (m3/m/seg). B: Coeficiente adimensional (1977). B=5 D: Diámetro medio de las partículas (m). g: Aceleración de la gravedad (m/seg2). v: Velocidad media de la corriente (m/seg). C: Coeficiente de Chezy (m0. 5 /seg). C= 18 log (12 h/r) r: Rugosidad del fondo (m). h: Profundidad (m). Δ: Densidad relativa del sedimento. (ρs-ρw)/ρw ρ: Densidad del agua (kg/m3). μ: Coeficiente de rizo. (C/C’ )3/2 τcw: Velocidad de corte, bajo los efectos combinados del oleaje y la corriente. (N/m2). τcw =τc |1+0.5 (ξUb/v)2| τc: Velocidad de corte debida a la corriente (N/m2). τc =v g0. 5/c ξ=C fw/2 g fw: Coeficiente de fricción. 14. ¿Qué es una obra de protección de costas? R. Son aquellas que están destinadas a asegurar o proteger una costa contra la acción destructiva de los fenómenos oceanográficos, para su estudio se pueden dividir de acuerdo a sus características estructurales y ubicación con respecto a la playa. 15. ¿Qué es una obra paralelas a la playa y para qué se utilizan? R. Son obras colocadas paralelamente a la línea de costa en lo alto de la playa, formando diques entre la playa y el mar; tienen la función de fijar la línea de playa, ya que quedan colocadas justamente en la zona en la que el mar ejerce su influencia. 16. ¿Qué es una obra perpendicular a la playa y para que se utilizan? R. Este tipo de obras llamadas generalmente espigones, tienen la función de reducir el transporte que se conoce con el nombre de diente de sierra (espigones cortos) o el transporte que se desplaza a lo largo de la zona activa de la playa y el transportado por la corriente litoral. 17. ¿Qué es una obra aislada o fuera de la costa y para qué se utilizan? R. Son las obras colocadas frente a la línea de costa, las cuales forman un obstáculo a las corrientes normales a esta, susceptibles de erosionar la playa. Si este obstáculo se encuentra emergido crea entre la playa y el obstáculo una zona de calmas relativa, donde los sedimentos pueden depositarse.

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18. ¿Qué es una alimentación artificial de arena y para qué se utiliza? R. Es una nueva forma de defensa costera, usada sobre todo en E. U. A., tiene las siguientes modalidades: Alimentación directa en playas, realizada mediante el surtido del material dragado, en zonas erosionadas; Alimentación directa en las playas, mediante el apile de material en zonas erosionadas, con alimentación intermitente para que así el oleaje, posteriormente lo extienda de manera paulatina al resto de la zona; Colocación directa del relleno, en todas las zonas a proteger y el “By-passing”, usada en comunicaciones y entradas, para conservar el equilibrio costero. 19. ¿Qué funciones tienen los rompeolas? R. Según la Comisión Internacional del Oleaje del PIANC, su función esencial es proteger los accesos, las zonas de maniobras y las obras interiores contra la acción de los oleajes procedentes de aguas profundas. Otras funciones son: Encauzamiento de corrientes, interrupción del transporte litoral, ganancia de terrenos al mar, etc. 20. Los rompeolas para su estudio se pueden clasificar en: R. Los que amortiguan el oleaje (Sumergidos, flotantes, Neumáticos e hidráulicos) y los que impiden el paso del oleaje (De paramento vertical, a talud y mixtos). 21. Describa a un rompeolas de paramento vertical. R. Están constituidos por una pared vertical formada, en general por cajones, de concreto rellenos con arena o roca, sustentados por un enrocamiento, aunque también pueden estar hincados o que descansen en el fondo. Los esfuerzos actuantes son la resultante vertical ascendente y la resultante horizontal, función de las características de la ola que choca contra la pared; ante estos esfuerzos el rompeolas opone exclusivamente su peso propio y el rozamiento en su base, estos deben ser capaces de garantizar su estabilidad. 22. Describa a un rompeolas a talud. R. Están constituidos, en general, por un núcleo de enrocamiento (piedras relativamente pequeñas), que impide la transmisión de la energía dada su baja porosidad; este a su vez, esta protegido por una o varias capas también de enrocamiento pero con tamaños crecientes, cuya función es la de evitar la dispersión del núcleo por la acción del oleaje y que normalmente reciben el nombre de capa secundaria. La última capa, el manto más exterior se le denomina coraza, puede estar constituido por rocas o bien por elementos prefabricados de concreto y este es el que resiste directamente la acción del oleaje. La capacidad resistente de la coraza es la que define la capacidad del todo el rompeolas. Los elementos prefabricados pueden tener distintas formas, siendo los más empleados: cubos, tretápodos, dolos, tribares, etc. 23. Describa un rompeolas mixto. R. Consisten en una muralla vertical o casi vertical que reposa directamente, bien sobre el fondo del mar cuando la profundidad es poca y el terreno es resistente o, más usual, sobre un enrocamiento cuya corona se encuentra cuando mucho al nivel de bajamar. La característica fundamental de estos rompeolas es que las olas se reflejan sobre el en condición de pleamar y rompen contra el o contra el talud en condición de bajamar. Cuando el enrocamiento llegue hasta por arriba de pleamar, dejara de tratarse de un rompeolas mixto para ser un rompeolas a talud con espaldón o parapeto. Guía Tercer Parcial

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24. ¿Qué ecuación se utiliza en México para el diseño de los rompeolas? R. La formula de Irribarren modificada por Hudson. 25. Escriba la ecuación anterior. R.

P= (Hd3 s) / ( kd (Sr-1)3Cotα) 6

26. ¿Qué es el Kd de la ecuación y como se determina su valor? R. Es el coeficiente de trabazón de los elementos de la coraza; los valores de kd fueron obtenidos en ensayos de laboratorio, para un criterio de no daño, están en función del tipo de oleaje incidente (rompiente o no rompiente) y de la sección del rompeolas que se esté diseñando (morro o cuerpo), también varia dependiendo del numero de capas de que se constituya la coraza. 27. ¿Qué es la densidad relativa del material Sr y cómo se calcula? R. La estabilidad de la coraza del rompeolas se incrementa en la medida en que sus elementos sean mas pesados, sin embargo Brandtzaeg (1966), encontró que para un rango de 1.88